隨著(zhu)國家對新能(neng)源技(ji)術的(de)(de)(de)(de)大力(li)扶持，電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)逐漸成為(wei)國家在(zai)新能(neng)源汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)產業大力(li)發(fa)展的(de)(de)(de)(de)對象，而電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)充(chong)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)、快(kuai)速(su)(su)充(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)是(shi)電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)大規模化(hua)后不(bu)可(ke)或缺的(de)(de)(de)(de)服務基礎設施之一。大量分布于各住宅(zhai)小(xiao)區、停(ting)車(che)(che)(che)場的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)(che)用非(fei)車(che)(che)(che)載智(zhi)能(neng)快(kuai)速(su)(su)充(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)，實現高(gao)效、安全、智(zhi)能(neng)化(hua)的(de)(de)(de)(de)管理必定成為(wei)主流(liu)。針對目前快(kuai)速(su)(su)充(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)群實行無人值守(shou)的(de)(de)(de)(de)運行情況(kuang)，這就(jiu)要求(qiu)快(kuai)速(su)(su)充(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)須(xu)具(ju)有較高(gao)的(de)(de)(de)(de)可(ke)靠(kao)性和自動(dong)化(hua)程度，功能(neng)更加完善，可(ke)遠程維護等(deng)功能(neng)。

　　這樣，使得(de)分布式、模(mo)塊化、智能化成為快速充(chong)電(dian)(dian)機(ji)的(de)發展(zhan)方向，而高(gao)性能、低(di)成本的(de)充(chong)電(dian)(dian)機(ji)監(jian)控終端(duan)是其(qi)中的(de)關鍵技術。為管理區域多臺充(chong)電(dian)(dian)機(ji)的(de)資源優化利用與管理的(de)智能化，監(jian)控終端(duan)與Internet網(wang)的(de)交互成為一種必然。

　　1 監控網絡的整體方案

　　如圖1的的監(jian)(jian)控網(wang)絡結構圖所示，監(jian)(jian)控終(zhong)端(duan)作為充(chong)電機與監(jian)(jian)控中(zhong)心之間的一個重要網(wang)關(guan)。其有(you)效(xiao)的通信鏈(lian)路有(you)：監(jian)(jian)控中(zhong)心-監(jian)(jian)控終(zhong)端(duan)；監(jian)(jian)控終(zhong)端(duan)-充(chong)電機（或(huo)電池(chi)管理系統（BMS）、電動汽車等）。

　　

　　通(tong)(tong)過監(jian)控(kong)(kong)終端(duan)作為(wei)媒介，實現(xian)了監(jian)控(kong)(kong)中心(xin)(xin)與(yu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)及(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車的通(tong)(tong)信鏈路的建立(li)。終端(duan)通(tong)(tong)過CAN網絡與(yu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)、BMS及(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車等相(xiang)互通(tong)(tong)信，采集相(xiang)關(guan)節(jie)點的數據信息(xi)(xi)并(bing)存(cun)儲，并(bing)將相(xiang)關(guan)信息(xi)(xi)反饋給充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)。充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)根據相(xiang)關(guan)信息(xi)(xi)從而實現(xian)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車電(dian)(dian)(dian)池的智能充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)。終端(duan)與(yu)監(jian)控(kong)(kong)中心(xin)(xin)之(zhi)間(jian)是通(tong)(tong)過GPRS連接通(tong)(tong)信，終端(duan)將充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)、電(dian)(dian)(dian)池、電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車等相(xiang)關(guan)數據傳回監(jian)控(kong)(kong)中心(xin)(xin)，監(jian)控(kong)(kong)中心(xin)(xin)實現(xian)對充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的遠程控(kong)(kong)制和實時監(jian)控(kong)(kong)功能，記錄充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的運行及(ji)(ji)故障情況。車主可以由監(jian)控(kong)(kong)中心(xin)(xin)查(cha)詢了解(jie)當前空閑的充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)位置，實現(xian)資源(yuan)充(chong)(chong)分利(li)用。

