電動車充電樁管理系統設計TOC\o"1-3"\h\u224321緒論 1179421.1設計背景 13561.2國內外研究現狀 1142311.2.1國外研究現狀 1102661.2.2國內研究現狀 2314702電動車充電樁管理系統總體設計 3154362.1用戶需求分析 355902.2電動車充電樁硬件管理系統總體設計 437682.3電動車充電樁管理系統 4144002.4電動車充電樁整體架構 5207563電動車充電樁硬件系統設計 642243.1控制模塊 656173.2測量模塊 7220663.3無線網絡模塊 842523.4人機交互模塊 9268894充電方案的實現 974754.1充電樁控制系統軟件結構 928344.1.1充電樁控制系統開發環境 1067344.1.2移植FreeRTOS操作系統 10149144.1.3基于FreeRTOS的充電任務設計 11104644.2充電控制命令數據協議 1228854.3無線傳輸通訊模塊功能實現 14195264.4下位機系統測試 1514309結論 1729591參考文獻 191緒論1.1設計背景在新能源戰略的大力倡導下，電動自行車己經成為目前節能環保、流行較廣的一種綠色交通工具，因此電動自行車的使用數量每年不斷增長。電動自行車充電頻率較高，現有的充電站點設置較少或者不太合理，因此用戶需要騎車到處尋找充電站點，或者騎車上樓充電，或者亂拉電線，充電不便捷且存在安全隱患。近年來，國內己頻繁曝光電動自行車引發火災事故，而且這中間大部分是電動自行車充電時發生的，各地政府己經開始高度重視電動自行車充電安全問題。電動自行車的用電需求具有3個特殊性：可移動性、多樣性、分時性。可移動性是指電動車作為交通工具有實時移動的特性；多樣性是指電動車品種眾多，而且各個品牌的電動車的充電要求有時侯不盡相同；分時性是指充電樁充電由人們的生活習慣所影響，不同的時段對充電需求不同。在傳統的充電樁市場上存在的共享充電樁多是投幣和刷卡式，而且這種充電樁分布多存在小區內以及街道的不顯眼的角落，而且數量極少，已經不能滿足電動車數量快速增長帶來的充電需求。1.2國內外研究現狀1.2.1國外研究現狀電動車充電方式一般可分為快充，慢充和快換方式，不同的國家或地區建設充電樁選擇的充電樁各又不同，例如中國臺灣地區建設的快換式充電樁較多。相對于國內發展較晚的充電樁市場，國外的充電樁已經發展了一段時間，目前電動車充電樁技術在國外已經發展的很成熟，充電樁的各種配套設施已經相對完備，這其中主要以發達國家為主導。在美國電動車用戶可以使用手機APP進行充電樁定位，控制充電樁充電等功能，甚至還可以自己購買充電樁進行安裝來供用戶使用從而盈利，由此可以看出國外在聯網式充電樁技術上比國內還是運用得更早。在日本，為了方便用戶政府部署了大量的充電樁，其中東京地區每隔一公里就能找到一個充電樁，這為用戶出行提供了很大的便利，讓人們不必為充電煩惱大膽出行。而德國為了充電樁便利性則是直接使用了統一標準的連接器，這無疑也是推動人們綠色出行的又一有力的措施。從國外的充電樁布局能看出，充電樁聯網技術在國外已經很早就出現了，例如美國通過APP控制充電樁就是通過聯網技術實現，達到了遠程控制充電樁的目的。其他國家或地區推出的快換式充電樁在國內則是基本上沒有，國外的充電樁分布更加廣泛，更利于電動車出行，這也刺激市場加大了對充電樁的研發投入，形成了良性循環。雖然國外充電樁發展比國內起步早，但是得益于國內互聯網技術運用的突飛猛進，在新型聯網式充電樁運用上國內發展速度卻式比國外快的多，隨著用戶需求增加和網絡技術的快速發展，國外與國內的差距將會快速縮小。1.2.2國內研究現狀在公共充電樁出現以前，很多電動車車主選擇自己從住所內接線或者把電瓶取下抬回住所充電，后來隨著電動車的增多，開始出現投幣式的充電樁，這種充電樁功能簡單，能夠根據充電時間計算充電價格，一定程度上解決了部分用戶的充電問題。