隨著國家(jia)(jia)對(dui)(dui)新能(neng)(neng)源技術的(de)大(da)力(li)(li)扶(fu)持(chi)，電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)逐漸成(cheng)為國家(jia)(jia)在新能(neng)(neng)源汽(qi)(qi)車(che)(che)產業大(da)力(li)(li)發展的(de)對(dui)(dui)象，而電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)充電(dian)(dian)(dian)站(zhan)、快速(su)充電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)是電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)大(da)規模化(hua)后不可(ke)或(huo)缺的(de)服務基礎設(she)施(shi)之一。大(da)量分(fen)布于各(ge)住宅小區、停車(che)(che)場(chang)的(de)電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車(che)(che)用非車(che)(che)載智能(neng)(neng)快速(su)充電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)，實現高效(xiao)、安全、智能(neng)(neng)化(hua)的(de)管理必定成(cheng)為主流。針對(dui)(dui)目前快速(su)充電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)群實行無人值(zhi)守的(de)運(yun)行情況，這(zhe)就(jiu)要求快速(su)充電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)須具有較高的(de)可(ke)靠性(xing)和(he)自動(dong)化(hua)程(cheng)度，功能(neng)(neng)更加完(wan)善，可(ke)遠(yuan)程(cheng)維護等功能(neng)(neng)。

　　這(zhe)樣，使(shi)得分布式、模塊化(hua)(hua)(hua)、智能(neng)(neng)化(hua)(hua)(hua)成(cheng)為(wei)快速充(chong)電(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)發展方向，而高性能(neng)(neng)、低成(cheng)本(ben)的(de)(de)充(chong)電(dian)機(ji)(ji)監(jian)控終(zhong)端(duan)是其中的(de)(de)關(guan)鍵(jian)技術(shu)。為(wei)管理(li)區域多臺充(chong)電(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)資源優化(hua)(hua)(hua)利用(yong)與(yu)管理(li)的(de)(de)智能(neng)(neng)化(hua)(hua)(hua)，監(jian)控終(zhong)端(duan)與(yu)Internet網的(de)(de)交(jiao)互(hu)成(cheng)為(wei)一種(zhong)必然。

　　1 監控網絡的整體方案

　　如圖1的的監(jian)(jian)控網絡(luo)結構圖所示(shi)，監(jian)(jian)控終(zhong)端作為充(chong)電(dian)機(ji)與監(jian)(jian)控中心之(zhi)間(jian)的一個重要(yao)網關(guan)。其(qi)有效的通信鏈路有：監(jian)(jian)控中心-監(jian)(jian)控終(zhong)端；監(jian)(jian)控終(zhong)端-充(chong)電(dian)機(ji)（或電(dian)池管理系統（BMS）、電(dian)動汽車等）。

　　

　　通(tong)過監(jian)(jian)控終(zhong)端作為(wei)媒介，實(shi)(shi)現了監(jian)(jian)控中心(xin)與(yu)充電(dian)機及電(dian)動汽(qi)車的(de)通(tong)信(xin)(xin)鏈路(lu)的(de)建立。終(zhong)端通(tong)過CAN網絡與(yu)充電(dian)機、BMS及電(dian)動汽(qi)車等(deng)相(xiang)互通(tong)信(xin)(xin)，采集相(xiang)關(guan)節(jie)點的(de)數據(ju)信(xin)(xin)息(xi)(xi)并存儲，并將(jiang)相(xiang)關(guan)信(xin)(xin)息(xi)(xi)反饋給充電(dian)機。充電(dian)機根(gen)據(ju)相(xiang)關(guan)信(xin)(xin)息(xi)(xi)從(cong)而實(shi)(shi)現電(dian)動汽(qi)車電(dian)池(chi)的(de)智能充電(dian)。終(zhong)端與(yu)監(jian)(jian)控中心(xin)之間是通(tong)過GPRS連接通(tong)信(xin)(xin)，終(zhong)端將(jiang)充電(dian)機、電(dian)池(chi)、電(dian)動汽(qi)車等(deng)相(xiang)關(guan)數據(ju)傳回監(jian)(jian)控中心(xin)，監(jian)(jian)控中心(xin)實(shi)(shi)現對充電(dian)機的(de)遠(yuan)程(cheng)控制和實(shi)(shi)時監(jian)(jian)控功(gong)能，記錄(lu)充電(dian)機的(de)運行及故障情況(kuang)。車主可以由監(jian)(jian)控中心(xin)查詢(xun)了解(jie)當前(qian)空閑的(de)充電(dian)機位置，實(shi)(shi)現資源充分(fen)利用。

