【摘要】為解決小區(qū)電動(dòng)車(chē)充電難，不安全、不方便等問(wèn)題，本文提出了一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)車(chē)充電系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集數(shù)據(jù)，集成充電樁上傳的數(shù)據(jù)信息，并整合付費(fèi)Ic卡數(shù)據(jù)后，接入ziee網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而把充電樁統(tǒng)一管理起來(lái)，以此監(jiān)控刷卡消費(fèi)和電動(dòng)車(chē)電量使用情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)充電樁及充值卡的集中管理，讓小區(qū)電動(dòng)車(chē)充電系統(tǒng)智能化。

【關(guān)鍵詞】傳感器；ZigBee；充電系統(tǒng)；電動(dòng)車(chē)

1引言

      現(xiàn)今電動(dòng)車(chē)因環(huán)保、便捷、經(jīng)濟(jì)等特性在小區(qū)居民中使用十分廣泛，可隨之也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。目前小區(qū)居民深感電動(dòng)車(chē)充電不方便、不安全、費(fèi)用繳納明細(xì)不清晰，一些小區(qū)雖然安裝了充電樁，但是站點(diǎn)有限，管理不太方便且成本比較高。除此以外，小區(qū)內(nèi)電動(dòng)車(chē)大多要求在停車(chē)棚統(tǒng)一充電，采用刷卡或投幣消費(fèi)，在支付方式上存在著一定的局限和落后。因充電設(shè)備之間未聯(lián)網(wǎng)，用戶無(wú)法對(duì)卡余額實(shí)時(shí)查詢管理，因此電動(dòng)車(chē)充電設(shè)施的建設(shè)和完善越來(lái)越重要，在這種需求下，本文提出了一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)車(chē)智能充電系統(tǒng)。

2需求分析

2．1功能需求分析

       (1)需要對(duì)充電設(shè)備及電動(dòng)車(chē)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)控，充電控制器通過(guò)ZigBee接入互聯(lián)網(wǎng)，管理員通過(guò)系統(tǒng)查看并將信息及時(shí)推送反饋給用戶。

       (2)系統(tǒng)提供信息查詢，充電管控等功能，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，收集充電樁上傳的數(shù)據(jù)信息，把充電樁統(tǒng)一管理起來(lái)。

       (3)系統(tǒng)要具有安全防護(hù)功能來(lái)保護(hù)充電樁設(shè)備，可通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)內(nèi)部溫度傳感器節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)的信息，一旦充電樁運(yùn)行時(shí)遇到異常情況自發(fā)采取相應(yīng)防護(hù)措施并立即通知車(chē)主。

       (4)充電時(shí)能夠定時(shí)充電，充滿自動(dòng)斷電，有效保護(hù)電動(dòng)車(chē)電池壽命，防止因電動(dòng)車(chē)充電造成的火災(zāi)。

       (5)在智能充電樁終端內(nèi)嵌入安全芯片，“一終端一密鑰”，電動(dòng)車(chē)用戶在使用Ic卡付費(fèi)的過(guò)程中，個(gè)人信息將會(huì)得到加密處理。

       (6)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)與微xin對(duì)接，用戶在微xin可查看消費(fèi)記錄，充電時(shí)也可在線支付，遠(yuǎn)程操控充電。

2.2性能需求分析

(1)即時(shí)性：

      系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)車(chē)的定位、信息獲取都應(yīng)保證數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)的實(shí)時(shí)性，時(shí)間對(duì)客戶端顯示界面進(jìn)行刷新，為用戶提供實(shí)時(shí)性的服務(wù)。

(2)準(zhǔn)確性：

      系統(tǒng)充電信息、電動(dòng)車(chē)用戶消費(fèi)充值信息顯示、緩存等流程或功能上均應(yīng)保證信息的準(zhǔn)確性。

(3)安全性：

       在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行信息的校驗(yàn)和加密防止信息泄露，系統(tǒng)集成時(shí)應(yīng)對(duì)代碼進(jìn)行加密防止知識(shí)產(chǎn)權(quán)流失。