但是投幣式充電樁也存在很大的安全隱患，而且這種充電設備設計簡單容易出現故障需要經常進行巡檢排查，導致運維費用和人力投入較大，所以這種充電方式既不便利又易造成安全隱患。但是由于這種設備簡單且便于生產，所以在當時也占據了一定的市場。投幣式充電樁之后由于電子技術與電路集成技術的發展，刷卡式充電樁出現在市場中逐漸成為主導，而且由于電子電路技術的逐漸成熟，充電樁性能也大大提升，很多小區開始安裝此類公共電動車充電樁供用戶使用。近年來隨著科技的進步，軟件以及硬件技術更加完善以及無線傳輸技術的成熟以及政府的推廣，新型聯網共享式充電樁進入人們的視野，聯網式充電樁是根據無線傳輸技術WIFI，Zigbee等無線技術將充電樁的各個端口的充電數據通過無線或者有線的方式匯集到一個點，然后通過上傳到網絡服務器中，如通過GPRS將設備連接到網絡中從而實現充電樁與服務器交互，再通過網絡對數據進行處理操作，同時網絡端將用戶端接入網絡，這樣就形成了用戶到網絡再到充電樁的完整的無線充電樁網絡管理系統。這種聯網式充電樁打破了傳統充電樁空間限制的局限，把用戶和充電樁以及管理系統通過網絡連為一體，電動車充電樁的充電進入到一個新的模式，但是這種充電模式早期發展還不夠成熟，很多公司開發的產品不夠穩定，給產品的推廣形成了一定的阻力。但是隨著政府的大力支持和物聯網的快速發展，國內電動車充電樁結合物聯網技術和移動通信技術，基于聯網式的共享充電樁這幾年開始大量出現，有數據顯示受新能源汽車大規模普及和政策大力扶持的影響下，中國充電樁行業規模快速增長；尤其在2016年，公共充電樁保有量增速達185.3%；2016年后增速有所放緩，呈穩定增長態勢。到2021底，國內的公用充電樁數量大幅增長到48.4萬，比上年同期增加了51.5%。從充電樁投幣式充電到刷卡式充電再到聯網式充電，可以看出國內充電樁的發展方向是向著無線傳輸，連接網絡，信息共享的方向發展。通過對比國內外電動車充電樁的發展看出，物聯網與充電樁結合在國外的運用早于國內，但是隨著國內物聯網技術的快速發展，其在電動車充電樁領域的應用也逐漸多起來，甚至在應用上有趕超國外之勢。物聯網與充電樁結合一般是在電動車及充電站內部署各種無線傳感器設備，并通過無線感知設備采集充電樁工作參數，然后再通過無線通信技術將數據發送的云端搭建的監控系統，并通過云端對充電樁進行監測運維。2電動車充電樁管理系統總體設計2.1用戶需求分析在我國，電動車出行充電問題一直沒有得到很好的解決，在電動車使用率比較高的城市，充電樁也沒有很好的規劃建設。這就造成了很多電動車車主在家里或者在小區內部私拉電線進行充電，這種充電方式有極高的危險性，容易發生充電事故，而且傳統的充電樁因為功能單一，且設備簡單使得充電樁并不能滿足人們的充電需求。高性能的嵌入式處理器的出現，使得充電樁數據采集系統的功能更加的完善，同時物聯網技術迅猛的發展，加上云端技術逐漸完善，這鞏固了各個系統的聯系并加強了技術基礎以及穩定性，而且隨著移動技術的快速發展，人們通過使用手機的習慣已經逐漸形成，正常的交易支付基本在手機端就可以完成。投幣式以及刷卡式充電樁已經不能夠滿足人們出現方式的需求。以高性能處理器為基礎搭建采集系統并運用物聯網技術將數據同步到云端以及用戶端，以此來提高充電樁系統的連通性，提升用戶體驗，是各個用戶都希望看到的結果。經過對用戶的需求的整體評析以及物聯網技術的探討，設計充電樁系統實現功能如下：（1）精準的電量檢測能力：充電過程中對電動車充電樁的電流，電壓以及功率的檢測，當充電查詢命令下發時快速反應并上報充電數據。并實現充電樁系統周期性向服務器上報充電中產生的數據。（2）可靠的充電安全保護機制：當充電樁充電過程中的電流電壓過載時充電樁發送預警提示到用戶，當充電樁發生異常時，系統根據發生故障產生相應代碼上傳服務器，并立即切斷充電。