电动汽车充电站监控系统设计

1 绪论1.1 引言汽车产业的报告生长，汽车带来的情况污染、能源短缺、资源枯竭和宁静等方 面的问题越来越突出。 为了保持百姓经济的可连续生长， 掩护人类居住情况和能源 供给，各国政府不吝巨资，投入大量人力、物力，寻求解决这些问题的种种途径。 我国面临的形式也十分严峻， 海内的石油蕴藏量和开采量相当有限， 随着汽车保有 量的增加，石油需求越来越多，目前已不能自给，不敷部分主要通过进口来满足， 并且每年成递增趋势。由于电动汽车具有突出的环保方面的优势， 使得电动汽车的开发和研究成为各 国开发绿色汽车的主流。 电动汽车使用的能源是可以用与发电的一切能源。 因此使 用电动汽车可以挣脱汽车对化石燃料的依赖，改进能源结构，使能源供给多样化， 使能源的供给有保障。 电动汽车在解决门路交通事故方面和传统汽车相比也具有一 定优势。因此，开发电动汽车是迎接汽车面临挑战的重要对策之一。电动汽车具有 良好的环保性能和可以以多种能源为动力的显著特点， 即可以掩护情况， 又可以缓 解能源短缺和调解能源结构， 保障能源宁静。 目前生长电动汽车已成为各国政府和 汽车行业的共鸣，电动汽车的研发已成为汽车行业的热点。因此，无论是从设计、 研究和开发的看法， 照旧从实用的角度来看， 了解和掌握电动汽车技能的社会需求 会越来越大。目前世界上许多发达国度的政府、著名汽车厂商及相关行业科研机构都 在致力于电动汽车技能的研究开发与推广应用。电动汽车充电站是电动汽车 大范围商业化后不可缺少的电动汽车能源办事底子设施，如何实现电动汽车 充电站运行治理的自动化是必须研究的课题。系统建立的须要性：1）包管动力电池充电宁静的需要。目前纯电动汽车多使用锂离子蓄电池作为 电能存储单位。锂离子电池对充电要求较高，充电历程控制欠好会造成电池 永久损坏，甚至引起电池爆炸。充电站监控系统的充电监控功效可以监测电 池和充电机当前状态。接纳智能充电机的充电掩护步伐可以有效包管动力蓄 电池充电历程的宁静。2) 提高充电站运行和治理水平的需要。电动汽车充电站作为保障电动汽车正 常使用的能源底子办事设施，因其组成设备数量多，用人工方法来治理这些 设备很难实现，所以有须要利用先进的信息技能实现其运行和治理自动化， 低落事情人员的劳动强度，提高充电站运行和治理水平。电动汽车的生长及其要害技能1881 年的法国诞生了世界上第一辆电动车，但是由于技能的原因，在不长 的时间里燃油汽车就占据了汽车市场的绝大部分市场份额。近年来，随着许 多电动汽车要害技能的不停生长以及全球汽车生产商对电动汽车生长的重视 水平不停加深，现代电动汽车己经作为一种全新看法的交通东西被提上日程， 它自身将会负担更多的功效，正因为这样，电动汽车在生长中，必须面对并 解决以下要害技能：(1) 车身设计 车身设计的事情早在一开始就将实用性和外观性联系在了一起。尤其在现代 汽车要求速度越来越快的情况下，对付汽车的空气动力学、行驶平顺性等方 面考虑己经成为车身设计的主要事情。在设计电动汽车时，应该在车身设计 上多下工夫，力争使电动汽车的无功损耗低落到最低点。(2) 动力驱动技能 电动汽车主要是依靠直流电动机来驱动的，但是由于目前直流电动机的转速 转矩变革范畴窄，并不能满足汽车行驶的需要，所以国际上已经开始了关 于电动汽车用交换电机的研制的热潮，其中开关磁阻电机的研制，高效永磁 同步电机交换电机都已进入试用阶段；控制技能矢量控制和直接转矩控 制技能己经在理论界得到了充实的验证和肯定，技能也同趋成熟。随着技能 的生长，电机和电机控制器也越来越成熟，电机向着高电压、小电流、大功 率、小体积、重量轻的偏向生长，直流电机已逐渐被交换电机所取代。控制 器也向着智能化、集成化的偏向生长。(3) 能源供给系统 现代电动汽车经过数十年的生长，其各项尺度己经根本到达了人们用车的要 求，但是却迟迟不能占据市场，最主要的原因就是现在的电动汽车的续驶里 程不能满足入们的要求。如何寻找大概研制一种越发优良的能源是电动汽车 生长的一个极其要害的问题，目前的局面是铅酸、镍氢、锂离子、燃料电池 多种电源并存，铅酸电池占据了主要职位，针对目前的市场占有情况如何公 道的使用提高铅酸电池的寿命和效率，就具有十明白显的经济和社会代价， 并且随着铅酸电池生产技能的不停更新，新一代的卷式铅酸电池能量比将大 大增强，其充放电将变得越来越简朴，因此本论文的研究将围绕铅酸电池展 开。1. 3 电动汽车充放电技能研究表面电动汽车充放电技能就是对蓄电池的输入输出进行公道的控制，到达节 能、延长设备寿命的预期目标。电动汽车的充放电技能对电动汽车的能源存 储源免维护铅酸蓄电池的充放电进行公道的控制，到达行驶里程和蓄电池寿 命的最大化。电动汽车充放电控制系统如同电动汽车的总体控制中心，它具有功效多、 灵活性好、适应性强的特点，从而可以非常公道地利用有限的车载能量，到 达电池寿命和行使里程的最大化。凭据目前海内外技能生长的情况，主要是 实现充电时间的缩短，电池寿命的延长和连续行驶罩程的最大化，因此，问 题归结于两个方面，一、凭据电池充放电原理缩短蓄电池充电时间 （ 快速充电 技能 ） ，二、电动汽车运行历程中在包管制动正常的条件下结合充放电原理进 行能量的接纳。通例的充电方法包罗恒压充电、恒流充电和将两者组合起来应用于差别 时问段的混淆充电方法。从本质上来讲都是一种充电电流无法随蓄电池充电 状态自动调治的单一模式充电法，所以无法实现充电历程的最优化。相对付通例充电模式而言，智能化充电模式凭据电池生产单位提供的技 能数据对其整个充电历程进行控制，凭据蓄电池的充电状态而动态跟踪蓄电 池的可担当最大充电电流及后期充电电压的变革，使得实际充电电流始终保 持在最优值四周，从而包管了蓄电池险些在满足自身理论特性的状态下的充 电。