電動汽車快速充電機監控終端的設計

隨著國家對新能源技術的大力扶持，電動汽車逐漸成為國家在新能源汽車產業大力發展的對象，而電動汽車充電站、快速充電機是電動汽車大規模化后不可或缺的服務基礎設施之一。大量分布于各住宅小區、停車場的電動汽車用非車載智能快速充電機，實現高效、安全、智能化的管理必定成為主流。針對目前快速充電機群實行無人值守的運行情況，這就要求快速充電機須具有較高的可靠性和自動化程度，功能更加完善，可遠程維護等功能。

這樣，使得分布式、模塊化、智能化成為快速充電機的發展方向，而高性能、低成本的充電機監控終端是其中的關鍵技術。為管理區域多臺充電機的資源優化利用與管理的智能化，監控終端與Internet網的交互成為一種必然。

1 監控網絡的整體方案

如圖1的充電機的監控網絡結構圖所示，監控終端作為充電機與監控中心之間的一個重要網關。其有效的通信鏈路有：監控中心-監控終端;監控終端-充電機(或電池管理系統(BMS)、電動汽車等)。

通過監控終端作為媒介，實現了監控中心與充電機及電動汽車的通信鏈路的建立。終端通過CAN網絡與充電機、BMS及電動汽車等相互通信，采集相關節點的數據信息并存儲，并將相關信息反饋給充電機。充電機根據相關信息從而實現電動汽車電池的智能充電。終端與監控中心之間是通過GPRS連接通信，終端將充電機、電池、電動汽車等相關數據傳回監控中心，監控中心實現對充電機的遠程控制和實時監控功能，記錄充電機的運行及故障情況。車主可以由監控中心查詢了解當前空閑的充電機位置，實現資源充分利用。

2 監控終端功能模塊

2.1 監控終端的總體設計

監控終端是連接監控中心與充電機的橋梁。其總體設計結構如圖2所示，監控終端主要由Cortex-M3 內核的STM32ZGT6 的核心模塊、數據采集模塊(CAN 網絡)、用戶計費交互信息模塊、數據存儲模塊、實時時鐘模塊和GPRS通信模塊6個部分所組成。終端采用Co-tex-M3內核的STM32ZGT6微處理器芯片。該單片機具有豐富的片上硬件資源，內含CAN 2.0B的控制器，以及多達4 個串口，滿足終端CAN 與GPRS 網絡接口的需求。

監控終端的工作流程如下：用戶計費模塊讀取用戶信息以及選擇充電模式，通過CAN 網絡向充電模塊發送相應充電命令;同時監控終端讀取CAN 網絡中的關鍵數據幀如充電機的運行狀況等，并將數據保存于NandFlash中。

定時將當前充電用戶信息和充電機等運行參數通過GPRS 發送到監控中心。監控終端可以根據用戶的需要，打印用戶的余額或收費憑據等。

2.2 CAN總線模塊

為了更好地保證CAN 總線可靠的傳輸，系統定義了一套通用的應用層的CAN 總線協議。主要針對CAN 2.0B協議的報文ID進行了分配及定義。

如表1 所示。

(1)優先級確定。CAN協議規定報文ID越小，其報文的優先級越高。在競爭總線時，優先級高的報文優先發送，優先級低的退出總線競爭。CAN 總線競爭的算法效率很高，是一種非破壞性競爭[3].因CAN協議規定標識符由高至低，前7位不能全為顯性位。所以優先級1111b保留，故系統具有15級優先級別。

(2)類型碼。協議將ID24~ID22 規定消息的類型。

在本系統中，用到的消息類型主要有：控制、狀態、測量、警告和廣播5 種類型。根據將類型碼的具體分配如表2所示。

(3)源地址。協議規定ID12~ID16 為源地址，ID17~ID21為目標地址，進而標識報文的各接收節點與發送節點。5位地址位，保留11111b為廣播地址，可以確定31個控制節點，可滿足電動汽車充電機的監控需求。在此系統中，定義00000b為監控終端，00001b為充電機節點，00010b為電池管理系統(BMS)節點。

(4)分段碼。因不同的節點所發送的數據量不同，可能會出現一個數據幀不能把從底層采集到的數據一次性發送完畢(即超過8 個字節的情況)。協議中將ID11~ID4定義為分段碼，如表