　　2 監控終端功能模塊

　　2.1 監控終端的總體設計

　　監(jian)控終(zhong)端(duan)是連接(jie)監(jian)控中心與充電機的(de)橋梁(liang)。其總(zong)體(ti)設計結構如圖2所(suo)示，監(jian)控終(zhong)端(duan)主要由Cortex- M3 內核(he)的(de)STM32ZGT6 的(de)核(he)心模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、數據采集(ji)模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)（CAN 網(wang)絡(luo)）、用(yong)戶(hu)計費交互信息模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、數據存儲模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、實時(shi)時(shi)鐘(zhong)模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)和(he)GPRS通信模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)6個(ge)部分所(suo)組成。終(zhong)端(duan)采用(yong)Co-tex-M3內核(he)的(de)STM32ZGT6微處理器(qi)(qi)芯(xin)片。該單片機具有豐富的(de)片上硬(ying)件資源，內含CAN 2.0B的(de)控制器(qi)(qi)，以及(ji)多達4 個(ge)串口(kou)，滿足終(zhong)端(duan)CAN 與GPRS 網(wang)絡(luo)接(jie)口(kou)的(de)需求。

　　

　　監控終端的(de)工作(zuo)流程如下(xia)：用(yong)戶(hu)計費模塊讀取(qu)用(yong)戶(hu)信息以(yi)及選擇充電模式(shi)，通過CAN 網絡向充電模塊發送相應(ying)充電命令(ling)；同時監控終端讀取(qu)CAN 網絡中的(de)關鍵數據幀如充電機的(de)運行狀況(kuang)等，并將(jiang)數據保存于NandFlash中。

　　定時(shi)將(jiang)當前(qian)充電用(yong)戶信息和(he)充電機等運(yun)行參(can)數通過GPRS 發送到監控中心。監控終端可以(yi)根據(ju)用(yong)戶的(de)(de)需要，打印用(yong)戶的(de)(de)余額或收費(fei)憑(ping)據(ju)等。

　　2.2 CAN總線模塊

　　為了(le)更好(hao)地保(bao)證(zheng)CAN 總線(xian)可靠的傳輸，系統定義(yi)了(le)一套通用(yong)的應用(yong)層(ceng)的CAN 總線(xian)協議。主要(yao)針對CAN 2.0B協議的報(bao)文(wen)ID進(jin)行了(le)分配及定義(yi)。

　　如表1 所(suo)示。

　　

　　（1）優先(xian)(xian)級確(que)定(ding)。CAN協議規(gui)定(ding)報(bao)文ID越(yue)(yue)小，其報(bao)文的(de)(de)優先(xian)(xian)級越(yue)(yue)高(gao)。在競爭(zheng)(zheng)總(zong)線時，優先(xian)(xian)級高(gao)的(de)(de)報(bao)文優先(xian)(xian)發送，優先(xian)(xian)級低的(de)(de)退出總(zong)線競爭(zheng)(zheng)。CAN 總(zong)線競爭(zheng)(zheng)的(de)(de)算(suan)法效(xiao)率(lv)很高(gao)，是(shi)一種(zhong)非(fei)破壞性(xing)(xing)競爭(zheng)(zheng)［3］。因CAN協議規(gui)定(ding)標(biao)識符由高(gao)至低，前7位(wei)不能全為顯(xian)性(xing)(xing)位(wei)。所以優先(xian)(xian)級1111b保留，故系統具有(you)15 級優先(xian)(xian)級別。

　　（2）類型碼。協議將ID24~ID22 規定(ding)消息(xi)的類型。

　　在本系統中，用(yong)到(dao)的消息類(lei)型主要有：控制、狀態(tai)、測量、警告和廣播5 種類(lei)型。根(gen)據將(jiang)類(lei)型碼(ma)的具體分配如表(biao)2所示。

　　