对付智能充电可以归纳综合为：凭据蓄电池的充放电特性来找到一种最 佳的充电方法，并且用符合的电力电子装置来实现它。前面是针对蓄电池特 性的研究，后者是针对电力电子装置的研究。这里的最佳的充电方法就是最市区佳的充电电压和充电电流的选取。智能充电的作用是给尺度蓄电池充电，它 的功效是要求凭据差别的电池，控制差别的状态，自动检测电池端电压和端 电流的值，经过处置惩罚后产生电压偏差和变革率信息，再经过模糊处置惩 罚，输出电流和电压的控制信息，实时、精确的控制充电历程，目前不少研 究者在这一方面已经做了大量的研究，但大多是基于不可控整流方法和功率 因素赔偿来实现，对电网仍有一定的污染，其控制方法有待于进一步的提高。 结合电池充放电原理，凭据电动汽车的驱动设备电机特性，在电动汽车运行 历程 ( 减速和制动时电动机事情在发电状态 ) 对其能量进行有效的接纳利用， 可以有效增加汽车行驶里程，凭据日本本田公司研究数据，对电动汽车能量 进行有效接纳利用，可使汽车在 UDDS(Urban Dynamo Driving Schedule) 发电工况下延续行驶罩程26左右。因此，结合蓄电池充放电特性对其充放电历程进行控制就具有明显经济代价。电动汽车在运行历程中，其输出功率 会随着路况、情况等多种因素的变革而变革，同时在减速和制动历程中对电 性能量进行接纳，凭据负载变革动态调治蓄电池充电电流的巨细，到达延长 行使里程的目的。目前日本丰田、本田公司和美国纽约州的斯卡奈塔第联合 大学以及美国的国度航空与航天治理局路易斯研究中心在此领域的研究较为 深入，我国近几年，也在此领域展开了研究，如清华大学、北京理工、武汉 理工等研究机构。电动汽车充放电技能存在主要问题 当前电动汽车财产迟迟未能产业化的主要原因电池问题，当前的电池容 量和体积质量的干系不能满足电动汽车的需要，也就是说一定重量的蓄电 池只能提供给电动汽车有限的能量，致使电动汽车行驶里程太短，由于电池 技能不可能再短时间内取得突破，所以只能在短时充电和延续汽车行驶里程 进行深入的研究，一方面，随着快速充电技能的深入，可以使电动汽车像在 加油站加油一样，在较短时间内增补能源，也可以接纳在大众的充电站调换 蓄电池组来增补能源；另一方面，我们可以对运行历程中的能量进行部分接 纳，通过对对电池充电的方法实现减速和制动，一方面延续行驶里程，另一 方面，可以拉大充电站之间的距离，淘汰充电站的建立。本论文的主要内容 当今社会电动汽车的生长迅猛，因此对电动汽车充电站监控系统提出了很高 的要求。面临能源和情况的巨大压力， 以电力作为驱动系统动力源的电动汽车成为 绿色交通东西， 有着辽阔的前景， 电动汽车充电站则是电动汽车运行的不可缺少的 能源办事底子设施。 但是目前电动汽车充电站普遍实行无人值班， 且能够包管大范 围充电站正常运营的充电站监控系统尚无成熟产物，各充电站之间也无信息联系， 这就要求充电机的可靠性及自动化智能化水平更高，功效越发完善。仪器的设计， 本着简明、科学、实用的原则，力求从整体出发，从实际使用出发，突出系统的可 靠性、免维护、免培训特点和系统结构的简明完整性，把对操纵人员的专业技能要求降到最低，发挥系统整体设计的优势，使系统整体性能到达最佳，功效强大而操 纵简朴，丈量精确而维护方便，在此底子上，完成电动汽车充电站监控系统设计， 做到监测系统稳定，可靠性能高。在系统设计中， 应充实应用近年来生长起来的种种新技能、新器件、新要领， 在包管各项性能指标能够满足系统方面要求的前提下，力求简化结构，低落本钱， 提高可靠性和稳定性 4 。设计时需要注意的问题：（1）、产物的技能指标、生产工艺等要切合国度有关划定和地方治理部分的划 定。（2）、运行的可靠性和稳定性一定要好，安装、维护要方便，操纵要简朴。（3）、各项功效要实用， 既要满足国度和地方的有关划定也要考虑用户的要求。（4）、设计、制造尽可能使用通用的有替代产物的原件，器件和设备。（5）、能使用软件实现的功效，一般不消硬件来实现，以减小体积，将本钱降 至最低。（6）、设计要从整体出发，分步、分层实施，突出系统的整体性能，力求系统 整体性能最大优化2 系统的设计理论与根本知识从第一章中我们了解到了电动汽车生长及其相关技能，对电动汽车的生长应该 用了一个大概的认识。 要想建成一个及格的电动汽车充电站监控系统， 所需了解的 地方包罗电动汽车的电能供给方法、 充电站建立模型、 以及一个电动汽车充电站的 监控系统应该包罗哪些监控方面等。 下面就以上所说的比力重要的几点做一下扼要 的介绍电动汽车的电能供给方法与充电站建立模式目前，电动汽车电能供给方法主要有交换充电、直流充电和电池组快速调换 3 种 典范方法。1）交换充电方法。外部提供 220 V 或 380 V 交换电源给电动汽车车载充电机，由 车载充电机给动力蓄电池充电。 一般小型纯电动汽车、 可外接充电式混淆动力电动 汽车（plug in hybrid electric vehicle , PHEV）多接纳此种方法。车载充电机一般功率 较小，充电时间长。2）直流充电方法。地面充电机直接输出直流电能给车载动力蓄电池充电，电动汽 车只需提供充电及相关通信接口。地面充电机一般功率大，输出电流、电压变革范 畴宽。有些地面充电机还具备快速充电功效。3）电池组快速调换方法。电动汽车与充电机无直接联系，而是通过专用电池调换 设备将车上少电的电池取下，换上布满电的电池，这个历程所需结合电动汽车的生长趋势以及电动汽车电能供给的典范方法， 本文认为未来电动汽 车充电站建立主要有 3 种典范模式：1）模式 1。在住宅小区或商业大厦的专用停车场安装一定命量的智能充电桩和少 量的智能地面充电机。 智能充电桩为电动汽车提供 220 V 或 380 V 交换电源接口， 智能地面充电机为电动汽车提供给急充电办事。