隨(sui)著國家對新能源技術的大(da)力扶持，電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)逐漸成為(wei)(wei)國家在新能源汽(qi)車(che)產業(ye)大(da)力發展的對象，而電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)站、快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)是電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)大(da)規模化(hua)后不可(ke)或(huo)缺的服務(wu)基礎設施之一。大(da)量分布(bu)于各住(zhu)宅小區(qu)、停車(che)場的電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車(che)用(yong)非車(che)載智能快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)，實現高(gao)(gao)效、安全、智能化(hua)的管理必定成為(wei)(wei)主(zhu)流(liu)。針對目(mu)前快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)群實行無人(ren)值守的運行情況，這(zhe)就要(yao)求快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)須具有較高(gao)(gao)的可(ke)靠性和自動(dong)化(hua)程度，功(gong)能更加完善，可(ke)遠(yuan)程維護等功(gong)能。

　　這(zhe)樣，使(shi)得(de)分布式(shi)、模塊化(hua)、智能化(hua)成(cheng)為(wei)(wei)快速充(chong)電機(ji)的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)方向，而高性能、低成(cheng)本(ben)的(de)(de)(de)充(chong)電機(ji)監控終端(duan)是其中的(de)(de)(de)關鍵(jian)技(ji)術。為(wei)(wei)管理區域多臺(tai)充(chong)電機(ji)的(de)(de)(de)資源(yuan)優化(hua)利用與管理的(de)(de)(de)智能化(hua)，監控終端(duan)與Internet網的(de)(de)(de)交互成(cheng)為(wei)(wei)一種必然。

　　1 監控網絡的整體方案

　　如圖1的的監(jian)控(kong)(kong)網絡(luo)結構圖所(suo)示，監(jian)控(kong)(kong)終端(duan)作為充電機(ji)與監(jian)控(kong)(kong)中(zhong)(zhong)心之間(jian)的(de)一個重要網關。其有效的(de)通(tong)信(xin)鏈(lian)路有：監(jian)控(kong)(kong)中(zhong)(zhong)心-監(jian)控(kong)(kong)終端(duan)；監(jian)控(kong)(kong)終端(duan)-充電機(ji)（或電池(chi)管理系統(tong)（BMS）、電動汽車等(deng)）。

　　

　　通過(guo)(guo)監(jian)控終(zhong)端(duan)(duan)(duan)作(zuo)為媒介(jie)，實現(xian)了監(jian)控中(zhong)(zhong)心與(yu)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機及(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)動汽(qi)(qi)車(che)(che)的通信(xin)鏈路的建立。終(zhong)端(duan)(duan)(duan)通過(guo)(guo)CAN網(wang)絡與(yu)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機、BMS及(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)動汽(qi)(qi)車(che)(che)等(deng)相(xiang)互通信(xin)，采集相(xiang)關節點的數據信(xin)息并存儲，并將相(xiang)關信(xin)息反(fan)饋給(gei)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機。充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機根據相(xiang)關信(xin)息從而(er)實現(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)動汽(qi)(qi)車(che)(che)電(dian)(dian)(dian)(dian)池的智能充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)。終(zhong)端(duan)(duan)(duan)與(yu)監(jian)控中(zhong)(zhong)心之間(jian)是通過(guo)(guo)GPRS連(lian)接通信(xin)，終(zhong)端(duan)(duan)(duan)將充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機、電(dian)(dian)(dian)(dian)池、電(dian)(dian)(dian)(dian)動汽(qi)(qi)車(che)(che)等(deng)相(xiang)關數據傳回(hui)監(jian)控中(zhong)(zhong)心，監(jian)控中(zhong)(zhong)心實現(xian)對充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機的遠程控制和實時監(jian)控功能，記(ji)錄充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機的運行及(ji)(ji)故障(zhang)情況。車(che)(che)主可以由監(jian)控中(zhong)(zhong)心查詢了解當前空(kong)閑的充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)機位置，實現(xian)資源充(chong)(chong)(chong)分利用(yong)。

　　2 監控終端功能模塊

　　2.1 監控終端的總體設計

　　監控(kong)終(zhong)(zhong)端(duan)是連(lian)接監控(kong)中(zhong)心與充(chong)電機(ji)(ji)的(de)橋梁。其總體設(she)計結構如圖2所示，監控(kong)終(zhong)(zhong)端(duan)主要由Cortex- M3 內核的(de)STM32ZGT6 的(de)核心模塊(kuai)、數據采集模塊(kuai)（CAN 網(wang)絡）、用(yong)戶計費交互信息模塊(kuai)、數據存儲模塊(kuai)、實時時鐘(zhong)模塊(kuai)和GPRS通信模塊(kuai)6個部(bu)分所組(zu)成。終(zhong)(zhong)端(duan)采用(yong)Co-tex-M3內核的(de)STM32ZGT6微處理(li)器芯片。該單(dan)片機(ji)(ji)具有豐富的(de)片上硬(ying)件資源，內含CAN 2.0B的(de)控(kong)制器，以及多達4 個串口，滿足(zu)終(zhong)(zhong)端(duan)CAN 與GPRS 網(wang)絡接口的(de)需求。