　　（3）源地(di)址(zhi)。協(xie)議規定(ding)ID12~ID16 為源地(di)址(zhi)，ID17~ID21為目標地(di)址(zhi)，進而標識報文的各接收節點(dian)(dian)(dian)與發送節點(dian)(dian)(dian)。5位地(di)址(zhi)位，保留11111b為廣播地(di)址(zhi)，可以確定(ding)31個控制節點(dian)(dian)(dian)，可滿足電動汽車充電機的監控需求。在此系統(tong)中，定(ding)義00000b為監控終端(duan)，00001b為充電機節點(dian)(dian)(dian)，00010b為電池(chi)管理系統(tong)（BMS）節點(dian)(dian)(dian)。

　　（4）分(fen)段(duan)碼。因不(bu)同的(de)(de)節(jie)點所發(fa)送的(de)(de)數據(ju)量不(bu)同，可(ke)能會出現一個數據(ju)幀不(bu)能把從(cong)底層采集到的(de)(de)數據(ju)一次性(xing)發(fa)送完畢（即超(chao)過8 個字節(jie)的(de)(de)情況(kuang)）。協(xie)議中將ID11~ID4定義為分(fen)段(duan)碼，如表3所示。

　　

　　在(zai)表3 中(zhong)，某節(jie)點的數據(ju)幀(zhen)由(you)分段碼00H 開始，由(you)FFH結束，最(zui)大可支持發(fa)送256×8字節(jie)的數據(ju)。若該節(jie)點只(zhi)有一幀(zhen)數據(ju)，定義FFH同時(shi)也為(wei)單幀(zhen)數據(ju)。

　　例(li)如，BMS節(jie)點，包含(han)了電(dian)(dian)池(chi)組(zu)總電(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)池(chi)組(zu)總電(dian)(dian)流、電(dian)(dian)池(chi)組(zu)SoC、電(dian)(dian)池(chi)組(zu)各個箱體（9個）的(de)溫度以及(ji)電(dian)(dian)池(chi)組(zu)狀態的(de)信息(xi)等。每個數據(ju)占(zhan)用(yong)2 B.顯然(ran)一個數據(ju)幀是無(wu)法發送該節(jie)點的(de)全(quan)部信息(xi)，故須采用(yong)多幀方式(shi)發送。

　　2.3 數據發送模塊

　　終端是通(tong)過(guo)串口外接周立功(gong)GPRS 模塊（ZWG-23A）連接到互聯(lian)網(wang)。通(tong)過(guo)GPRS網(wang)絡上網(wang)，連接到服(fu)務(wu)器之(zhi)后(hou)，按照通(tong)信協(xie)議定時向服(fu)務(wu)器發送數據(ju)。根據(ju)《深(shen)圳市電(dian)動汽車充電(dian)系統技術規(gui)范》標(biao)準文件，協(xie)議由報(bao)文起始標(biao)識、版本(ben)號、命令字、報(bao)文長度、數據(ju)內容、校檢碼(ma)等組成(cheng)的，其具體格式如表4 所示。

　　

　　（1）起始標識。設為(wei)0xFAF5，用于喚醒(xing)接收(shou)方準備接收(shou)數據。

　　（2）報(bao)文長度。是由［發送(song)序列號］到［數據內容］的總長度。

　　（3）校(xiao)驗(yan)碼(ma)。是從［起(qi)始(shi)標識］到［數據內容］的無(wu)進位累(lei)加和。

　　（4）接收（發送(song)）方類型(xing)與地(di)(di)(di)址(zhi)。監控中心(xin)為(wei)(wei)類型(xing)為(wei)(wei)“業務服務平臺”，其數值為(wei)(wei)1，其地(di)(di)(di)址(zhi)為(wei)(wei)在此類型(xing)碼下的某一個惟一地(di)(di)(di)址(zhi)；終(zhong)端的類型(xing)為(wei)(wei)“調度(du)終(zhong)端”，其數值為(wei)(wei)255，地(di)(di)(di)址(zhi)為(wei)(wei)此類型(xing)下的某一個惟一地(di)(di)(di)址(zhi)。