该模式适用于小型纯电动汽车、 PHEV 等。2）模式 2。在专用停车场安装一定命量的智能地面充电机，直接连接电动汽车上 的专用充电接口为车载电池充电。 该模式适用于具有专用停车场的车辆， 如纯电动 公交车、纯电动环卫车等。3）模式 3，即电池调换站模式。站内安装有直接为电池包充电的充电机和直接为 电动汽车充电的应急充电机， 配备电池快速调换设备和电池架， 配有专用配电系统 （含电能谐波会合治理装置 ），能为纯电动汽车提供电池调换办事。该模式适用于一 次充电续驶里程不能满足日常行驶需要而频繁充电的车辆，如大型纯电动公交车、 纯电动环卫车等。系统应用功效需求充电监控功效是充电站监控系统的焦点功效， 主要实现对充电桩和充电机的监督与 控制。1）对充电桩的监控。 监督充电桩的交换输出接口的状态，如电流、电压、开关状态、掩护状态等；收罗 与充电桩相连接的电动汽车的根本信息；控制充电桩交换输出接口的开断。2）对充电机的监控。 充电机作为被监控东西，上送给监控系统的数据主要包罗 2 类：充电机状态信息， 即输入输出电压、电流、电量、功率因数、充电时间、当前充电模式、充电机妨碍 状态等；电池状态信息，即电池包根本信息、电池单体电压、电池单体温度、电池 妨碍状态、电池治理系统设置信息等。别的，在电池包状态信息部分，系统还需凭 据收罗到的电池单体电压、温度等盘算出电池包内单体最高电压、最低电压、最高 温度、最低温度等统 计信息，供限值统计、告警系统使用。对充电机的控制功效主要包罗：对充电机充 电 开始、停止、紧急停止的控制；充电机充电模式的调解，即凭据充电机连接电池的 类型及其充电特性， 操纵人员可通过图形画面调解各阶段充电参数， 并下发给充电 机；向充电机及其连接的电池治理系统下发对时命令。配电监控功效 实现对电动汽车充电站配电设备的监控， 方便统一治理和数据共享。 可实现对整站 的总功率、总电流、总电量、功率因数、主变状态、开关状态、无功赔偿及谐波治 理设备的监督和控制。烟感监督功效在模式3的充电站中，为了保障电池充电宁静，除了通过电池治理系统监督电池 电压、温度外，在电池充电架中安装了数量众多的烟雾传感器，用于探测锂离子动 力电池因过充导致电池自燃而释放出的烟雾。这些传感器接入充电站监控系统后， 和充电监控功效（特别是在电池治理系统失效时）一起保障电池充电的宁静。电池维护监控功效在大型充电站中，需要通过专门的电池维护设备对电池进行定期维护。 在维护历程 中，系统将收罗到的维护数据存入充电站监控系统数据库， 形成电池的完整数据档 案，便于对电池进行整体评估。快速调换设备监控功效在具备电池快速调换设备的充电站中，可通过充电站监控系统对电池快速调换设备 下发具体电池调换命令：让快速调换设备在指定轨道位置调换电动汽车充电站电动汽车充电站是指为电动汽车充电的站点， 与现在的加油站相似。随着低碳 经济成为我国经济生长的主旋律，电动汽车作为新能源战略和智能电网的重要组成 部分，以及国务院确定的战略性新兴财产之一， 必将成为今后中国汽车产业和能源 财产生长的重点。然而，电动汽车财产是一项系统工程，电动汽车充电站则是主要 环节之一，必须与电动汽车其他领域实现配合协调生长。在中国电动汽车充电站的生长是一定的，抢占先机也是企业的制胜之道。在目前的情况下，国度虽有鼎力大举提倡，各企业又摩拳擦掌，但电动汽车 走入寻常黎民家不是短期内容易做到的。国度政策可以给（购车赔偿、上路 等），而电动汽车充电站网则无法短期建，主要原因是给电动汽车快速充电需 要瞬时强大的功率电力，通例电网无法满足，必须要建专用充电网络，这涉 及整个国度电网改革，国度电网大改革不是小事，耗资巨大，从讨论、立项 到成网，非一朝一夕能实现。现在能较好的解决快速充电问题的方案是-换电站-利用给汽车调换电池的要领取代漫长的充电历程。一辆汽车需要配备两块电池，当一块电池用完 后自动切换到另一块，此时可到换电站将用完 的电池换下，装上满电的电池。而换下的电池由电站统一充电和维护，前提 是充电站要有相当数量的备用电池。这个要领优点是快速，用户换完电池就 可以上路，比加油都快。用这种要领再加上停车场充电桩等帮助手段，相信 电动汽车的普及就近在眼前。充电业务模式是指电动汽车用户在汽车电能将要耗尽的时候选择到牢固 所在的充电站和充站桩为汽车的电池进行直接充电的模型。这是电动汽车充 电站最先考虑的业务模式，在这种业务模式下，电动汽车用户通过在充电站/充电桩直接为汽车充电，即时消费电力产物并通过现场付费的模式支付用度， 完成生意业务。为此，建立相应的电动汽车充电计费系统，引入会合式的信息治理平台， 是开展电动汽车充放电站建立事情的重要组成部分。充电站的收费系统是必须的，建立电动汽车充电计费系统，系统的实现由三部 分组成，下面分别进行介绍：1、建立充电计费系统治理平台，对系统涉及到的底子数据进行会合式治理， 例如电动汽车信息、购电用户信息、资产信息等。2、建立充电计费系统运营平台，用于对电动汽车的充放电及购电用户的充值 进行运营治理。3、建立充电计费系统查询平台，用于对治理平台及运营平台产生的相关数据 进行综合查询充电站凭据功效可以分别为四个子模块： 配电系统、充电系统、电池调理系统、 充电站监控系统。充电站给汽车充电一般分为三种方法：普通充电、快速充电、电 池调换。普通充电多为交换充电，可以使用 220V或380V的电压。快速充电多为直 流充电。充电站主要设备包罗充电机、充电桩、有源滤波装置、电能监控系统。2.3.2充电站电力配套通例充电典范通例充电站的范围凭据目前电动汽车通例充电的数据资料， 一般以2040辆电动汽车来配置一个 充电站，这种配置是考虑充实利用晚间谷电进行充电，缺点是充电设备利用率低。