（3）持續穩定的運行能力：引用操作系統對充電任務進行合理有效的管理，利用操作系統管理機制，合理分配任務以及內存提升系統的穩定性。（4）遠程監控維護機制：通過后臺管理系統實現充電樁自動升級，查詢以及異常維護等功能。2.2電動車充電樁硬件管理系統總體設計測量模塊PLC控制模塊數據存儲測量模塊PLC控制模塊數據存儲無線模塊無線模塊人機交互模塊人機交互模塊電壓電流互感器電源模塊電壓電流互感器電源模塊圖2-1充電樁硬件控制系統通過對充電樁充電系統的分析，得出本次設計充電樁控制系統硬件架構組成如圖2-1所示，由圖充電樁硬件系統包含了電源模塊，測量控制模塊，無線網絡傳輸控制模塊以及PLC控制模塊和人機交互模塊，主要部分功能如下。測量控制部分：主要進行充電數據進行采集和處理，并在測量控制處理器模塊中嵌入FreeRTOS操作系統，規劃充電任務來管理數據以保障充電系統的實時性和穩定性，具體工作流程：當測量模塊接收到無線傳輸模塊的查詢命令處理模塊解析判斷查詢碼并匹配充電端口，匹配成功則測量模塊上報測量數據，處理模塊打包數據后進行上傳。無線網絡傳輸控制部分：根據充電需求分析，無線網絡傳輸系統是充電樁設備與云端服務器交互的通道，無線傳輸模塊運用GPRS無線技術發送數據到云端服務器，并設計充電樁與云端交互數據通訊協議。2.3電動車充電樁管理系統物聯網充電樁控制系統遠程操控的重要組成部分還包括管理系統，本充電樁控制系統將下位機位機接入網絡，通過互聯網實現數據共享，也更有利于充電樁的維護與管理。在實現充電樁聯網后，充電樁的管理人員可以通過后臺監測充電樁的運行狀態，維護與升級等，節省了管理與維護成本，根據市場需求，充電樁上位機具體功能設計如下：（1）使用MINA框架服務端建立Socket連接的服務器，與下位機進行Socket長連接，同時可以與管理系統建立連接，服務端通過將數據處理后的充電樁控制命令下發給對應的充電樁設備，設備接收命令并響應充電樁充電，升級，查詢，停電等動作。（2）充電樁通過無線模塊接入網絡，然后服務端接受充電樁上發的數據包，并進行充電樁在服務端的注冊、充斷電、遠程運維、遠程監控、周期信號上傳等功能。（3）服務端對上傳的數據進行處理，并將響應的數據存儲到數據庫中，完成信息的存儲和提取。（4）建立管理系統與服務器的連接，并實現不同場景下兩個部分的數據共享。（5）對管理系統進行模塊劃分，并根據不同的模塊功能對充電樁數據進行統計和管理。2.4電動車充電樁整體架構圖2-2充電樁整體架構本次設計的電動車充電樁控制系統總體架構如圖2-2所示，充電樁通過充電測量系統完成充電電量的采集并對數據進行處理，然后無線網絡通訊將采集到的數據上傳到網絡服務器，在服務器端對數據進行解析,并同步信息到管理系統中，數據處理后發送指令回硬件充電樁控制系統中并控制充電設備層進行響應動作。充電時，用戶通過掃描充電樁下位機的二維碼進入充電界面，發送充電命令到服務器，服務器將充電指令下發給充電樁下位機，充電樁下位機收到命令解析后響應充電操作，并返回返回碼給服務器，發出相關的提示信息；斷電時，若電量已充滿，數據上報后服務器發送斷電指令下發到下位機，若用戶提前停止充電，則服務器傳送用戶指令給下位機控制斷電。本充電樁控制系統實現了電動車充電的智能計時與智能通斷，管理端遠程監控，同時還可在用戶端查看充電信息，充電方便、安全和快捷。3電動車充電樁硬件系統設計3.1控制模塊在ISO/IECl5118標準中，推薦使用PLC進行電動汽車與充電樁之間的通信。PLC通信的研究重點在于物理層和數據鏈路層的數據傳輸。寬帶PLC技術與OSI模型在數據鏈路層及其以上的標準相兼容。因而，電力通信網絡類似于以太網，而其不同之處主要在于物理層的傳輸介質不同，PLC通過電力線進行通信，而以太網則通過傳的網線進行通信。PLC技術遵循、HomePlugAV、HomePlugGHP、G3-PLC等標準，其數據鏈路層通常采用基于CSMA/CA(帶有沖突避免機制的載波監聽多路訪問協議)的廣播共享方式。