【电动车充电桩管理系统设计11000字（论文）】

电动车充电桩管理系统设计TOC\o"1-3"\h\u224321绪论 1179421.1设计背景 13561.2国内外研究现状 1142311.2.1国外研究现状 1102661.2.2国内研究现状 2314702电动车充电桩管理系统总体设计 3154362.1用户需求分析 355902.2电动车充电桩硬件管理系统总体设计 437682.3电动车充电桩管理系统 4144002.4电动车充电桩整体架构 5207563电动车充电桩硬件系统设计 642243.1控制模块 656173.2测量模块 7220663.3无线网络模块 842523.4人机交互模块 9268894充电方案的实现 974754.1充电桩控制系统软件结构 928344.1.1充电桩控制系统开发环境 1067344.1.2移植FreeRTOS操作系统 10149144.1.3基于FreeRTOS的充电任务设计 11104644.2充电控制命令数据协议 1228854.3无线传输通讯模块功能实现 14195264.4下位机系统测试 1514309结论 1729591参考文献 191绪论1.1设计背景在新能源战略的大力倡导下，电动自行车己经成为目前节能环保、流行较广的一种绿色交通工具，因此电动自行车的使用数量每年不断增长。电动自行车充电频率较高，现有的充电站点设置较少或者不太合理，因此用户需要骑车到处寻找充电站点，或者骑车上楼充电，或者乱拉电线，充电不便捷且存在安全隐患。近年来，国内己频繁曝光电动自行车引发火灾事故，而且这中间大部分是电动自行车充电时发生的，各地政府己经开始高度重视电动自行车充电安全问题。电动自行车的用电需求具有3个特殊性：可移动性、多样性、分时性。可移动性是指电动车作为交通工具有实时移动的特性；多样性是指电动车品种众多，而且各个品牌的电动车的充电要求有时侯不尽相同；分时性是指充电桩充电由人们的生活习惯所影响，不同的时段对充电需求不同。在传统的充电桩市场上存在的共享充电桩多是投币和刷卡式，而且这种充电桩分布多存在小区内以及街道的不显眼的角落，而且数量极少，已经不能满足电动车数量快速增长带来的充电需求。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状电动车充电方式一般可分为快充，慢充和快换方式，不同的国家或地区建设充电桩选择的充电桩各又不同，例如中国台湾地区建设的快换式充电桩较多。相对于国内发展较晚的充电桩市场，国外的充电桩已经发展了一段时间，目前电动车充电桩技术在国外已经发展的很成熟，充电桩的各种配套设施已经相对完备，这其中主要以发达国家为主导。在美国电动车用户可以使用手机APP进行充电桩定位，控制充电桩充电等功能，甚至还可以自己购买充电桩进行安装来供用户使用从而盈利，由此可以看出国外在联网式充电桩技术上比国内还是运用得更早。在日本，为了方便用户政府部署了大量的充电桩，其中东京地区每隔一公里就能找到一个充电桩，这为用户出行提供了很大的便利，让人们不必为充电烦恼大胆出行。而德国为了充电桩便利性则是直接使用了统一标准的连接器，这无疑也是推动人们绿色出行的又一有力的措施。从国外的充电桩布局能看出，充电桩联网技术在国外已经很早就出现了，例如美国通过APP控制充电桩就是通过联网技术实现，达到了远程控制充电桩的目的。其他国家或地区推出的快换式充电桩在国内则是基本上没有，国外的充电桩分布更加广泛，更利于电动车出行，这也刺激市场加大了对充电桩的研发投入，形成了良性循环。虽然国外充电桩发展比国内起步早，但是得益于国内互联网技术运用的突飞猛进，在新型联网式充电桩运用上国内发展速度却式比国外快的多，随着用户需求增加和网络技术的快速发展，国外与国内的差距将会快速缩小。1.2.2国内研究现状在公共充电桩出现以前，很多电动车车主选择自己从住所内接线或者把电瓶取下抬回住所充电，后来随着电动车的增多，开始出现投币式的充电桩，这种充电桩功能简单，能够根据充电时间计算充电价格，一定程度上解决了部分用户的充电问题。