(4)快速性：

        啟動(dòng)速度、界面切換速度、與服務(wù)器交互的網(wǎng)絡(luò)速度都要做到盡可能的快。

3相關(guān)技術(shù)

3．1技術(shù)應(yīng)用背景介紹

      隨著互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)支付興起與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，可通過(guò)zig—bee網(wǎng)絡(luò)，把充電設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，并將電動(dòng)車(chē)充電系統(tǒng)與移動(dòng)支付結(jié)合。本文設(shè)想利用傳感器，對(duì)充電樁實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)該系統(tǒng)能夠有效管理小區(qū)內(nèi)電動(dòng)車(chē)的充電，具有定時(shí)充電，手機(jī)支付，充滿自動(dòng)斷電，隨時(shí)監(jiān)控充電狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，讓小區(qū)電動(dòng)車(chē)充電變得智能化、人性化。

3．2無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)

       Zigbee網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)協(xié)調(diào)器，多個(gè)路由器，多個(gè)終端設(shè)備。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低成本的雙向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。本系統(tǒng)采用ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)主要為搭建充電樁本地的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)的短距離無(wú)線通信。

3．3二維碼

      用戶可以通過(guò)掃描充電點(diǎn)二維碼來(lái)充值繳費(fèi)，每個(gè)充電點(diǎn)的二維碼都是獨(dú)立的，用戶使用前掃描二維碼確定機(jī)器號(hào)后，付款購(gòu)買(mǎi)充電時(shí)長(zhǎng)成功后便可以使用該充電點(diǎn)充電。

4系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)

4．1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

      本系統(tǒng)將通過(guò)布置在充電樁周?chē)腪igBee網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)，把集成與智能傳感器裝入充電樁中，每一個(gè)充電樁作為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)；安置一個(gè)無(wú)線通信設(shè)備，對(duì)充電樁狀態(tài)參數(shù)采集，每個(gè)電動(dòng)車(chē)設(shè)有獨(dú)立的ID標(biāo)識(shí)，傳感器可感知電動(dòng)車(chē)；通過(guò)擴(kuò)展多種傳感器，設(shè)計(jì)了充電樁自身的保護(hù)功能；通過(guò)充電用戶與充電樁的交互來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶的身份識(shí)別功能，余額識(shí)別功能；電動(dòng)車(chē)成了物聯(lián)網(wǎng)一部分，系統(tǒng)可對(duì)充電設(shè)備及電動(dòng)車(chē)運(yùn)行情況實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)控。

4．2功能模塊設(shè)計(jì)

4．2．1信息管理模塊

(1)用戶信息管理：

       包括用戶基本信息，用戶消費(fèi)充值信息用戶信息修改查詢等；

(2)充電樁管理：

       包括充電樁工作狀態(tài)信息，充電樁消費(fèi)歷史記錄，信息采集后經(jīng)系統(tǒng)處理存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中以供查詢。

(3)充值卡管理：

        包括建立充值卡人員檔案信息；充值卡操作，提供充值卡開(kāi)戶、銷(xiāo)戶、掛失、補(bǔ)卡等操作；充值卡充值，讀取充值卡信息，充值前，驗(yàn)證充值卡狀態(tài)是否正確。

4．2．2充電模塊

       用戶使用微xin小程序掃描插座上的二維碼獲得接入充電插座的ID，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取當(dāng)前接入位置的充電服務(wù)，選擇充電時(shí)間或金額，微xin支付完成充電命令經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器，即可充電。

4．2．3界面顯示模塊

       界面顯示模塊是人機(jī)交互接口，在本系統(tǒng)中有登錄窗口、主界面窗口、開(kāi)戶／銷(xiāo)戶／充值窗口、用戶個(gè)人信息查詢窗口、充值／消費(fèi)記錄查詢窗口等