在岑岭时也考虑充电，则可以6080辆电动来配制一个充电站，缺点是充电本钱上升，增加岑岭负荷 充电站电力配套的典范配置（前提充电柜具有谐波等处置惩罚功效）a 方案：制作配电站设计 2 路 10KV 电缆进线（配 3*70mm 电缆），2 台 500KVA 变压 器，24路380V出线。其中二路为快速充电专用出线 （配4*120mm电缆、50M长、 4 回路），二路为机器充电或备用出线，其余为通例充电出线（配 4*70mm 电缆、50M 长、 20 回路）I丿户 b 方案：设计 2路 10KV 电缆线（配 3*70mm 电缆），设置 2台 500KVA 用户箱变，每 台箱变配4路380V出线（配4*240mm电缆、20M长、8回路）,每路出线设置一 台4回路电缆分支箱向充电柜供电（配 4*70mm电缆、50M长、24回路）。 快速充电 典范快速充电站的范围凭据目前电动汽车快速充电的数据资料， 一般以同时向 8辆电动汽车充电来配 置一个充电站。 充电站电力配套的典范配置a方案、制作配电站设计2路10KV电缆进线（配3*70mm电缆），2台500KVA 变压器，10路380V出线（配4*120mm电缆、50M长、10回路）。b方案、设计2路10KV电缆线（配3*70mm电缆），设置2台500KVA用户 箱变，每台箱变配4路380V出线，供充电站（配4*120mm电缆、50M长、8回 路）。机器充电 机器充电站的范围小型机器充电站可以结合通例充电站建立同时考虑， 可以凭据需要选择更大容 量的变压器。大型机器充电站一般以 80100组充电电池同时充电配置一个大型机 器充电站，主要适用于出租车行业或电池租赁行业，一天不中断充可以完成对 400 组电池的充电。 充电站电力配套的典范配置（大型机器充电站）配电站2路10KV电缆进线（配3*240mm电缆），2台1600KVA变压器，10 路 380V 出线（配 4*240mm 电缆、 50M 长、10 回路）。便携式充电 别墅 具备三相四线表计，独立的停车库，可以利用已有的住宅供电设施，从住宅配电箱专门放一路10mm2或16mm2的线路至车库的专用插座，来提供便携式充电电 源。 一般住宅 具有牢固的会合停车库，一般要求地下停车库（充电宁静考虑） ，可以利用小 区原有的供电配套设施进行改革， 必须凭据小区已有的负荷容量来考虑， 包罗谷电 的负荷。具体方案应凭据小区的供电设施、方案以及小区的修建情况具体来确定。3系统需求阐发及总体设计需求阐发和总体设计是系统开发必经阶段。在需求阐发阶段，应该确定系统的功效 和特性。在电动汽车充电站中，监控系统最重要的是完成对充电站的监控，确保充 电站的宁静。其主要功效如图所示。充电系统监控，针对充电机控制器及相连的电池治理系统，该网络为三级，其网络 结构如图所示：城市总监控中心充电站分站 1监控PC机充电站分站2充电站分站n监控pc机监控PC机烟雾传感器烟雾传感器烟雾传感器图3.2网络结构第一网络是充电机控制器和对应的电池箱上安装的电池治理系统之间的通讯，由于充电机控制器和电池治理系统之间的串行通讯比力简朴，电池通讯系统不主动发送命令和数据，接纳主从式结构，故选用RS-485总线，控制器借助电池治理系统实时了解各个单体电池的荷电状态，为实现智能充电创造条件。电池治理系统所 接纳到的数据（主要包罗单体电池数量、电压、温度、平均电压、最高电池电压、 最高温度、妨碍代码、充电标识、妨碍状态、最大允许电压等变量）凭据协议进行 处置惩罚并重新打包成符合的总线传送的数据格式，然后充电机控制器通过总线将 其发送至监控PC机。第二网络是监控PC机和充电机控制器之间，由于它反抗滋扰性、可靠性要求 较高，并且传送距离较远，故接纳一种多主总线。监控PC机担当来自总监控中心的指令，控制充电机完成指令所划定的任务，实时监控充电机的状态，将检测到的 信息反馈给总监控中心，为总监控中心调理决策提供参考；同时，它对充电站内部 一些设备的信息进行存储、转发和治理。充电机控制器是监控系统的焦点，一方面 要完成对充电机的实时数据收罗（主要是充电机状态，包罗电流、电压、时间、温 度、开关状态、掩护状态和电量等参数）和实时控制，这些控制主要是对充电机开 关、停止和充电模式的调解、对与其相连的电池治理系统下发命令；另一方面，还 要完成对电池组各数据进行收集和治理。实时把系统的实时数据传输给监控PC机和担当监控PC机发来的控制命令。最后是监控PC机和都会总监控中心之间的通讯，因为充电站监控系统各事情 站和办事器之间数据互换频繁，数据量大，故接纳以太网方法通信。另外，为了进一步包管充电的宁静另有一条针对安装在充电架上的烟雾传感器 的监控网络。烟雾传感器是用于探测锂离子动力电池因过充电导致电池自然而释放 出的烟雾。该网络和电池治理系统配合保持充电电池的宁静。首先烟雾传感器信号经过转换节点转换为通信信号，然后通过总线发送给烟雾报警盘算机。烟雾报警盘 算机仅担当烟雾传感器的报警信号，实时发明有妨碍的充电电池，没须要与上级进 行通信，其模块如图所示。烟雾传感器报警信一号 烟雾监控 转换节点通讯信号烟雾报警PC机图3.3烟雾报警4硬件电路和软件设计总体结构框架硬件平台以atmel公司的at91rm9200芯片为焦点，这款产业级芯片内嵌网络 控制器，包罗了以太网 mac控制，因此只需外接一片10/100m物理层芯片dm9161e 提供以太网接入通道即可。can总线接口接纳can控制器芯片mcp2515和高速can 总线收发器tja1050组成。mcp2515与at91rm9200的连接是通过尺度串行外设接 口 spi（at91rm9200内嵌）来实现的，它支持canv2.0b技能范例，能够发送和吸收 尺度的和扩展的信息帧，同时具有吸收滤波和信息治理的功效。