但是投币式充电桩也存在很大的安全隐患，而且这种充电设备设计简单容易出现故障需要经常进行巡检排查，导致运维费用和人力投入较大，所以这种充电方式既不便利又易造成安全隐患。但是由于这种设备简单且便于生产，所以在当时也占据了一定的市场。投币式充电桩之后由于电子技术与电路集成技术的发展，刷卡式充电桩出现在市场中逐渐成为主导，而且由于电子电路技术的逐渐成熟，充电桩性能也大大提升，很多小区开始安装此类公共电动车充电桩供用户使用。近年来随着科技的进步，软件以及硬件技术更加完善以及无线传输技术的成熟以及政府的推广，新型联网共享式充电桩进入人们的视野，联网式充电桩是根据无线传输技术WIFI，Zigbee等无线技术将充电桩的各个端口的充电数据通过无线或者有线的方式汇集到一个点，然后通过上传到网络服务器中，如通过GPRS将设备连接到网络中从而实现充电桩与服务器交互，再通过网络对数据进行处理操作，同时网络端将用户端接入网络，这样就形成了用户到网络再到充电桩的完整的无线充电桩网络管理系统。这种联网式充电桩打破了传统充电桩空间限制的局限，把用户和充电桩以及管理系统通过网络连为一体，电动车充电桩的充电进入到一个新的模式，但是这种充电模式早期发展还不够成熟，很多公司开发的产品不够稳定，给产品的推广形成了一定的阻力。但是随着政府的大力支持和物联网的快速发展，国内电动车充电桩结合物联网技术和移动通信技术，基于联网式的共享充电桩这几年开始大量出现，有数据显示受新能源汽车大规模普及和政策大力扶持的影响下，中国充电桩行业规模快速增长；尤其在2016年，公共充电桩保有量增速达185.3%；2016年后增速有所放缓，呈稳定增长态势。到2021底，国内的公用充电桩数量大幅增长到48.4万，比上年同期增加了51.5%。从充电桩投币式充电到刷卡式充电再到联网式充电，可以看出国内充电桩的发展方向是向着无线传输，连接网络，信息共享的方向发展。通过对比国内外电动车充电桩的发展看出，物联网与充电桩结合在国外的运用早于国内，但是随着国内物联网技术的快速发展，其在电动车充电桩领域的应用也逐渐多起来，甚至在应用上有赶超国外之势。物联网与充电桩结合一般是在电动车及充电站内部署各种无线传感器设备，并通过无线感知设备采集充电桩工作参数，然后再通过无线通信技术将数据发送的云端搭建的监控系统，并通过云端对充电桩进行监测运维。2电动车充电桩管理系统总体设计2.1用户需求分析在我国，电动车出行充电问题一直没有得到很好的解决，在电动车使用率比较高的城市，充电桩也没有很好的规划建设。这就造成了很多电动车车主在家里或者在小区内部私拉电线进行充电，这种充电方式有极高的危险性，容易发生充电事故，而且传统的充电桩因为功能单一，且设备简单使得充电桩并不能满足人们的充电需求。高性能的嵌入式处理器的出现，使得充电桩数据采集系统的功能更加的完善，同时物联网技术迅猛的发展，加上云端技术逐渐完善，这巩固了各个系统的联系并加强了技术基础以及稳定性，而且随着移动技术的快速发展，人们通过使用手机的习惯已经逐渐形成，正常的交易支付基本在手机端就可以完成。投币式以及刷卡式充电桩已经不能够满足人们出现方式的需求。以高性能处理器为基础搭建采集系统并运用物联网技术将数据同步到云端以及用户端，以此来提高充电桩系统的连通性，提升用户体验，是各个用户都希望看到的结果。经过对用户的需求的整体评析以及物联网技术的探讨，设计充电桩系统实现功能如下：（1）精准的电量检测能力：充电过程中对电动车充电桩的电流，电压以及功率的检测，当充电查询命令下发时快速反应并上报充电数据。并实现充电桩系统周期性向服务器上报充电中产生的数据。（2）可靠的充电安全保护机制：当充电桩充电过程中的电流电压过载时充电桩发送预警提示到用户，当充电桩发生异常时，系统根据发生故障产生相应代码上传服务器，并立即切断充电。