　　

　　監(jian)控終端(duan)的(de)工(gong)作流程如(ru)下：用戶計(ji)費(fei)模塊讀取(qu)用戶信(xin)息以及選擇充(chong)電模式(shi)，通過CAN 網絡向充(chong)電模塊發(fa)送(song)相應充(chong)電命令；同時監(jian)控終端(duan)讀取(qu)CAN 網絡中的(de)關鍵(jian)數據幀(zhen)如(ru)充(chong)電機的(de)運行狀(zhuang)況等(deng)，并將數據保存(cun)于(yu)NandFlash中。

　　定(ding)時將當(dang)前充(chong)(chong)電用(yong)戶信息和(he)充(chong)(chong)電機等(deng)運行參(can)數通過GPRS 發送到監控中心。監控終(zhong)端可(ke)以(yi)根據(ju)用(yong)戶的(de)(de)需(xu)要，打印用(yong)戶的(de)(de)余額或收費憑據(ju)等(deng)。

　　2.2 CAN總線模塊

　　為了更好地保(bao)證CAN 總線可(ke)靠的傳(chuan)輸，系統(tong)定義(yi)了一套通用(yong)的應用(yong)層的CAN 總線協(xie)議(yi)。主要(yao)針對CAN 2.0B協(xie)議(yi)的報(bao)文ID進(jin)行了分配(pei)及(ji)定義(yi)。

　　如(ru)表1 所示。

　　

　　（1）優(you)先(xian)級確定。CAN協議(yi)規定報(bao)文ID越小，其報(bao)文的(de)(de)優(you)先(xian)級越高。在競(jing)爭(zheng)(zheng)總(zong)(zong)線(xian)時，優(you)先(xian)級高的(de)(de)報(bao)文優(you)先(xian)發送，優(you)先(xian)級低的(de)(de)退出總(zong)(zong)線(xian)競(jing)爭(zheng)(zheng)。CAN 總(zong)(zong)線(xian)競(jing)爭(zheng)(zheng)的(de)(de)算法效(xiao)率很高，是一(yi)種(zhong)非(fei)破壞性競(jing)爭(zheng)(zheng)［3］。因(yin)CAN協議(yi)規定標識符由(you)高至低，前7位(wei)不能全為顯(xian)性位(wei)。所以優(you)先(xian)級1111b保留，故系(xi)統具有15 級優(you)先(xian)級別(bie)。

　　（2）類(lei)型(xing)碼。協議將ID24~ID22 規定(ding)消息的類(lei)型(xing)。

　　在本系統(tong)中，用到的消(xiao)息類型(xing)主(zhu)要有：控(kong)制(zhi)、狀態、測(ce)量、警告和廣播5 種(zhong)類型(xing)。根(gen)據將(jiang)類型(xing)碼的具體分配如表2所(suo)示(shi)。

　　

　　（3）源地址。協(xie)議規(gui)定ID12~ID16 為(wei)(wei)(wei)源地址，ID17~ID21為(wei)(wei)(wei)目標(biao)地址，進而標(biao)識報文的各接收節點(dian)與(yu)發送節點(dian)。5位(wei)地址位(wei)，保(bao)留11111b為(wei)(wei)(wei)廣播地址，可(ke)以確定31個(ge)控(kong)(kong)制節點(dian)，可(ke)滿足電(dian)動汽(qi)車充電(dian)機(ji)的監控(kong)(kong)需求(qiu)。在此系統(tong)中，定義00000b為(wei)(wei)(wei)監控(kong)(kong)終端，00001b為(wei)(wei)(wei)充電(dian)機(ji)節點(dian)，00010b為(wei)(wei)(wei)電(dian)池管理系統(tong)（BMS）節點(dian)。

　　（4）分段碼。因不同的(de)節點所(suo)發送(song)的(de)數據(ju)量(liang)不同，可能(neng)會(hui)出現一個數據(ju)幀不能(neng)把(ba)從底層采集到的(de)數據(ju)一次性發送(song)完畢（即超過8 個字(zi)節的(de)情況）。協議中將(jiang)ID11~ID4定義為分段碼，如表3所(suo)示。

　　

　　在表3 中，某節點(dian)的數據幀(zhen)由分段碼(ma)00H 開始，由FFH結束，最大可支(zhi)持發送256×8字節的數據。若該節點(dian)只有一幀(zhen)數據，定義(yi)FFH同時也為(wei)單幀(zhen)數據。