　　（5）數(shu)據(ju)內(nei)容與(yu)命(ming)令(ling)字：不同的(de)(de)命(ming)令(ling)字決(jue)定該報(bao)文所(suo)攜帶的(de)(de)數(shu)據(ju)的(de)(de)內(nei)容的(de)(de)構(gou)成(cheng)及所(suo)占用的(de)(de)字節數(shu)。

　　數(shu)(shu)據(ju)(ju)內(nei)容一般由一個或多(duo)個數(shu)(shu)據(ju)(ju)對象組合而成，也可以為空。發送(song)方在應答(da)(da)非(fei)正(zheng)常或無應答(da)(da)的(de)(de)情況下(xia)，每(mei)條數(shu)(shu)據(ju)(ju)報文最多(duo)重復發6次，每(mei)次間隔(ge)時間為30 s.數(shu)(shu)據(ju)(ju)內(nei)容根據(ju)(ju)命(ming)令(ling)字(zi)的(de)(de)不同其所組成的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)對象也不同，通常情況下(xia)，終端與(yu)監(jian)控中心的(de)(de)通信(xin)包括終端注冊、中心應答(da)(da)、終端就緒、定時發送(song)4個階段。部分命(ming)令(ling)字(zi)與(yu)對應的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)內(nei)容見表5所示(shi)。

　　

　　3 軟件設計

　　3.1 μC/OS-Ⅱ的多任務管理

　　移植μC/OS-Ⅱ實時操作系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)為監控終端(duan)的(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)平臺，該系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)是可剝(bo)奪性(xing)多(duo)任務(wu)內核的(de)實時操作系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)，具有(you)實時、可裁(cai)剪(jian)、可靠和(he)穩定性(xing)等(deng)優點。μC/OS-Ⅱ的(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)資源豐(feng)富，除去自身的(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)任務(wu)外，用(yong)戶可以建(jian)立多(duo)達(da)56個任務(wu)，并提(ti)供信(xin)號量、消(xiao)息郵箱、消(xiao)息隊列及內存管理等(deng)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)級服務(wu)，足以滿足充電樁的(de)監控終端(duan)的(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)要(yao)求。

　　為實現監控終端的(de)功(gong)能要求(qiu)，在(zai)μC/OS-Ⅱ中設計了以(yi)下13個任務(wu)(wu)(wu)(wu)：顯示(shi)任務(wu)(wu)(wu)(wu)、鍵盤(pan)查詢任務(wu)(wu)(wu)(wu)、輸(shu)入處理任務(wu)(wu)(wu)(wu)、打印任務(wu)(wu)(wu)(wu)、數據的(de)存儲任務(wu)(wu)(wu)(wu)、IC 卡的(de)讀(du)/寫(xie)任務(wu)(wu)(wu)(wu)、GPRS 的(de)發(fa)送(song)任務(wu)(wu)(wu)(wu)、CAN 數據的(de)接收任務(wu)(wu)(wu)(wu)、CAN 數據的(de)發(fa)送(song)任務(wu)(wu)(wu)(wu)、GPRS的(de)接收任務(wu)(wu)(wu)(wu)、命令控制任務(wu)(wu)(wu)(wu)、報警任務(wu)(wu)(wu)(wu)及看門(men)狗(gou)的(de)喂(wei)狗(gou)和異常(chang)檢測任務(wu)(wu)(wu)(wu)。