（3）持续稳定的运行能力：引用操作系统对充电任务进行合理有效的管理，利用操作系统管理机制，合理分配任务以及内存提升系统的稳定性。（4）远程监控维护机制：通过后台管理系统实现充电桩自动升级，查询以及异常维护等功能。2.2电动车充电桩硬件管理系统总体设计测量模块PLC控制模块数据存储测量模块PLC控制模块数据存储无线模块无线模块人机交互模块人机交互模块电压电流互感器电源模块电压电流互感器电源模块图2-1充电桩硬件控制系统通过对充电桩充电系统的分析，得出本次设计充电桩控制系统硬件架构组成如图2-1所示，由图充电桩硬件系统包含了电源模块，测量控制模块，无线网络传输控制模块以及PLC控制模块和人机交互模块，主要部分功能如下。测量控制部分：主要进行充电数据进行采集和处理，并在测量控制处理器模块中嵌入FreeRTOS操作系统，规划充电任务来管理数据以保障充电系统的实时性和稳定性，具体工作流程：当测量模块接收到无线传输模块的查询命令处理模块解析判断查询码并匹配充电端口，匹配成功则测量模块上报测量数据，处理模块打包数据后进行上传。无线网络传输控制部分：根据充电需求分析，无线网络传输系统是充电桩设备与云端服务器交互的通道，无线传输模块运用GPRS无线技术发送数据到云端服务器，并设计充电桩与云端交互数据通讯协议。2.3电动车充电桩管理系统物联网充电桩控制系统远程操控的重要组成部分还包括管理系统，本充电桩控制系统将下位机位机接入网络，通过互联网实现数据共享，也更有利于充电桩的维护与管理。在实现充电桩联网后，充电桩的管理人员可以通过后台监测充电桩的运行状态，维护与升级等，节省了管理与维护成本，根据市场需求，充电桩上位机具体功能设计如下：（1）使用MINA框架服务端建立Socket连接的服务器，与下位机进行Socket长连接，同时可以与管理系统建立连接，服务端通过将数据处理后的充电桩控制命令下发给对应的充电桩设备，设备接收命令并响应充电桩充电，升级，查询，停电等动作。（2）充电桩通过无线模块接入网络，然后服务端接受充电桩上发的数据包，并进行充电桩在服务端的注册、充断电、远程运维、远程监控、周期信号上传等功能。（3）服务端对上传的数据进行处理，并将响应的数据存储到数据库中，完成信息的存储和提取。（4）建立管理系统与服务器的连接，并实现不同场景下两个部分的数据共享。（5）对管理系统进行模块划分，并根据不同的模块功能对充电桩数据进行统计和管理。2.4电动车充电桩整体架构图2-2充电桩整体架构本次设计的电动车充电桩控制系统总体架构如图2-2所示，充电桩通过充电测量系统完成充电电量的采集并对数据进行处理，然后无线网络通讯将采集到的数据上传到网络服务器，在服务器端对数据进行解析,并同步信息到管理系统中，数据处理后发送指令回硬件充电桩控制系统中并控制充电设备层进行响应动作。充电时，用户通过扫描充电桩下位机的二维码进入充电界面，发送充电命令到服务器，服务器将充电指令下发给充电桩下位机，充电桩下位机收到命令解析后响应充电操作，并返回返回码给服务器，发出相关的提示信息；断电时，若电量已充满，数据上报后服务器发送断电指令下发到下位机，若用户提前停止充电，则服务器传送用户指令给下位机控制断电。本充电桩控制系统实现了电动车充电的智能计时与智能通断，管理端远程监控，同时还可在用户端查看充电信息，充电方便、安全和快捷。3电动车充电桩硬件系统设计3.1控制模块在ISO/IECl5118标准中，推荐使用PLC进行电动汽车与充电桩之间的通信。PLC通信的研究重点在于物理层和数据链路层的数据传输。宽带PLC技术与OSI模型在数据链路层及其以上的标准相兼容。因而，电力通信网络类似于以太网，而其不同之处主要在于物理层的传输介质不同，PLC通过电力线进行通信，而以太网则通过传的网线进行通信。PLC技术遵循、HomePlugAV、HomePlugGHP、G3-PLC等标准，其数据链路层通常采用基于CSMA/CA(带有冲突避免机制的载波监听多路访问协议)的广播共享方式。