圖3-1所描述的是PLC通信系統的工作原理,圖中介紹了從主站通信設備到從站通信設備數據的處理與收發。主站通信設備將準備發送的數據打包后通過通信接口發送給發送端的信號處理模塊,信號處理模塊主要保羅微處理器，通信信號調制器。當接收到通信接口發來的數據，微處理器對數據進行編碼處理，隨后轉發給調制器進行調制。當處理完數據以后，數據通過電力線耦合接口耦合到電力線上。此時發送端的數據發送完成。接收端同樣通過電力耦合接口濾出接收到的數據消息，并依此通過解調器和微處理器對數據進行處理，還原。再將接受和處理過的數據通過通信接口發送給從站通信設備。因為數據發送端和接收端具備相同的工作組件，從站通信設備也能后使用相同的過程向主站通信設備發送數據，雙方可以實現互相通信。圖3-1電力線載波通信系統的工作原理PLC通過儲存在其中的程序得以運行PLC技術，成熟穩定性高，和其他充電方式相比較，具有較強的抗干擾性等優點。隨著互聯網不斷地發展，PLC也擁有著不可忽視的地位，其在工業生產、生活中也博得了一席之地。PLC就是電動車充電系統的核心，負責處理各個模塊之間相互運作的情況，在本文的研究中，選用的是FX2N-16MR來進行電動車充電系統的設計，FX2N系列是三菱PLCFX系列中信息反饋較為敏捷一款，使用此種PLC可以大大避免因為系統本身的原因造成的死機不工作等問題。因此用PLC可以實現電動車在充電中的需求。圖3-2展示了PLC控制器中各個資源分配的情況，電動車充電系統之間的各個模塊是相互獨立的，而PLC的作用便是將電動車充電系統之間的各個相互獨立的模塊進行連接與協調，進而實現對整個電動車充電系統資源的合理配置，達到對電動車充電的作用。圖3-2PLC控制器資源分配情況3.2測量模塊要實現充電樁控制系統數據化以及網絡化管理，測量模塊則是其中最為重要的組成部分.只有充電數據作為支撐，上層應用才能根據數據進行相應的管理和維護。本次測量模塊電路采用RN8209D單相測量表采集充電數據。RN8209D是由深圳瑞能微公司提供的可進行有功功率、無功功率、有功能量、無功能量等功能的高精度測量芯片。并能同時提供兩路獨立的有功功率和有效值、電壓有效值、線頻率、過零中斷等功能，可以實現靈活的防竊電方案。測量系統RN8209D芯片電路推薦設計如圖3-3所示，RN8209D有兩種方式與外部進行通信，兩種通信方式分別為UART串口以及SPI。根據推薦配置芯片工作電壓為5V，本次設計RN8209D選擇與MCU通過SPI通訊，所以配置IS引腳為高電平來選擇SPI通訊，OSCO、OSCI配置芯片外部晶振，同時SCSN、SCLK、SDI、SDO為SPI通訊的四個控制引腳。圖3-3RN8209D電路設計本次充電樁控制系統共提供16路充電端口供用戶使用，具體設計為每一塊RN8209D芯片測量兩路充電端口，每一路充電端口通過信息處理控制模塊MCU控制繼電器的開閉來控制電路充斷電。3.3無線網絡模塊無線模塊運用集成的GPRS無線通訊技術芯片SIM800C，該芯片內嵌了TCP/IP通訊協議，可以通過簡單的開發就可以實現網絡連接，SIM800C芯片通過串口與PLC控制系統進行連接，SIM800C芯片如圖3-4所示，該模塊采用SIM800C成品，直接通過信息處理模塊引腳進行供電以及串口連接。圖3-4GPRS模塊原理圖3.4人機交互模塊充電樁作為一個需要與用戶面對面交互的控制設備，需要提供給用戶一個簡潔方便，友好易操作的使用提示界面，我們為了迎合市場需求，站在用戶的角度，設計了交互模塊。人機交互模塊的組成包括語音提示功能和LED指示燈，當用戶操作不同的充電動作時，充電樁會發出相應的提示音提示用戶操作成功或者失敗，語音提示設計通過解析樂譜后組成二進制數組形式存放在程序中，當操作需要提示音時通過程序引入不同時段樂譜通過蜂鳴器播放即可。分別采用不同的LED指示燈，通過定義不同的顏色代表不同的充電樁工作情況，方便用戶進行充電判斷。