　　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)端是連(lian)接監控(kong)中心與(yu)充電機的(de)(de)橋梁。其總體設計結構如圖2所示，監控(kong)終(zhong)端主要由Cortex- M3 內核的(de)(de)STM32ZGT6 的(de)(de)核心模塊(kuai)(kuai)、數據(ju)采集模塊(kuai)(kuai)（CAN 網(wang)絡(luo)）、用戶(hu)計費交互信(xin)息模塊(kuai)(kuai)、數據(ju)存儲模塊(kuai)(kuai)、實時時鐘(zhong)模塊(kuai)(kuai)和GPRS通信(xin)模塊(kuai)(kuai)6個(ge)部分所組(zu)成。終(zhong)端采用Co-tex-M3內核的(de)(de)STM32ZGT6微處理器(qi)芯片(pian)(pian)。該(gai)單片(pian)(pian)機具有(you)豐富的(de)(de)片(pian)(pian)上(shang)硬(ying)件資(zi)源，內含CAN 2.0B的(de)(de)控(kong)制器(qi)，以(yi)及(ji)多達4 個(ge)串口(kou)，滿足終(zhong)端CAN 與(yu)GPRS 網(wang)絡(luo)接口(kou)的(de)(de)需求。

　　

　　監(jian)控終(zhong)端的(de)工作流程如下：用戶計費(fei)模(mo)塊(kuai)讀取(qu)用戶信息以及(ji)選擇充(chong)(chong)電(dian)模(mo)式，通(tong)過CAN 網絡向充(chong)(chong)電(dian)模(mo)塊(kuai)發送相應充(chong)(chong)電(dian)命令；同時監(jian)控終(zhong)端讀取(qu)CAN 網絡中的(de)關鍵數(shu)據(ju)幀如充(chong)(chong)電(dian)機(ji)的(de)運(yun)行(xing)狀況等，并將(jiang)數(shu)據(ju)保存于NandFlash中。

　　定時將當前充電用(yong)戶信(xin)息(xi)和充電機等運行參數通過GPRS 發送到監控中(zhong)心。監控終端可以根據用(yong)戶的需要(yao)，打印(yin)用(yong)戶的余額或收費憑據等。

　　2.2 CAN總線模塊

　　為(wei)了(le)更(geng)好地保(bao)證(zheng)CAN 總(zong)線可靠的傳(chuan)輸，系(xi)統定(ding)義(yi)了(le)一套通用的應用層的CAN 總(zong)線協(xie)議(yi)。主要針對CAN 2.0B協(xie)議(yi)的報文ID進行了(le)分配(pei)及定(ding)義(yi)。

　　如表1 所示。

　　

　　（1）優(you)先(xian)(xian)級(ji)(ji)(ji)確定(ding)。CAN協(xie)議(yi)規定(ding)報文ID越(yue)小，其報文的優(you)先(xian)(xian)級(ji)(ji)(ji)越(yue)高。在競爭(zheng)總線時，優(you)先(xian)(xian)級(ji)(ji)(ji)高的報文優(you)先(xian)(xian)發送，優(you)先(xian)(xian)級(ji)(ji)(ji)低的退(tui)出總線競爭(zheng)。CAN 總線競爭(zheng)的算(suan)法效率很高，是一種非破壞性(xing)競爭(zheng)［3］。因CAN協(xie)議(yi)規定(ding)標識符由高至低，前7位不能全為顯性(xing)位。所(suo)以優(you)先(xian)(xian)級(ji)(ji)(ji)1111b保留，故系統具有15 級(ji)(ji)(ji)優(you)先(xian)(xian)級(ji)(ji)(ji)別。

