电动汽车快速充电机监控终端的设计

　　摘要：随着物联网时代的到来，实现对快速充电机的智能远程管理，其监控终端的设计是其中的关键技术。结合单片机STM32 和实时操作系统μC/OS-Ⅱ，介绍了快速充电机监控终端的整体设计方案，研究了大功率充电机CAN 总线及GPRS数据发送的协议制定及软件设计方法，并对GPRS流量费用进行了经济性分析。结果表明该监控终端保证监控网络工作稳定，实现对充电机的运行状态的监测及其远程管理。

　　0 引言

　　随着国家对新能源技术的大力扶持，电动汽车逐渐成为国家在新能源汽车产业大力发展的对象，而电动汽车充电站、快速充电机是电动汽车大规模化后不可或缺的服务基础设施之一。大量分布于各住宅小区、停车场的电动汽车用非车载智能快速充电机，实现高效、安全、智能化的管理必定成为主流。针对目前快速充电机群实行无人值守的运行情况，这就要求快速充电机须具有较高的可靠性和自动化程度，功能更加完善，可远程维护等功能。

　　这样，使得分布式、模块化、智能化成为快速充电机的发展方向，而高性能、低成本的充电机监控终端是其中的关键技术。为管理区域多台充电机的资源优化利用与管理的智能化，监控终端与Internet网的交互成为一种必然。

　　1 监控网络的整体方案

　　如图1的充电机的监控网络结构图所示，监控终端作为充电机与监控中心之间的一个重要网关。其有效的通信链路有：监控中心-监控终端；监控终端-充电机（或电池管理系统（BMS）、电动汽车等）。

　　通过监控终端作为媒介，实现了监控中心与充电机及电动汽车的通信链路的建立。终端通过CAN网络与充电机、BMS及电动汽车等相互通信，采集相关节点的数据信息并存储，并将相关信息反馈给充电机。充电机根据相关信息从而实现电动汽车电池的智能充电。终端与监控中心之间是通过GPRS连接通信，终端将充电机、电池、电动汽车等相关数据传回监控中心，监控中心实现对充电机的远程控制和实时监控功能，记录充电机的运行及故障情况。车主可以由监控中心查询了解当前空闲的充电机位置，实现资源充分利用。

　　2 监控终端功能模块

　　2.1 监控终端的总体设计

　　监控终端是连接监控中心与充电机的桥梁。其总体设计结构如图2所示，监控终端主要由Cortex-M3 内核的STM32ZGT6 的核心模块、数据采集模块（CAN 网络）、用户计费交互信息模块、数据存储模块、实时时钟模块和GPRS通信模块6个部分所组成。终端采用Co-tex-M3内核的STM32ZGT6微处理器芯片。该单片机具有丰富的片上硬件资源，内含CAN 2.0B的控制器，以及多达4 个串口，满足终端CAN 与GPRS 网络接口的需求。

　　监控终端的工作流程如下：用户计费模块读取用户信息以及选择充电模式，通过CAN 网络向充电模块发送相应充电命令；同时监控终端读取CAN 网络中的关键数据帧如充电机的运行状况等，并将数据保存于NandFlash中。

　　定时将当前充电用户信息和充电机等运行参数通过GPRS 发送到监控中心。监控终端可以根据用户的需要，打印用户的余额或收费凭据等。

　　2.2 CAN总线模块

　　为了更好地保证CAN 总线可靠的传输，系统定义了一套通用的应用层的CAN 总线协议。主要针对CAN 2.0B协议的报文ID进行了分配及定义。

　　如表1 所示。

　　（1）优先级确定。CAN协议规定报文ID越小，其报文的优先级越高。在竞争总线时，优先级高的报文优先发送，优先级低的退出总线竞争。CAN 总线竞争的算法效率很高，是一种非破坏性竞争[3].因CAN协议规定标识符由高至低，前7位不能全为显性位。所以优先级1111b保留，故系统具有15级优先级别。

　　（2）类型码。协议将ID24~ID22 规定消息的类型。