人機交互模塊利用LED發光二極管來指示充電樁的不同充電狀態，指示燈一般安裝在充電樁比較顯眼的位置，方便用戶獲知不同的充電狀態后進行正確的操作。發光二極管具有壽命長，廉價等特點，使用更加廣泛，本次設計采用紅、綠三種顏色的LED二極管，二極管電路通過控制器的GPIO端口輸入低電平點亮，輸入高電平時熄滅。4充電方案的實現4.1充電樁控制系統軟件結構在對充電樁進行分析后，確定軟件功能主要是對數據進行采集與傳輸，因此按照功能模塊分為數據采集與充電管理模塊和無線傳輸功能模塊，軟件功能架構中數據采集是充電樁的基礎，數據管理是核心，無線傳輸功能是數據傳輸的重要樞紐。將功能模塊化有助于理清數據的功能架構。4.1.1充電樁控制系統開發環境充電樁控制軟件系統選用KeiluVision5作為開發平臺，KeiluVision5開發平臺可提供多種處理器的編譯支持，以及支持對C/C++的交叉編譯調試，KeiluVision5開發界面如圖4-1所示。圖4-1FreeRTOS操作系統4.1.2移植FreeRTOS操作系統在充電樁控制系統中處理器控制模塊主要實現對充電任務以及充電數據進行管理和存儲，因為充電樁控制系統任務功能復雜，數據龐大，所以通過嵌入FreeRTOS操作系統來提高系統來管理任務，而且可以提高充電樁系統的實時性和可靠性。FreeRTOS操作系統主要是面向小型嵌入式系統項目，FreeRTOS操作系統對比其他操作系統而言，簡捷小巧但是核心功能齊全，其內核源碼中只由4個內核文件和一些相關的移植實例以及頭文件組成，學習起來相對簡單。FreeRTOS主要由Demo、License、Source三個文件組成，其中Demo文件夾存放FreeRTOS支持的移植平臺，其中主要有STM32、MSP430、ARM9等市場上常見的產品；Source文件夾存放FreeRTOS操作系統的內核文件，內核文件主要是task.c、queue.c、list.c、croutine.c、timer.c、event_groups.c源代碼以及include、portable頭文件組成。include文件則提供了FreeRTOS系統的頭文件，portable提供了FreeRTOS操作系統移植的文件，其中包括各平臺的移植相關文件以及內存管理文件。內核文件內部的六個.c文件源代碼與移植目標平臺無關，其中task.c定義了操作系統任務層代碼，主要是為開發者提供調用任務級別的函數，主要有任務創建，刪除，掛起等相關的接口函數（API）；list.c則定義了FreeRTOS內核鏈表的數據結構；queue.c定義了內核消息隊列，消息隊列是任務間數據傳輸的通道；croutine.c則實現了一種任務共享堆棧的數據結構體，這樣可以減少系統內存的消耗從而降低了產品成本；timer.c部分提供了FreeRTOS的軟件定時器；event_groups.c則是事件標志組源代碼。在工程文件移植時只要根據FreeRTOS官方移植實例，將它們部分或者全部添加到開發的工程文件目錄即可。4.1.3基于FreeRTOS的充電任務設計引用操作系統最大的優點是可以任務分開管理，根據不同的功能模塊進行任務劃分是任務劃分的一般性原則，根據充電樁控制系統任務功能設計規劃了電量采集任務、數據處理任務、充電數據遠傳任務、繼電器控制任務、數據存儲任務、人機交互控制任務以及對各個任務的監控任務并創建了這7個充電樁充電任務。其中任務間數據通過消息隊列發送，同時通過信號量進行任務間同步。（1）電量采集任務電量采集任務是充電樁控制系統的基礎部分，在充電樁運行情況下電量采集任務完成每隔5秒鐘周期性采集充電信息并通過消息隊列向數據處理任務發送數據，同時接收數據處理任務下發的查詢數據命令，并及時上報數據，每個任務均分配運行時間，當運行時間超出或運行異常時，通過監控任務來判斷異常原因或重啟任務，系統設置電量采集任務優先級為3，間隔1.2秒調度一次，在數據處理任務解析命令后能夠及時響應。