　　（2）類型碼(ma)。協議將ID24~ID22 規(gui)定消息的類型。

　　在本系統中，用到的消(xiao)息類型主要有：控制、狀態(tai)、測量(liang)、警告和(he)廣播5 種類型。根(gen)據將(jiang)類型碼的具體分(fen)配(pei)如(ru)表2所示(shi)。

　　

　　（3）源(yuan)地(di)址(zhi)(zhi)。協議規定ID12~ID16 為(wei)(wei)(wei)(wei)源(yuan)地(di)址(zhi)(zhi)，ID17~ID21為(wei)(wei)(wei)(wei)目標(biao)地(di)址(zhi)(zhi)，進而標(biao)識(shi)報文的(de)各(ge)接(jie)收(shou)節(jie)點(dian)(dian)與發(fa)送節(jie)點(dian)(dian)。5位地(di)址(zhi)(zhi)位，保留11111b為(wei)(wei)(wei)(wei)廣播地(di)址(zhi)(zhi)，可以(yi)確定31個控(kong)制節(jie)點(dian)(dian)，可滿(man)足(zu)電(dian)動(dong)汽車(che)充電(dian)機的(de)監控(kong)需求。在此(ci)系統中(zhong)，定義(yi)00000b為(wei)(wei)(wei)(wei)監控(kong)終端，00001b為(wei)(wei)(wei)(wei)充電(dian)機節(jie)點(dian)(dian)，00010b為(wei)(wei)(wei)(wei)電(dian)池管理(li)系統（BMS）節(jie)點(dian)(dian)。

　　（4）分段(duan)碼。因不同的(de)(de)節(jie)點所發送的(de)(de)數(shu)據(ju)量不同，可能會出現一(yi)個數(shu)據(ju)幀不能把從底層采集到的(de)(de)數(shu)據(ju)一(yi)次性發送完畢（即(ji)超過(guo)8 個字(zi)節(jie)的(de)(de)情況）。協議中(zhong)將ID11~ID4定(ding)義為分段(duan)碼，如表3所示(shi)。

　　

　　在表3 中，某節(jie)點(dian)的數(shu)據幀由(you)(you)分(fen)段碼00H 開(kai)始，由(you)(you)FFH結束(shu)，最大可支持發送256×8字(zi)節(jie)的數(shu)據。若該(gai)節(jie)點(dian)只(zhi)有(you)一幀數(shu)據，定義FFH同(tong)時(shi)也為單幀數(shu)據。

　　例如，BMS節點，包(bao)含(han)了電(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)總電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)總電(dian)(dian)流(liu)、電(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)SoC、電(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)各個箱(xiang)體（9個）的(de)溫度以及電(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)狀態的(de)信息(xi)等。每個數據占用2 B.顯然(ran)一個數據幀(zhen)是無法發送該節點的(de)全部信息(xi)，故須(xu)采用多幀(zhen)方式發送。

　　2.3 數據發送模塊

　　終(zhong)端是通(tong)過(guo)串口外接(jie)周(zhou)立功GPRS 模塊(kuai)（ZWG-23A）連(lian)接(jie)到(dao)互聯網。通(tong)過(guo)GPRS網絡上(shang)網，連(lian)接(jie)到(dao)服務(wu)器之后，按照通(tong)信協議(yi)定時向服務(wu)器發送數(shu)據。根據《深圳市(shi)電(dian)動汽(qi)車充電(dian)系統技術規范》標準文件，協議(yi)由(you)報文起(qi)始標識、版(ban)本號、命令字、報文長度、數(shu)據內(nei)容、校(xiao)檢碼等組成的，其具體格式(shi)如表4 所(suo)示(shi)。

　　