　　例如，BMS節點，包(bao)含了電(dian)池組總電(dian)壓、電(dian)池組總電(dian)流(liu)、電(dian)池組SoC、電(dian)池組各個箱體（9個）的(de)溫度(du)以(yi)及電(dian)池組狀態(tai)的(de)信(xin)息等(deng)。每個數據占用2 B.顯然一個數據幀是(shi)無法發(fa)(fa)送該節點的(de)全部(bu)信(xin)息，故(gu)須采用多(duo)幀方式發(fa)(fa)送。

　　2.3 數據發送模塊

　　終端(duan)是(shi)通(tong)過串口外接(jie)周立(li)功GPRS 模塊（ZWG-23A）連(lian)接(jie)到(dao)互聯網。通(tong)過GPRS網絡上網，連(lian)接(jie)到(dao)服務(wu)器(qi)之(zhi)后(hou)，按照通(tong)信協議定(ding)時向服務(wu)器(qi)發送數(shu)據。根據《深圳市電(dian)動汽車充電(dian)系統技(ji)術規(gui)范》標(biao)(biao)準文件，協議由(you)報文起始(shi)標(biao)(biao)識(shi)、版(ban)本號、命令字、報文長度、數(shu)據內容、校(xiao)檢碼等組成的，其具體格式如(ru)表4 所(suo)示。

　　

　　（1）起始標識。設為0xFAF5，用于喚(huan)醒接收方準備接收數據(ju)。

　　（2）報(bao)文長(chang)度。是由［發送序列號］到［數(shu)據內容］的總長(chang)度。

　　（3）校(xiao)驗碼。是從［起(qi)始標識(shi)］到［數據內(nei)容］的(de)無(wu)進位累加和(he)。

　　（4）接收（發送）方類(lei)(lei)型(xing)(xing)與地(di)(di)址(zhi)。監控中(zhong)心(xin)為(wei)(wei)類(lei)(lei)型(xing)(xing)為(wei)(wei)“業務服務平臺”，其(qi)(qi)數值為(wei)(wei)1，其(qi)(qi)地(di)(di)址(zhi)為(wei)(wei)在(zai)此(ci)類(lei)(lei)型(xing)(xing)碼下的某一(yi)個惟(wei)一(yi)地(di)(di)址(zhi)；終(zhong)端的類(lei)(lei)型(xing)(xing)為(wei)(wei)“調度終(zhong)端”，其(qi)(qi)數值為(wei)(wei)255，地(di)(di)址(zhi)為(wei)(wei)此(ci)類(lei)(lei)型(xing)(xing)下的某一(yi)個惟(wei)一(yi)地(di)(di)址(zhi)。

　　（5）數據內容與命(ming)令字(zi)：不同(tong)的命(ming)令字(zi)決定該報文所攜帶的數據的內容的構成及所占用的字(zi)節(jie)數。

　　數(shu)據(ju)內容(rong)一(yi)般由一(yi)個或多個數(shu)據(ju)對象(xiang)組合而成(cheng)(cheng)，也(ye)可以為空。發送方在應(ying)答非(fei)正常或無應(ying)答的情況下，每條數(shu)據(ju)報文最多重復(fu)發6次，每次間(jian)隔時間(jian)為30 s.數(shu)據(ju)內容(rong)根據(ju)命令(ling)字的不同其(qi)所組成(cheng)(cheng)的數(shu)據(ju)對象(xiang)也(ye)不同，通(tong)常情況下，終端(duan)與監控中(zhong)心的通(tong)信包括(kuo)終端(duan)注冊、中(zhong)心應(ying)答、終端(duan)就緒、定(ding)時發送4個階段。部分命令(ling)字與對應(ying)的數(shu)據(ju)內容(rong)見表5所示。

　　

　　3 軟件設計

　　3.1 μC/OS-Ⅱ的多任務管理

　　移植(zhi)μC/OS-Ⅱ實時操作(zuo)系統(tong)為監(jian)控終端的系統(tong)平臺，該系統(tong)是可剝奪(duo)性(xing)多(duo)任務內核(he)的實時操作(zuo)系統(tong)，具(ju)有實時、可裁剪、可靠和穩定性(xing)等優點。μC/OS-Ⅱ的系統(tong)資源豐(feng)富，除去自身的系統(tong)任務外，用戶可以(yi)建立多(duo)達56個任務，并提供(gong)信號(hao)量、消息(xi)郵箱、消息(xi)隊列及內存管(guan)理等系統(tong)級(ji)服務，足以(yi)滿(man)足充電樁的監(jian)控終端的系統(tong)要(yao)求。