（2）數據處理任務數據處理任務是與其他任務交互最多的功能任務，主要負責數據的處理和解析，數據接收主要來自數據采集任務采集的充電數據和無線遠傳任務接收到上位機下發的命令數據幀。在接收到數據后數據處理任務還負責對數據幀的解析和命令的下發，其中數據下發方向主要有數采集任務、繼電器控制任務，數據存儲任務以及人機交互任務。數據上傳則是采集的數據幀通過解析數據、再封裝成JSON數據格式通過串口到無線模塊后再發送到服務器并存調用數據存儲任務進行存儲。系統設置數據處理任務優先級為2，間隔0.7秒調度一次，當服務器端命令到達后能夠及時處理。（3）數據遠傳任務數據遠傳任務完成與物聯網平臺的網絡連接，并上報采集的各項電能數據，即發布消息，當數據處理任務收到數據遠傳發來的查詢命令數據包，數據處理任務解析數據包后下發信息采集命令，信息采集并發送數據到信息處理任務解析打包后通過串口發送數據到無線模塊并發送到服務器。在發生異常（如電表故障無法采集數據或發送數據失敗）時，數據長時間沒有數據與服務器交互，運營商會將設備踢下線，所以為了保活，還需要周期性上發心跳包，以保持與平臺服務器的連接，并將未發送數據存儲到數據存儲任務中。在成功發送一條發布消息報文后，發送LED信號量，以實現LED指示燈控制任務的同步。因為當服務器下發命令后需要系統第一時間響應，所以設置數據遠傳任務優先級為1，該任務間隔1秒調度一次。（4）監控任務任務運行監控任務是整個充電樁系統正常運行的保障，在操作系統啟動后，任務監控運行任務監控各個任務的運行時間，喂狗以及掉電判斷等功能。系統設置數據存儲任務優先級為5，該任務間隔2秒調度一次，實時監控各個任務的運行狀態。（5）PLC控制任務PLC控制任務主要是控制PLC的開關來實現充電斷電，同時當PLC充斷電異常時運行異常控制函數，對充電樁進行自動斷電處理，并向數據處理任務發送異常信號量。PLC正常工作時，主要接收來自遠程任務發送的充電命令并經數據處理任務解析后再下發到PLC任務的命令。系統設置PLC控制任務優先級為5，該任務間隔0.3秒調度一次，在數據處理任務解析命令后響應PLC。（6）數據存儲任務數據存儲任務是充電樁系統的重要組成部分，在數據解析后，數據會經消息通道發送到數據存儲任務中進行存儲，同時在數據遠傳任務中，當數據發送失敗時，數據經消息發送到數據存儲任務中進行存儲。系統設置數據存儲任務優先級為4，該任務間隔0.5秒調度一次，在系統數據存儲時響應該任務。（7）人機交互控制任務人機交互任務是充電樁的重要組成部分，該部分主要是運用LED燈實現對用戶的操作指示。當紅燈常亮時提示充電異常，綠燈常亮表示充電完成，黃燈閃爍表示開始充電，黃燈常亮表示正在充電，人機交互任務優先級設置為7，間隔0.2秒調度一次。4.2充電控制命令數據協議為實現對充電樁控制系統的控制，根據操作系統消息隊列的傳輸特性，既系統在同一時間只響應一個，設計了對充電樁系統控制的協議，充電控制系統充電通訊數據協議如表4-1所示。表4-1充電樁充電控制命令協議字節/序號代表含義取值具體代表意義失配返回值1校驗頭0xFF校驗無2操作命令0x000x010x020x030x040x05開始充電停止充電設備搜索設備維護充電查詢設備升級0x0a3操作參數0x00-0x0F0x010x020x00-0x050x00-0x080x04設定充電時間確定停止充電設備搜索設備維護內容查詢內容設備升級0x0b4充電端口0x00-0x0F充電端口序號(設備升級操作時為默認值0x00)0x0c5-16用戶ID“xxxxxxxxxxx”用戶注冊手機號(設備升級操作時為默認值0x00)無17校驗尾0x00,0x0018校驗尾0xFF,0xFF由表4-1所示校驗頭（第1字節）設置取值為0xFF，充電樁設備通訊協議的校驗開頭，在進行設備充電信息傳輸時作為校驗使用。