tja1050是与mcp2515相配的高速can总线收发器，它担负着节点和总线之间吸收和发送电平转 换的任务。另外，为了使硬件平台提供高效的软件运行情况，系统还设计了存储电 路（16mb nor flash ，主要用来存放系统引导步伐 bootloader、内核、文件系统； 64mbnand flash，用来存储数据；32mbsdram,提供内核与应用步伐的运行空间）、 复位电路、jtag调试接口和rs485扩展串口。4.2 功效模块NAND FLASH : Nand-flash内存是flash内存的一种，其内部接纳非线性宏单位模 式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nan d-flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越 遍及的应用，如嵌入式产物中包罗数码相机、 MP3 随身听影象卡、体积小巧的 U 盘等。NOR FLASH ：flash 闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单位块进行擦写 和再编程。任何 flash 器件的写入操纵只能在空或已擦除的单位内进行，所以大多 数情况下，在进行写入操纵之前必须先执行擦除。 NAND 器件执行擦除操纵是十分 简朴的，而 NOR 则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。由于擦除NOR器件时是以64128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操纵 的时间为5s,与此相反，擦除NAND器件是以832KB的块进行的，执行相同的 操纵最多只需要 4ms。执行擦除时块尺寸的差别进一步拉大了 NOR 和 NADN 之间的性能差距， 统计 表明，对付给定的一套写入操纵 （尤其是更新小文件时 ），更多的擦除操纵必须在基 于 NOR 的单位中进行。这样，当选择存储解决方案时， 设计师 必须权衡以下的各 项因素。l 、NOR 的读速度比 NAND 稍快一些。2、NAND 的写入速度比 NOR 快许多。3、NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。4 、大多数写入操纵需要先进行擦除操纵。5 、 NAND 的擦除单位更小，相应的擦除电路更少。SD RAM : Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器， 同步是指 Memory 事情需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为 基准；动态是指存储阵列需要不停的刷新来包管数据不丢失； 随机是指数据不是线 性依次存储，而是自由指定地点进行数据读写。JTAG: JTAG是英文“ Joi nt Tst Actio n Group （联合测试行为组织）”的词头字母的 简写，该组织创建于 1985 年，是由几家主要的电子制造商提倡制订的 PCB 和 IC 测试尺度。JTAG发起于1990年被IEEE批准为IEEE1149.1-1990测试访问端口 和界限扫描结构尺度。 该尺度划定了进行界限扫描所需要的硬件和软件。 自从 1990 年批准后， IEEE 分别于 1993 年和1995 年对该尺度作了增补， 形成了现在使用的 IEEE1149.1a-1993 和 IEEE1149.1b-1994。 JTAG 主要应用于: 电路的界限扫描测试 和可编程芯片的在线系统编程。CAN 口为一种总线接口模式，以太网口为 at91rm9200 与网络通信的接口CAN 总线的特点CAN总线属于现场总线领域。它是一种有效支持漫衍式控制或实时控制的串行通信 网络，称为控制器局域网现场总线。CAN网络原本是德国Bosch公司为欧洲汽车市 场合开发的。CAN推出之初是用于汽车内部丈量和执行部件之间的数据通信。例如 汽车刹车防抱死系统、 宁静气囊等。 对机动车辆总线和对现场总线的需求有许多相 似之处，即能够以较低的本钱、 较高的实时处置惩罚能力在强电磁滋扰情况下可靠 地事情。因此CAN总线可遍及应用于离散控制领域中的历程检测和控制，特别是产业自动化的底层监控，以解决控制与测试之间的可靠性问题 12 。CAN总线有如下根本特点： CAN协议破除了传统的站地点编码，接纳数据通信数据块进行编程，可以多主方 法事情。 CAN接纳非破坏性仲裁技能，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的 节点主动停止数据发送， 而优先级高的节点可不受影响地继承传输数据， 有效制止 了总线辩论。 CAN接纳短帧结构，每一帧的 有效字节为8个（CAN技能范例），数据传输时间 短，受滋扰的概率低，重新发送的时间短。 CAN的每帧数据都有CRC效验及其他检错步伐，包管了数据传输的高可靠性，适 于在高滋扰情况中使用。 CAN节点在错误严重的情况下，具有自动封闭总线的功效，切断它与总线的联系， 以使总线上其它操纵不受影响。 CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播会合方法传送和担当数据 CAN总线直接通讯距离最远可达 10km/5Kbps,通讯速率最高可达1Mbps/40m节 点数可达 110个，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。 接纳不归零码编码 /解码方法，并接纳位填充（插入）技能。 