图3-1所描述的是PLC通信系统的工作原理,图中介绍了从主站通信设备到从站通信设备数据的处理与收发。主站通信设备将准备发送的数据打包后通过通信接口发送给发送端的信号处理模块,信号处理模块主要保罗微处理器，通信信号调制器。当接收到通信接口发来的数据，微处理器对数据进行编码处理，随后转发给调制器进行调制。当处理完数据以后，数据通过电力线耦合接口耦合到电力线上。此时发送端的数据发送完成。接收端同样通过电力耦合接口滤出接收到的数据消息，并依此通过解调器和微处理器对数据进行处理，还原。再将接受和处理过的数据通过通信接口发送给从站通信设备。因为数据发送端和接收端具备相同的工作组件，从站通信设备也能后使用相同的过程向主站通信设备发送数据，双方可以实现互相通信。图3-1电力线载波通信系统的工作原理PLC通过储存在其中的程序得以运行PLC技术，成熟稳定性高，和其他充电方式相比较，具有较强的抗干扰性等优点。随着互联网不断地发展，PLC也拥有着不可忽视的地位，其在工业生产、生活中也博得了一席之地。PLC就是电动车充电系统的核心，负责处理各个模块之间相互运作的情况，在本文的研究中，选用的是FX2N-16MR来进行电动车充电系统的设计，FX2N系列是三菱PLCFX系列中信息反馈较为敏捷一款，使用此种PLC可以大大避免因为系统本身的原因造成的死机不工作等问题。因此用PLC可以实现电动车在充电中的需求。图3-2展示了PLC控制器中各个资源分配的情况，电动车充电系统之间的各个模块是相互独立的，而PLC的作用便是将电动车充电系统之间的各个相互独立的模块进行连接与协调，进而实现对整个电动车充电系统资源的合理配置，达到对电动车充电的作用。图3-2PLC控制器资源分配情况3.2测量模块要实现充电桩控制系统数据化以及网络化管理，测量模块则是其中最为重要的组成部分.只有充电数据作为支撑，上层应用才能根据数据进行相应的管理和维护。本次测量模块电路采用RN8209D单相测量表采集充电数据。RN8209D是由深圳瑞能微公司提供的可进行有功功率、无功功率、有功能量、无功能量等功能的高精度测量芯片。并能同时提供两路独立的有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等功能，可以实现灵活的防窃电方案。测量系统RN8209D芯片电路推荐设计如图3-3所示，RN8209D有两种方式与外部进行通信，两种通信方式分别为UART串口以及SPI。根据推荐配置芯片工作电压为5V，本次设计RN8209D选择与MCU通过SPI通讯，所以配置IS引脚为高电平来选择SPI通讯，OSCO、OSCI配置芯片外部晶振，同时SCSN、SCLK、SDI、SDO为SPI通讯的四个控制引脚。图3-3RN8209D电路设计本次充电桩控制系统共提供16路充电端口供用户使用，具体设计为每一块RN8209D芯片测量两路充电端口，每一路充电端口通过信息处理控制模块MCU控制继电器的开闭来控制电路充断电。3.3无线网络模块无线模块运用集成的GPRS无线通讯技术芯片SIM800C，该芯片内嵌了TCP/IP通讯协议，可以通过简单的开发就可以实现网络连接，SIM800C芯片通过串口与PLC控制系统进行连接，SIM800C芯片如图3-4所示，该模块采用SIM800C成品，直接通过信息处理模块引脚进行供电以及串口连接。图3-4GPRS模块原理图3.4人机交互模块充电桩作为一个需要与用户面对面交互的控制设备，需要提供给用户一个简洁方便，友好易操作的使用提示界面，我们为了迎合市场需求，站在用户的角度，设计了交互模块。人机交互模块的组成包括语音提示功能和LED指示灯，当用户操作不同的充电动作时，充电桩会发出相应的提示音提示用户操作成功或者失败，语音提示设计通过解析乐谱后组成二进制数组形式存放在程序中，当操作需要提示音时通过程序引入不同时段乐谱通过蜂鸣器播放即可。