　　（1）起始標識(shi)。設為0xFAF5，用于(yu)喚醒(xing)接收方準(zhun)備接收數據(ju)。

　　（2）報文長(chang)度。是(shi)由［發送序列號］到(dao)［數據內容(rong)］的(de)總長(chang)度。

　　（3）校驗(yan)碼(ma)。是從［起(qi)始標識(shi)］到［數據內(nei)容］的無進位累(lei)加和。

　　（4）接收(shou)（發送(song)）方(fang)類型與地址。監控中(zhong)心為(wei)類型為(wei)“業(ye)務服務平(ping)臺”，其(qi)(qi)數(shu)值為(wei)1，其(qi)(qi)地址為(wei)在此類型碼下的(de)某一(yi)個(ge)(ge)惟一(yi)地址；終(zhong)端的(de)類型為(wei)“調(diao)度(du)終(zhong)端”，其(qi)(qi)數(shu)值為(wei)255，地址為(wei)此類型下的(de)某一(yi)個(ge)(ge)惟一(yi)地址。

　　（5）數(shu)據(ju)內(nei)容(rong)(rong)與命(ming)令字：不同的命(ming)令字決定該報文所(suo)攜帶的數(shu)據(ju)的內(nei)容(rong)(rong)的構成及所(suo)占用的字節數(shu)。

　　數據內(nei)容(rong)一(yi)(yi)般由一(yi)(yi)個或多個數據對(dui)(dui)象組(zu)合而成，也(ye)可(ke)以為空。發(fa)(fa)送(song)方(fang)在應(ying)答(da)(da)(da)非正常或無應(ying)答(da)(da)(da)的(de)(de)情(qing)況(kuang)下，每條(tiao)數據報文最多重(zhong)復發(fa)(fa)6次(ci)，每次(ci)間(jian)隔時(shi)(shi)間(jian)為30 s.數據內(nei)容(rong)根據命令字(zi)的(de)(de)不(bu)同其所組(zu)成的(de)(de)數據對(dui)(dui)象也(ye)不(bu)同，通常情(qing)況(kuang)下，終(zhong)端(duan)與(yu)監控中心的(de)(de)通信包括終(zhong)端(duan)注冊(ce)、中心應(ying)答(da)(da)(da)、終(zhong)端(duan)就緒、定(ding)時(shi)(shi)發(fa)(fa)送(song)4個階段。部分命令字(zi)與(yu)對(dui)(dui)應(ying)的(de)(de)數據內(nei)容(rong)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(shi)時(shi)操(cao)作系(xi)(xi)(xi)統(tong)為監控終端的(de)(de)(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)平臺(tai)，該系(xi)(xi)(xi)統(tong)是可剝奪性多任(ren)務內核的(de)(de)(de)實(shi)時(shi)操(cao)作系(xi)(xi)(xi)統(tong)，具有(you)實(shi)時(shi)、可裁剪、可靠和(he)穩定性等優點。μC/OS-Ⅱ的(de)(de)(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)資源豐富，除去(qu)自(zi)身的(de)(de)(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)任(ren)務外，用戶可以(yi)建立多達(da)56個(ge)任(ren)務，并提(ti)供(gong)信號量、消息(xi)郵箱、消息(xi)隊列(lie)及(ji)內存(cun)管理等系(xi)(xi)(xi)統(tong)級服務，足(zu)以(yi)滿(man)足(zu)充電(dian)樁的(de)(de)(de)監控終端的(de)(de)(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)。

　　為實現監控終端的(de)功(gong)能要求，在μC/OS-Ⅱ中設計(ji)了以(yi)下13個任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)：顯示任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、鍵盤查詢任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、輸入處理(li)任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、打印任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、數(shu)據(ju)的(de)存儲任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、IC 卡的(de)讀(du)/寫任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、GPRS 的(de)發送(song)任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、CAN 數(shu)據(ju)的(de)接收任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、CAN 數(shu)據(ju)的(de)發送(song)任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、GPRS的(de)接收任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、命令控制任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、報(bao)警任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)及(ji)看(kan)門(men)狗(gou)的(de)喂狗(gou)和異常(chang)檢測任(ren)(ren)(ren)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)。