CAN总线通信接口中集成了 CAN协议的物理层和数据链路层功效，可完成对通信 数据的成帧处置惩罚，包罗位填充、数据块编码、循环冗余查验、优先级别判别等 项事情13 。4.3.1 CAN 总线的系统组成从原理和实现的角度，只要有两个CAN节点和将他们连接成一体的通信媒体就可以 组成一个CAN总线系统，这两个节点之间通过媒体互换信息， 而由CAN总线组成的 控制网络的结构一般是由控制器节点、 传感器节点、执行器节点以及其他的监控节 点如人机界面组成，CAN作为控制局域网还可以通过网关和其他网如以太网互联组 成大型庞大的控制网络结构。用 CAN总线系统组成的网络，从控制的角度来看，最 小的控制系统是一个单回路的简朴闭环控制系统一由一个控制器，一个传感器和一个执行器组成；以CAN总线为底子的网络控制系统也可以由多个互不相关的控制回 路组成15，而他们共享一个控制网络一一CAN总线。控制系统如图所示。从现场 总线控制系统的看法来说，传感器节点、执行器节点都可以结成控制器，即所谓的智能节点，这样就形成了真正漫衍式的网络控制统。图4.2 CAN总线控制系统的结构4.3.2总线访问及仲裁技能CAN总线使用的是一种叫做“载波监测，多主掌控/辩论制止”（CSMA/CA）的 通信模式。载波监测的意思是指在总线上的每个节点在发送信息报文前都必须监测 到总线上有一段时间的空闲状态。一旦在此空闲众泰被监测到，那么每个节点都有 均等时机来发送报文，这被称为多主掌握。辩论制止是指在两个以上节点同时发送 信息时，节点自己首先会检测到出现辩论， 然后接纳相应的步伐来解决这一辩论情 况。此时优先级高的报文先到达，低优先级的报文发送会暂停。在CAN总线协议中是通过一种非破坏性的仲裁方法来实现辩论检测的。这就意味着当总线出现发送 辩论时，通过仲裁后原发送信息不会收到任何影响。所有的仲裁判别都不会破坏优先级高的报文信息内容，也不会对其发送产生任何的延时当总线空闲时呈隐性电平，此时任何一个节点都可以向总线发送一个显性电平 作为一个帧的开始。如果有两个或两个以上的节点同时发送，就会产生竞争。CAN总线解决竞争的要领和以太网的 CSMA/CD要领比力类似，并且 CAN做了革新， 是按位对标识符进行仲裁。各发送节点在向总线发送电平的同时， 也对总线上的电 平进行读取，并与自身发送的电平进行比力。如果电平相同则继承发送下一位，差 别则停止发送，退出总线竞争。剩余的节点则继承上述历程，知道总线上只剩下一 个节点发送的电平，总线竞争结束，优先级最高的节点得到了总线的使用权。CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在 11位标识符中（扩展 帧是29位标识符），具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦 在系统设计中被确定后就不能再被变动。这种非破坏性位仲裁要领的有点在于，在 网络最终确定哪一个站的报文被发送以前，报文的起始部分已经在网络上传送了。 所有未得到总线读取权的站都成为具有最高优先权报文的吸收站，并且不会在总线再次空闲前发送报文。不外，上述的仲裁要领也存在一些不敷和局限性硬件平台搭建充电站内，办事器存储和处置惩罚的数据量大， 运行时间长并且要求系统响应时间 短，因此对系统硬件平台的性能要求很高。别的，硬件平台需接纳国际盘算机市场 上的主流产物，切合盘算机财产的生长偏向，适应电力产业的应用情况。参考配置 见表1。设备名称型号规格数量机箱塔式 IBM system X3500M2，内部集成显卡及两个自符合千兆以太网口1个CPU和内存英特尔至强四核X5570 2.93GHZ.8M缓存；内存4G1个硬盘1个表1软件设计办事器存储和治理充电站内的种种海量数据信息， 数据之间逻辑干系庞大。站 内的事情站需要办事器快速响应种种请求并提供数据办事， 远程客户端通过浏览器可以访问办事器上的数据。因此需要开发针对充电站的数据治理系统和 web办事步伐。凭据办事器实现的功效,整个软件系统接纳架构如图4.3所示。充电站数据管理系服务系统统整个软件系统接纳分层和模块化结构， 便于系统维护和软件升级，提高办事器 的可扩展性。系统通过相应的软件实现办事器的硬件平台治理、数据存储、数据治 理和远程访问功效。操纵系统治理办事器硬件，提高硬件平台的运行效率和稳定性， 为上层软件提供运行平台，方便办事器软件功效的扩展，提供数据的宁静掩护和办 事器用户权限治理。办事器存储的数据量大，数据之间逻辑联系紧密。与文件系统 相比，数据库能够提高充电站内信息在硬件设备上的高效存储，提信息据查询、修 改等操纵的效率和宁静性。数据库为应用步伐提供大量接口，方便系统的二次开发。 别的，数据库还提供用户权限治理，为办事器上数据提供二次掩护，提高办事器数 据的宁静性。充电站数据治理系统卖力上层软件与当地数据库的通信，响应上层软件查询、存储、修改数据库中数据的请求并提供相应的办事。提供办事器的用户权 限治理，治理充电站内的通信协议。充电站提供远程监控功效，远程客户端通过办 事器实现远程访问，客户端用户只需安装ie6或ie7浏览器，输入充电站办事器的 网址，验证身份后登录、查询和操纵权限内的数据。办事步伐提供数据的图形显示 方法，可以输出和打印报表。5监控系统的焦点功效实现(1) 充电机控制器的软件流程设计控制器作为监控系统的中枢来控制充电器的运行，即接纳何种方法充电(恒流限压、恒压限流和衰减充电等)、启动和停机等，实现智能化充电治理， 由收罗电路对电压和电流进行实时收罗， 凭据采样值和相关的控制算法得出 相应的控制量，由检测回路检测收罗的电压和电流， 在凭据控制量的巨细和 相应的控制计谋得到对应的控制信号， 从而对充电机充电进行智能控制。 