分别采用不同的LED指示灯，通过定义不同的颜色代表不同的充电桩工作情况，方便用户进行充电判断。人机交互模块利用LED发光二极管来指示充电桩的不同充电状态，指示灯一般安装在充电桩比较显眼的位置，方便用户获知不同的充电状态后进行正确的操作。发光二极管具有寿命长，廉价等特点，使用更加广泛，本次设计采用红、绿三种颜色的LED二极管，二极管电路通过控制器的GPIO端口输入低电平点亮，输入高电平时熄灭。4充电方案的实现4.1充电桩控制系统软件结构在对充电桩进行分析后，确定软件功能主要是对数据进行采集与传输，因此按照功能模块分为数据采集与充电管理模块和无线传输功能模块，软件功能架构中数据采集是充电桩的基础，数据管理是核心，无线传输功能是数据传输的重要枢纽。将功能模块化有助于理清数据的功能架构。4.1.1充电桩控制系统开发环境充电桩控制软件系统选用KeiluVision5作为开发平台，KeiluVision5开发平台可提供多种处理器的编译支持，以及支持对C/C++的交叉编译调试，KeiluVision5开发界面如图4-1所示。图4-1FreeRTOS操作系统4.1.2移植FreeRTOS操作系统在充电桩控制系统中处理器控制模块主要实现对充电任务以及充电数据进行管理和存储，因为充电桩控制系统任务功能复杂，数据庞大，所以通过嵌入FreeRTOS操作系统来提高系统来管理任务，而且可以提高充电桩系统的实时性和可靠性。FreeRTOS操作系统主要是面向小型嵌入式系统项目，FreeRTOS操作系统对比其他操作系统而言，简捷小巧但是核心功能齐全，其内核源码中只由4个内核文件和一些相关的移植实例以及头文件组成，学习起来相对简单。FreeRTOS主要由Demo、License、Source三个文件组成，其中Demo文件夹存放FreeRTOS支持的移植平台，其中主要有STM32、MSP430、ARM9等市场上常见的产品；Source文件夹存放FreeRTOS操作系统的内核文件，内核文件主要是task.c、queue.c、list.c、croutine.c、timer.c、event_groups.c源代码以及include、portable头文件组成。include文件则提供了FreeRTOS系统的头文件，portable提供了FreeRTOS操作系统移植的文件，其中包括各平台的移植相关文件以及内存管理文件。内核文件内部的六个.c文件源代码与移植目标平台无关，其中task.c定义了操作系统任务层代码，主要是为开发者提供调用任务级别的函数，主要有任务创建，删除，挂起等相关的接口函数（API）；list.c则定义了FreeRTOS内核链表的数据结构；queue.c定义了内核消息队列，消息队列是任务间数据传输的通道；croutine.c则实现了一种任务共享堆栈的数据结构体，这样可以减少系统内存的消耗从而降低了产品成本；timer.c部分提供了FreeRTOS的软件定时器；event_groups.c则是事件标志组源代码。在工程文件移植时只要根据FreeRTOS官方移植实例，将它们部分或者全部添加到开发的工程文件目录即可。4.1.3基于FreeRTOS的充电任务设计引用操作系统最大的优点是可以任务分开管理，根据不同的功能模块进行任务划分是任务划分的一般性原则，根据充电桩控制系统任务功能设计规划了电量采集任务、数据处理任务、充电数据远传任务、继电器控制任务、数据存储任务、人机交互控制任务以及对各个任务的监控任务并创建了这7个充电桩充电任务。其中任务间数据通过消息队列发送，同时通过信号量进行任务间同步。（1）电量采集任务电量采集任务是充电桩控制系统的基础部分，在充电桩运行情况下电量采集任务完成每隔5秒钟周期性采集充电信息并通过消息队列向数据处理任务发送数据，同时接收数据处理任务下发的查询数据命令，并及时上报数据，每个任务均分配运行时间，当运行时间超出或运行异常时，通过监控任务来判断异常原因或重启任务，系统设置电量采集任务优先级为3，间隔1.2秒调度一次，在数据处理任务解析命令后能够及时响应。