　　為實現監控終端的(de)(de)(de)功能要求(qiu)，在μC/OS-Ⅱ中設計了(le)以下13個任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)：顯(xian)示任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、鍵盤查詢任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、輸(shu)入處理任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、打(da)印任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)存儲任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、IC 卡(ka)的(de)(de)(de)讀/寫任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、GPRS 的(de)(de)(de)發送(song)任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、CAN 數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)接(jie)收(shou)任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、CAN 數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)發送(song)任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、GPRS的(de)(de)(de)接(jie)收(shou)任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、命令控制任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)、報警任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)及看門狗的(de)(de)(de)喂(wei)狗和異(yi)常檢測任(ren)(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)。

　　μC/OS-Ⅱ的(de)(de)多任(ren)務(wu)(wu)(wu)的(de)(de)特點，規定(ding)每(mei)個任(ren)務(wu)(wu)(wu)都必(bi)須具有不同的(de)(de)優(you)先(xian)級(ji)。根據任(ren)務(wu)(wu)(wu)的(de)(de)關聯性(xing)、關鍵性(xing)、緊迫性(xing)、頻繁性(xing)、實時(shi)要求性(xing)來(lai)確定(ding)任(ren)務(wu)(wu)(wu)的(de)(de)優(you)先(xian)級(ji)，既(ji)要保證每(mei)個任(ren)務(wu)(wu)(wu)的(de)(de)相對(dui)獨立性(xing)，又要避免任(ren)務(wu)(wu)(wu)調度頻繁致使系統的(de)(de)效(xiao)率下降。任(ren)務(wu)(wu)(wu)的(de)(de)優(you)先(xian)級(ji)規劃如表6所(suo)示。

　　

　　表1 中基本數據包括(kuo)城市(shi)區號(hao)、停車(che)場序號(hao)、充電樁位置信息、報文發送時(shi)間以及充電機、BMS和用戶IC卡(ka)的相(xiang)關信息共計209 B.

　　表中(zhong)各任務優先級之間保(bao)留(liu)一(yi)(yi)定的(de)間隔(ge)，方(fang)便系(xi)(xi)(xi)統(tong)以后的(de)改進(jin)和升級。系(xi)(xi)(xi)統(tong)設(she)定時鐘節拍為10 ms，滿(man)足(zu)充電樁(zhuang)的(de)實時性要求。μC/OS-Ⅱ系(xi)(xi)(xi)統(tong)利用信號量、消息郵箱和消息隊列三(san)種通信方(fang)式將本系(xi)(xi)(xi)統(tong)中(zhong)的(de)13個應用任務關聯(lian)在一(yi)(yi)起，其關系(xi)(xi)(xi)如圖3所示。

　　

　　3.2 ZWG-23A模塊的配置

　　ZWG-23A 通(tong)過串口與終端(duan)鏈(lian)接，它通(tong)過移動(dong)通(tong)信的GPRS 網絡(luo)鏈(lian)接互(hu)聯網。由于(yu)(yu)周立功公司并沒有提供(gong)基于(yu)(yu)μC/OS-Ⅱ的DTU 配(pei)置(zhi)程(cheng)(cheng)序，所以系統(tong)中需要自行開發相(xiang)關(guan)的配(pei)置(zhi)程(cheng)(cheng)序，其(qi)配(pei)置(zhi)DTU 的程(cheng)(cheng)序流程(cheng)(cheng)圖如圖4所示。

　　

　　假(jia)設終(zhong)(zhong)端每(mei)天與(yu)中心(xin)連(lian)接注冊一(yi)次(ci)，以(yi)每(mei)隔30 s的(de)心(xin)跳(tiao)時間定時向中心(xin)發送監(jian)控信息(xi)，根據(ju)表6數(shu)據(ju)內容(rong)字(zi)節(jie)計算，一(yi)臺終(zhong)(zhong)端一(yi)天發送報文(wen)所產生的(de)GPRS流(liu)(liu)量大約為 （228 × 2 × 60 × 24 + 294 × 2 + 100） （128 × 1 024） =5 MB，以(yi)每(mei)月30天計算，一(yi)年一(yi)臺終(zhong)(zhong)端所產生的(de)GPRS流(liu)(liu)量為1.7 GB.采(cai)用(yong)2 GB的(de)包(bao)年流(liu)(liu)量套餐足以(yi)滿足終(zhong)(zhong)端一(yi)年所產生的(de)流(liu)(liu)量費。

　　4 結語

　　本文研(yan)究(jiu)了電動汽車快速充電機監控(kong)網(wang)(wang)絡(luo)的結構組成，詳細分析了監控(kong)終端(duan)的通信(xin)網(wang)(wang)絡(luo)的CAN與GPRS的通信(xin)應(ying)用層協議。其CAN 網(wang)(wang)絡(luo)協議具有廣泛的通用性，GPRS的流量少，可(ke)推廣到自動化的其他(ta)領域中(zhong)的應(ying)用。