　　μC/OS-Ⅱ的多(duo)任(ren)(ren)務(wu)(wu)的特點(dian)，規定(ding)每個任(ren)(ren)務(wu)(wu)都必須(xu)具有不(bu)同的優(you)先級。根據任(ren)(ren)務(wu)(wu)的關(guan)聯(lian)性、關(guan)鍵性、緊迫(po)性、頻繁性、實時要(yao)(yao)求性來確定(ding)任(ren)(ren)務(wu)(wu)的優(you)先級，既要(yao)(yao)保證(zheng)每個任(ren)(ren)務(wu)(wu)的相對獨立性，又要(yao)(yao)避免任(ren)(ren)務(wu)(wu)調度頻繁致使系統的效率下降(jiang)。任(ren)(ren)務(wu)(wu)的優(you)先級規劃如(ru)表6所示(shi)。

　　

　　表1 中基本數(shu)據(ju)包括(kuo)城市區號(hao)、停(ting)車場序號(hao)、充電樁(zhuang)位置(zhi)信息(xi)、報文發送(song)時間(jian)以及(ji)充電機、BMS和用戶IC卡的相關信息(xi)共計(ji)209 B.

　　表中(zhong)各任務(wu)優先(xian)級之間(jian)保(bao)留一(yi)定的間(jian)隔，方便(bian)系統以后的改進和升級。系統設定時(shi)鐘節拍為10 ms，滿足充(chong)電樁的實時(shi)性要求。μC/OS-Ⅱ系統利用(yong)信(xin)號量、消(xiao)息郵箱和消(xiao)息隊列三種通信(xin)方式將本(ben)系統中(zhong)的13個應用(yong)任務(wu)關聯在一(yi)起，其(qi)關系如圖3所示(shi)。

　　

　　3.2 ZWG-23A模塊的配置

　　ZWG-23A 通過串口與終端鏈接，它通過移動通信的(de)GPRS 網絡鏈接互聯網。由于周立功公司(si)并沒有提供基(ji)于μC/OS-Ⅱ的(de)DTU 配(pei)置(zhi)程(cheng)(cheng)序(xu)，所以系統中需要自行開發相關的(de)配(pei)置(zhi)程(cheng)(cheng)序(xu)，其配(pei)置(zhi)DTU 的(de)程(cheng)(cheng)序(xu)流程(cheng)(cheng)圖如圖4所示(shi)。

　　

　　假(jia)設終(zhong)(zhong)端(duan)每天與中(zhong)心(xin)連接注冊(ce)一次，以每隔30 s的(de)心(xin)跳時間定時向中(zhong)心(xin)發送監(jian)控信息，根(gen)據(ju)表6數(shu)據(ju)內容字(zi)節(jie)計(ji)算，一臺終(zhong)(zhong)端(duan)一天發送報(bao)文所產生的(de)GPRS流(liu)量(liang)(liang)大約(yue)為 （228 × 2 × 60 × 24 + 294 × 2 + 100） （128 × 1 024） =5 MB，以每月30天計(ji)算，一年一臺終(zhong)(zhong)端(duan)所產生的(de)GPRS流(liu)量(liang)(liang)為1.7 GB.采用(yong)2 GB的(de)包(bao)年流(liu)量(liang)(liang)套餐(can)足以滿足終(zhong)(zhong)端(duan)一年所產生的(de)流(liu)量(liang)(liang)費。

　　4 結語

　　本文研究(jiu)了電(dian)動汽車快(kuai)速充電(dian)機監控網(wang)(wang)絡的(de)結構組成，詳細分析了監控終端的(de)通信(xin)網(wang)(wang)絡的(de)CAN與GPRS的(de)通信(xin)應用層協議(yi)。其CAN 網(wang)(wang)絡協議(yi)具有廣泛的(de)通用性，GPRS的(de)流(liu)量少，可推廣到自動化的(de)其他(ta)領域(yu)中的(de)應用。