（2）数据处理任务数据处理任务是与其他任务交互最多的功能任务，主要负责数据的处理和解析，数据接收主要来自数据采集任务采集的充电数据和无线远传任务接收到上位机下发的命令数据帧。在接收到数据后数据处理任务还负责对数据帧的解析和命令的下发，其中数据下发方向主要有数采集任务、继电器控制任务，数据存储任务以及人机交互任务。数据上传则是采集的数据帧通过解析数据、再封装成JSON数据格式通过串口到无线模块后再发送到服务器并存调用数据存储任务进行存储。系统设置数据处理任务优先级为2，间隔0.7秒调度一次，当服务器端命令到达后能够及时处理。（3）数据远传任务数据远传任务完成与物联网平台的网络连接，并上报采集的各项电能数据，即发布消息，当数据处理任务收到数据远传发来的查询命令数据包，数据处理任务解析数据包后下发信息采集命令，信息采集并发送数据到信息处理任务解析打包后通过串口发送数据到无线模块并发送到服务器。在发生异常（如电表故障无法采集数据或发送数据失败）时，数据长时间没有数据与服务器交互，运营商会将设备踢下线，所以为了保活，还需要周期性上发心跳包，以保持与平台服务器的连接，并将未发送数据存储到数据存储任务中。在成功发送一条发布消息报文后，发送LED信号量，以实现LED指示灯控制任务的同步。因为当服务器下发命令后需要系统第一时间响应，所以设置数据远传任务优先级为1，该任务间隔1秒调度一次。（4）监控任务任务运行监控任务是整个充电桩系统正常运行的保障，在操作系统启动后，任务监控运行任务监控各个任务的运行时间，喂狗以及掉电判断等功能。系统设置数据存储任务优先级为5，该任务间隔2秒调度一次，实时监控各个任务的运行状态。（5）PLC控制任务PLC控制任务主要是控制PLC的开关来实现充电断电，同时当PLC充断电异常时运行异常控制函数，对充电桩进行自动断电处理，并向数据处理任务发送异常信号量。PLC正常工作时，主要接收来自远程任务发送的充电命令并经数据处理任务解析后再下发到PLC任务的命令。系统设置PLC控制任务优先级为5，该任务间隔0.3秒调度一次，在数据处理任务解析命令后响应PLC。（6）数据存储任务数据存储任务是充电桩系统的重要组成部分，在数据解析后，数据会经消息通道发送到数据存储任务中进行存储，同时在数据远传任务中，当数据发送失败时，数据经消息发送到数据存储任务中进行存储。系统设置数据存储任务优先级为4，该任务间隔0.5秒调度一次，在系统数据存储时响应该任务。（7）人机交互控制任务人机交互任务是充电桩的重要组成部分，该部分主要是运用LED灯实现对用户的操作指示。当红灯常亮时提示充电异常，绿灯常亮表示充电完成，黄灯闪烁表示开始充电，黄灯常亮表示正在充电，人机交互任务优先级设置为7，间隔0.2秒调度一次。4.2充电控制命令数据协议为实现对充电桩控制系统的控制，根据操作系统消息队列的传输特性，既系统在同一时间只响应一个，设计了对充电桩系统控制的协议，充电控制系统充电通讯数据协议如表4-1所示。表4-1充电桩充电控制命令协议字节/序号代表含义取值具体代表意义失配返回值1校验头0xFF校验无2操作命令0x000x010x020x030x040x05开始充电停止充电设备搜索设备维护充电查询设备升级0x0a3操作参数0x00-0x0F0x010x020x00-0x050x00-0x080x04设定充电时间确定停止充电设备搜索设备维护内容查询内容设备升级0x0b4充电端口0x00-0x0F充电端口序号(设备升级操作时为默认值0x00)0x0c5-16用户ID“xxxxxxxxxxx”用户注册手机号(设备升级操作时为默认值0x00)无17校验尾0x00,0x0018校验尾0xFF,0xFF由表4-1所示校验头（第1字节）设置取值为0xFF，充电桩设备通讯协议的校验开头，在进行设备充电信息传输时作为校验使用。