　　μC/OS-Ⅱ的(de)(de)多任(ren)務(wu)(wu)的(de)(de)特點，規(gui)(gui)定每個(ge)任(ren)務(wu)(wu)都必(bi)須具(ju)有不同(tong)的(de)(de)優(you)(you)先(xian)(xian)級。根據任(ren)務(wu)(wu)的(de)(de)關聯性(xing)(xing)(xing)(xing)、關鍵性(xing)(xing)(xing)(xing)、緊(jin)迫性(xing)(xing)(xing)(xing)、頻(pin)繁性(xing)(xing)(xing)(xing)、實時要(yao)求性(xing)(xing)(xing)(xing)來確定任(ren)務(wu)(wu)的(de)(de)優(you)(you)先(xian)(xian)級，既要(yao)保證每個(ge)任(ren)務(wu)(wu)的(de)(de)相對獨(du)立性(xing)(xing)(xing)(xing)，又要(yao)避免(mian)任(ren)務(wu)(wu)調度頻(pin)繁致使系(xi)統(tong)的(de)(de)效率(lv)下降(jiang)。任(ren)務(wu)(wu)的(de)(de)優(you)(you)先(xian)(xian)級規(gui)(gui)劃如表(biao)6所(suo)示。

　　

　　表(biao)1 中基本數據包(bao)括(kuo)城市區號、停車場序號、充電(dian)樁(zhuang)位(wei)置信息、報文發送時(shi)間以(yi)及充電(dian)機(ji)、BMS和用戶IC卡(ka)的相關信息共計209 B.

　　表中各任務優先(xian)級(ji)(ji)之間保留一定(ding)的(de)間隔，方便系(xi)統以(yi)后(hou)的(de)改進(jin)和(he)升(sheng)級(ji)(ji)。系(xi)統設定(ding)時(shi)鐘節拍為10 ms，滿足充電樁的(de)實時(shi)性要求(qiu)。μC/OS-Ⅱ系(xi)統利用信號量(liang)、消息(xi)郵箱和(he)消息(xi)隊列三種通信方式將本系(xi)統中的(de)13個(ge)應(ying)用任務關聯在一起，其(qi)關系(xi)如圖3所示。

　　

　　3.2 ZWG-23A模塊的配置

　　ZWG-23A 通(tong)過串口與終端鏈(lian)接，它通(tong)過移(yi)動通(tong)信(xin)的(de)GPRS 網(wang)絡鏈(lian)接互聯(lian)網(wang)。由于周立功公司并沒有提供基(ji)于μC/OS-Ⅱ的(de)DTU 配(pei)置程序(xu)，所(suo)(suo)以系(xi)統中需要自行開發相關的(de)配(pei)置程序(xu)，其配(pei)置DTU 的(de)程序(xu)流程圖如(ru)圖4所(suo)(suo)示。

　　

　　假(jia)設(she)終端每天與中(zhong)(zhong)心連接注冊(ce)一(yi)(yi)次，以每隔30 s的(de)心跳時間定時向中(zhong)(zhong)心發送(song)監控信息，根據(ju)表(biao)6數據(ju)內容(rong)字節計算，一(yi)(yi)臺(tai)終端一(yi)(yi)天發送(song)報(bao)文(wen)所產(chan)生(sheng)的(de)GPRS流(liu)量(liang)(liang)大約為 （228 × 2 × 60 × 24 + 294 × 2 + 100） （128 × 1 024） =5 MB，以每月30天計算，一(yi)(yi)年(nian)一(yi)(yi)臺(tai)終端所產(chan)生(sheng)的(de)GPRS流(liu)量(liang)(liang)為1.7 GB.采用(yong)2 GB的(de)包(bao)年(nian)流(liu)量(liang)(liang)套餐足以滿足終端一(yi)(yi)年(nian)所產(chan)生(sheng)的(de)流(liu)量(liang)(liang)費。

　　4 結語

　　本文研究了(le)(le)電動汽車快速充電機監控網(wang)絡的(de)結構組成，詳細分析了(le)(le)監控終端的(de)通信網(wang)絡的(de)CAN與GPRS的(de)通信應用層協議。其CAN 網(wang)絡協議具(ju)有廣泛的(de)通用性，GPRS的(de)流量少，可推(tui)廣到(dao)自動化的(de)其他領域中的(de)應用。