别 的，还要将充电机相关信息通过 CAN通讯的方法上传至监控的 PC机上；同时还要担当电池治理系统的数据，控制器的主要功效的软件流程如图所示图5.1软件流程图(2) 通讯步伐设计通讯接口在开始运行之前，必须先进行初始化，然后at91rm9200以一定的时间隔断通过总线检测电池治理系统发送的数据，然后在通过CAN总线与监控PC机进行数据互换，主步伐框图如下:图5.2通讯步伐(3) CAN通讯步伐设计CAN通讯软件设计主要包罗3大部分：CAN节点初始化、报文发送和报文担 当。报文的担当主要接纳两种方法：中断和查询担当方法，本系统为了提高 通讯的实时性、防备担当缓冲器的益出接纳中断的担当方法，其流程比力简 朴,这里不再多做论述。该系统主要包罗主步伐和 CAN通讯流程。其中CAN通讯流程和充电机监控系统的相同，主流程图如图所示。循环在完成这些操纵后，最后还要完成的是与 系统以外设备的通讯。治理信息系统的设计与实现该系统主要以Visual Studio及C#语言为前台开发东西，Access2007为背景 数据库，ADO技能为二者的数据接口， C#是一种功效强大的可视编程语言，为 开发基于Microsoft Windows应用步伐提供了最迅速、最简朴的要领。Access是微软公司 Office 软件包中的干系型数据库，具有灵活、界面友好、 易于学习和操 纵等特点，是开发小型数据库应用系统的理想东西，可以独立开发数据库系统， 也可以作为背景数据库的理想东西， 可以独立开发数据库系统， 也可以作为背景 数据库与C#等高级语言结合使用。ADO是当前数据库访问的一种主流技能，可 以通过 ADO.NET 组件方便的进行数据的入库与出库操纵。创建一个名为 EVCS.mdbd 数据库，可以在数据库上设置密码，要求用户访 问时输入密码，以保障数据库或其中的东西的宁静性。 该数据库包罗用户登记表、 充电机根本信息表、电池表和烟感报警信息表等。通过在 ACCESS 中创建好表 之后，并通过要害字创建各个表之间的联系， 就可以完成对数据表的查询、 修改， 通过对这些数据进行阐发处置惩罚、打印报表。运行界面是系统与用户之间的接口， 是用户与盘算机信息系统之间通报、 互 换信息的媒介， 也是控制和选择信息输入输出的主要途径， 其设计应对峙界面直 观友好、操纵简朴、能够自行引导用户进行系统操纵等原则。为包管充电站内相关信息的宁静， 必须设计登录界面， 只有输入正确的口令 后才可以进入系统主界面， 系统主界面将所有的信息汇总显示， 点击任一个菜单 便可进入相应的字步伐。6 总结本设计从实际出发， 考虑到生活和产业生产中的种种因素的存在，在设计历 程中把可靠性作为第一位， 同时也考虑到了运行的经济性等因素， 公道的选择运行 方法及种种元器件，力求使设计方案到达优化组合的要求。另外，在设计历程中， 尽量接纳了一些外洋的先进思想和技能。随着海内电动汽车示范运行的大范围开展以及电动汽车财产化的推进， 还需在 以下几个方面对电动汽车充电站监控系统进行深入研究：1）研究和制订电动汽车充电站监控系统功效范例，研究和制订充电站监控系 统与充电机、充电桩、电池维护设备等的通讯协议。别的，随着具备电池调换功效 的电动汽车充电站逐渐增多，特定区域内电动汽车充电站间的数据互换随之增多， 范例电动汽车充电站监控系统之间数据互换尺度也需进行研究。2）研究电动汽车充电站与颠簸性电源一体化集成控制技能，实现电动汽车充 电站充电设备起停、 充电功率调治与充电站可用输入功率的自动化和智能化协调控 制。3）随着电动汽车商业化示范运行的增多，需要在现有的电动汽车充电站监控 系统之上进一步开发支撑充电站商业化运营的充电站综合运营治理系统。附录A:登录(输入用户名，密码；如果与已知的数据库匹配，贝V登录乐成；如果没有此用户大概说密码错误，则弹出相 应的对话框。)private void btnland_click(object sender, EventArgs e)if (this.tbUserName.Text.ToString() = |this.tbPassword.Text.ToString() = )MessageBox.Show(this, 用户名和密码不能为空 , 系统提示 ,MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);return;string userid = this.tbUserName.Text.ToString();string password = this.tbPassword.Text.ToString();string SQLconnStr =server=OXKBDYF5CYJXRYP;database=vsshow;User Id=sa;Password=inis;SqlConnection cn = new SqlConnection(SQLconnStr);SqlCommand cmd = new SqlCommand(select * from userlogin whereuserID= + userid + , cn);SqlDataAdapter da = new SqlDataAdapter(cmd);DataSet ds = new DataSet();cn.Open(); /连接da.Fill(ds); / 重载此成员 在 DataSet 中添加或刷新行。if (ds.Tables0.Rows.Count = 0)MessageBox.Show(this, 用户名不存在，请重新输入用户名！ , 系统提示 , MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);/账号与密码不符，请确认账号与密码是否输入正确！ this.tbPassword.Text = ; this.tbUserName.Text = ; return;elseif (ds.Tables0.Rows0pwd.ToString() != this.tbPassword.Text) MessageBox.Show(this, 密码错误，请重新输入密码！ , 系 统提示, MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);this.tbPassword.Text = ;return;MessageBox.Show(this, 登 岸 乐 成 ！ , 系 统 提 示 , MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);/this.Hide();/Frame frame = new Frame();/frame.Show();曲词用饶J行1列1011Ins附录B:用户注册：（在VS中使用ADO.net的相关类，输入用户名后，对 sql 进行查询，如果存在这个用户名，则重设用户名；如果前后两次输入密码不一致，则重新输入；限制条件都切合后，则在ADO.net类中编写insert语句插入数据行。)private void btnloginover_click(object sender, EventArgs e)string userid = this.tbloginuserid.Text.ToString();string password1 = this.tbloginpsw1.Text.ToString();string password2 = this.tbloginpsw2.Text.ToString();stringSQLconnStr=server=OXKBDYF5CYJXRYP;database=vsshow;User Id=sa;Password=inis;SqlConnection cn = new SqlConnection(SQLconnStr);SqlCommand cmd = new SqlCommand(select * from userlogin where userID= + userid + , cn);SqlDataAdapter da = new SqlDataAdapter(cmd);DataSet ds = new DataSet();cn.Open(); /连接da.Fill(ds); / 重载此成员 在 DataSet 中添加或刷新行。if (ds.Tables0.Rows.Count != 0)MessageBox.Show(this, 用户名已存在，请重新输入用户名！ , 系统提示 , MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);this.tbloginuserid.Text = this.tbloginpsw1.Text = ;this.tbloginpsw2.Text = ; return;elseif (password1!=password2)MessageBox.Show(this, 两次输入密码不一致， 请再次输入！ , 系统提示 , MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);this.tbloginpsw1.Text = ;this.tbloginpsw2.Text = ;return;elsecmd = new SqlCommand(insert into userlogin values ( + userid + , + password2 + ), cn);da = new SqlDataAdapter(cmd);da.Fill(ds); /重载此成员 在 DataSet 中添加或刷新行。 MessageBox.Show(this, 注 册 乐 成 ！ , 系 统 提 示 , MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);gblogin.Visible = false;return;昵田网 erde系纸探示注册成功?附录C:重拾密码块private void btnpswretake_Click(object sender, EventArgs e) string userid = this.tbretakeuser.Text.ToString(); string password;string SQLconnStr =server=OXKBDYF5CYJXRYP;database=vsshow;User Id=sa;Password=inis;SqlConnection cn = new SqlConnection(SQLconnStr);SqlCommand cmd = new SqlCommand(select * from userlogin whereuserID= + userid + , cn);SqlDataAdapter da = new SqlDataAdapter(cmd);DataSet ds = new DataSet();cn.Open(); /连接da.Fill(ds); / 重载此成员 在 DataSet 中添加或刷新行。if (ds.Tables0.Rows.Count = 0)MessageBox.Show(this, 用户名不存在，请重新输入用户名！ , 系统提示 , MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Inform