由于每个充电桩控制系统设计了16个充电端口，所以协议充电端口（第2字节）取值范围为1到16，若充电端口失配，则设备返回错误码0x0C。操作命令（第3字节）有5种取值分别表示不同的命令。如0x00表示开始充电，0x01表示停止充电，0x02表示设备搜索，0x03表示设备维护，0x04表示充电查询，0x05表示设备升级,在设备升级操作时充电端口设置默认值为0x00[30]。若发送的命令配对错误，则设备失配返回0x0a。操作参数（第4字节）一般与操作命令配对使用。操作参数出现配对错误时，则设备失配返回0x0b。此外，在发送开始充电命令（0x00）时，还需要发送12个字节的用户ID在数据结尾，附加发送4字节长度的帧尾（0x00,0x00,0xFF,0xFF）校验尾来表示一帧数据。4.3无线传输通讯模块功能实现网络传输是充电桩实现连接网络服务端的重要部分，充电桩设备设备层需要上传的数据都经过网络传输模块，是整个充电桩系统的重要组成环节。充电桩网络通讯部分采用GPRS技术进行数据传输，GPRS模块采用SIM800C芯片搭建传输电路，SIM800C模块的工作原理是通过信息处理系统发送AT指令控制工作。本次设计中将整个网络传输系统的功能分为两部分，分别为网络连接功能和数据解析功能。其中网络连接部分主要功能是维持充电桩设备层与服务器的连接状态，数据解析部分主要是进行充电桩采集数据的解析和打包功能。网络连接是实现数据传输的基础功能，SIM800C芯片连接网络是由AT命令控制，在进行连接网络之前，需要对无线模块进行初始化操作，在初始化硬件模块后再通过STM32串口实现指令发送到SIM800C模块激活模块任务状态，激活命令由AT+CSTT，AT+CIICR和AT+CIFSR组合，无线模块激活后再通过发送指令：AT+CIPSTART=“TCP”,\"127.000.***.***\",\"****\"\r\n"建立设备与服务器的通讯连接，其中IP地址和网络端口根据服务端网络分配得到，无线模块与服务端在建立连接后无线模块会通过串口返回CONNECTOK到处理器，处理器收到返回码后再调用AT+CIPSEND>***指令发送数据到服务端，在成功发送数据后返回SENDOK，此时开发者在开发时用串口打印返回码调试可快速提高开发效率。采用GPRS无线通讯连接网络，运营商在云端通过监管连接的网络端口，为防止设备长期占用端口而造成资源浪费，运营商通过定时监管，端口连接在一段时间未进行数据传输时，运营商则将其进行下线操作，所以为了保持设备的实时在线，GPRS无线模块提供了一种心跳机制，心跳机制是设备层周期性地向服务端发送空数据包，以保持设备不掉线来保证系统的连接稳定性。心跳机制周期一般设置在30秒到几分钟不等，但是实际设计阶段应根据实际测试结果得到，本系统设计的心跳发送周期为4分20秒，经测试实验后实际有效。网络连接只是充电桩进行网络交互的基础功能，要实现云端与设备端数据的交互，还需要进行相关数据的收发工作。4.4下位机系统测试充电桩下位机终端如图4-2所示为充电桩主板，以及主板集成的继电器，测量模块，GPRS无线模块，以及LED灯和电源模块。图4-2充电桩电路原理图图4-3充电桩实物图充电桩运行测试则是主要测试了充电桩设备数据上发服务器的数据，服务器分配端口设置8080，如图4-4所示测试了注册命令，充电桩与服务器充电指令的交互。图4-4注册与充电命令下发如图4-5测试充电桩设备的心跳功能以及周期上传功能，测试结果功能显示运行正常。图4-5心跳功能与周期上传数据图4-6则是测试了充电桩设备的的断电功能，设备异常上报，远程维护查询以及远程更新功能，经测试结果显示各个功能运行正常。图4-6断电与维护以及远程更新结论本次论文研究了电动车充电桩领域国内外的发展近况，提出了一种利用充电桩设备接入网络服务端通过服务器监控管理的电动车充电桩控制系统。系统设备层采用