4．2．4微xin接口模塊

      (1)智能充電樁具備地圖應(yīng)用功能，可以通過(guò)地圖查詢小區(qū)充電樁的位置信息。

      (2)通過(guò)微xin顯示智能充電樁的各種狀態(tài)如空閑、故障、正在使用、己預(yù)約等。

      (3)系統(tǒng)具有充電結(jié)算功能，通過(guò)賬戶和微xin賬戶等綁定，可定額、定量、定時(shí)等。

      (4)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能充電裝置的設(shè)置和控制，包括開(kāi)始充電、取消預(yù)約、停止充電等。

      (5)用戶可在微xin上查詢個(gè)人信息，消費(fèi)充值記錄，充電數(shù)據(jù)詳情(次數(shù)、累計(jì))。

5后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

       數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過(guò)程是在給定的DBMS中表達(dá)用戶的需求，并將其轉(zhuǎn)換為有效的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成較好的數(shù)據(jù)庫(kù)模式的過(guò)程。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)兩部分。

5．1數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)

       數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)是將需求分析階段得到的用戶需求和數(shù)據(jù)需求抽象為開(kāi)發(fā)人員和用戶能夠理解的概念模型的過(guò)程。本系統(tǒng)中包含的實(shí)體主要有充電樁、電動(dòng)車(chē)、用戶、管理員、消費(fèi)記錄、充值記錄六個(gè)。各實(shí)體問(wèn)的聯(lián)xi如下：充電樁由管理員管理和用戶使用，電動(dòng)車(chē)屬于用戶，消費(fèi)記錄和充值記錄由用戶查看和管理員查看管理，用戶和充電樁之間通過(guò)刷卡掃碼等方式建立聯(lián)xi，電動(dòng)車(chē)和充電樁之間通過(guò)充電活動(dòng)建立聯(lián)xi。

5．2數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)

       數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)是利用轉(zhuǎn)換規(guī)則將概念數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為初始關(guān)系模式集，然后利用關(guān)系規(guī)范化理論對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行優(yōu)化。本系統(tǒng)中，各個(gè)實(shí)體表包括各個(gè)實(shí)體的關(guān)鍵字和屬性。用戶或管理員與消費(fèi)記錄為一對(duì)多聯(lián)xi，用戶或管理員與充值記錄為一對(duì)多聯(lián)xi，用戶與電動(dòng)車(chē)為一對(duì)多聯(lián)xi，管理員與充電樁為一對(duì)多聯(lián)xi，用戶與充電樁為多對(duì)多聯(lián)xi，充電樁與電動(dòng)車(chē)為多對(duì)多聯(lián)xi。充電表為充電樁和電動(dòng)車(chē)的中間表，主鍵由充電樁和電動(dòng)車(chē)的主鍵組合構(gòu)成。關(guān)系表中的每一個(gè)分量都不可分，所有的非主屬性*依賴(lài)于其主關(guān)鍵字，且表中任意非主屬性都不傳遞依賴(lài)于主關(guān)鍵字。因此，該數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)滿足3NF。

6安科瑞電動(dòng)自行車(chē)充電樁系統(tǒng)

6.1系統(tǒng)概述

      安科瑞電動(dòng)自行車(chē)充電樁通過(guò)GPRS模塊與云端進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)能夠?qū)﹄妱?dòng)自行車(chē)充電樁的日常狀態(tài)、充電過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)充電支付對(duì)接：支持投幣、刷卡、微xin支付等多種支付方式，保證支付交易過(guò)程的完整性，對(duì)充電過(guò)程中的異常情況進(jìn)行有效預(yù)警；實(shí)現(xiàn)對(duì)下游站級(jí)平臺(tái)的清算、對(duì)賬功能。平臺(tái)可對(duì)接消防物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、小程序等，提供相關(guān)異常數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)充電安全管理的網(wǎng)絡(luò)化、可視化。