由于每個充電樁控制系統設計了16個充電端口，所以協議充電端口（第2字節）取值范圍為1到16，若充電端口失配，則設備返回錯誤碼0x0C。操作命令（第3字節）有5種取值分別表示不同的命令。如0x00表示開始充電，0x01表示停止充電，0x02表示設備搜索，0x03表示設備維護，0x04表示充電查詢，0x05表示設備升級,在設備升級操作時充電端口設置默認值為0x00[30]。若發送的命令配對錯誤，則設備失配返回0x0a。操作參數（第4字節）一般與操作命令配對使用。操作參數出現配對錯誤時，則設備失配返回0x0b。此外，在發送開始充電命令（0x00）時，還需要發送12個字節的用戶ID在數據結尾，附加發送4字節長度的幀尾（0x00,0x00,0xFF,0xFF）校驗尾來表示一幀數據。4.3無線傳輸通訊模塊功能實現網絡傳輸是充電樁實現連接網絡服務端的重要部分，充電樁設備設備層需要上傳的數據都經過網絡傳輸模塊，是整個充電樁系統的重要組成環節。充電樁網絡通訊部分采用GPRS技術進行數據傳輸，GPRS模塊采用SIM800C芯片搭建傳輸電路，SIM800C模塊的工作原理是通過信息處理系統發送AT指令控制工作。本次設計中將整個網絡傳輸系統的功能分為兩部分，分別為網絡連接功能和數據解析功能。其中網絡連接部分主要功能是維持充電樁設備層與服務器的連接狀態，數據解析部分主要是進行充電樁采集數據的解析和打包功能。網絡連接是實現數據傳輸的基礎功能，SIM800C芯片連接網絡是由AT命令控制，在進行連接網絡之前，需要對無線模塊進行初始化操作，在初始化硬件模塊后再通過STM32串口實現指令發送到SIM800C模塊激活模塊任務狀態，激活命令由AT+CSTT，AT+CIICR和AT+CIFSR組合，無線模塊激活后再通過發送指令：AT+CIPSTART=“TCP”,\"127.000.***.***\",\"****\"\r\n"建立設備與服務器的通訊連接，其中IP地址和網絡端口根據服務端網絡分配得到，無線模塊與服務端在建立連接后無線模塊會通過串口返回CONNECTOK到處理器，處理器收到返回碼后再調用AT+CIPSEND>***指令發送數據到服務端，在成功發送數據后返回SENDOK，此時開發者在開發時用串口打印返回碼調試可快速提高開發效率。采用GPRS無線通訊連接網絡，運營商在云端通過監管連接的網絡端口，為防止設備長期占用端口而造成資源浪費，運營商通過定時監管，端口連接在一段時間未進行數據傳輸時，運營商則將其進行下線操作，所以為了保持設備的實時在線，GPRS無線模塊提供了一種心跳機制，心跳機制是設備層周期性地向服務端發送空數據包，以保持設備不掉線來保證系統的連接穩定性。心跳機制周期一般設置在30秒到幾分鐘不等，但是實際設計階段應根據實際測試結果得到，本系統設計的心跳發送周期為4分20秒，經測試實驗后實際有效。網絡連接只是充電樁進行網絡交互的基礎功能，要實現云端與設備端數據的交互，還需要進行相關數據的收發工作。4.4下位機系統測試充電樁下位機終端如圖4-2所示為充電樁主板，以及主板集成的繼電器，測量模塊，GPRS無線模塊，以及LED燈和電源模塊。圖4-2充電樁電路原理圖圖4-3充電樁實物圖充電樁運行測試則是主要測試了充電樁設備數據上發服務器的數據，服務器分配端口設置8080，如圖4-4所示測試了注冊命令，充電樁與服務器充電指令的交互。圖4-4注冊與充電命令下發如圖4-5測試充電樁設備的心跳功能以及周期上傳功能，測試結果功能顯示運行正常。圖4-5心跳功能與周期上傳數據圖4-6則是測試了充電樁設備的的斷電功能，設備異常上報，遠程維護查詢以及遠程更新功能，經測試結果顯示各個功能運行正常。圖4-6斷電與維護以及遠程更新結論本次論文研究了電動車充電樁領域國內外的發展近況，提出了一種利用充電樁設備接入網絡服務端通過服務器監控管理的電動車充電樁控制系統。系統設備層采用