6.2 平臺(tái)功能

①　安全預(yù)警

  對(duì)平臺(tái)連接的所有充電樁狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，充電樁發(fā)生異常情況時(shí)可通過(guò)APP、短信及時(shí)向運(yùn)營(yíng)人員發(fā)出信號(hào)，及時(shí)消除火災(zāi)隱患。

②　交易結(jié)算管理

   平臺(tái)為運(yùn)營(yíng)方提供充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表等，支持投幣、刷卡和掃碼充電。

③　充電服務(wù)

   可通過(guò)軟件搜索附近充電樁，并查看充電樁狀態(tài)，并導(dǎo)航至可用充電樁?？赏ㄟ^(guò)在線自助支付實(shí)現(xiàn)充電。

④　運(yùn)營(yíng)分析

  對(duì)訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析，通過(guò)柱狀圖、報(bào)表方式直觀展示數(shù)據(jù)，并支持和第三方平臺(tái)對(duì)接。

⑤　微xin小程序

  可通過(guò)微xin小程序掃碼充電，充電賬單支付。運(yùn)營(yíng)商和物業(yè)管理人員均可通過(guò)小程序管理，監(jiān)測(cè)充電樁狀態(tài)和充電交易情況。

6.3 產(chǎn)品選型

7安科瑞汽車(chē)充電樁收費(fèi)系統(tǒng)

7.1平臺(tái)概述

      安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對(duì)各類(lèi)故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過(guò)微xin小程序掃描二維碼進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請(qǐng)求，控制二維碼對(duì)應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程。

充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營(yíng)的所有功能，包括財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控和運(yùn)營(yíng)分析等功能。

7.2主要功能

①登錄

按不同角色和賬戶登錄

②實(shí)時(shí)監(jiān)控

☆地圖查詢

地圖查詢站點(diǎn)信息

☆充電站監(jiān)控

可以按站點(diǎn)名稱(chēng)進(jìn)行篩選，顯示站點(diǎn)詳情、充電槍列表、統(tǒng)計(jì)訂單信息、故障記錄

       1、可以按充電槍編號(hào)、狀態(tài)、功率篩選充電槍列表

        2、點(diǎn)擊某個(gè)充電槍編號(hào)后在進(jìn)入充電槍監(jiān)控頁(yè)面

        3、可以批量遠(yuǎn)程設(shè)置充電槍的限制功率。

③交易管理

      交易管理包括賬戶交易、訂單管理、交易記錄、財(cái)務(wù)報(bào)表等功能

④故障管理

      故障管理包括故障記錄、故障處理、故障確認(rèn)、故障分析等功能

⑤微xin小程序

     微xin小程序可以通過(guò)掃描二維碼和微xin文字搜索找到，點(diǎn)擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

授權(quán)登錄

主界面

7.3 產(chǎn)品選型

8結(jié)束語(yǔ)

      本文在已有的電動(dòng)車(chē)智能充電裝置和系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)小區(qū)電動(dòng)車(chē)智能充電系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)需求分析和功能需求分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型，利用MySQL完成了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建；用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(Zigbee網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等)完成系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。完善已有系統(tǒng)的不足，強(qiáng)化數(shù)據(jù)加密部分，保障充電樁安全、有效運(yùn)行，注重人機(jī)交互，使用戶可以自行鑒權(quán)，實(shí)現(xiàn)充電樁智能化。

參考文獻(xiàn)：

[1]張海藩，牟永敏．軟件工程導(dǎo)論(第6版)[M]．清華大學(xué)出版社，2013

[2]瞿雷，劉盛德，胡成斌．zigBee技術(shù)及應(yīng)用[M]．中國(guó)：北京航空航天大學(xué)出版社，2007．

[3]胡勇，劉奇峰．基于webGIS的分布式電動(dòng)汽車(chē)充電樁運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]電力建設(shè)，2014，35(1)：98—103．

[4] 支賀娜，趙明倩  小區(qū)電動(dòng)車(chē)智能充電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì) 

[5] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版