导言
近年来，寻觅可再生清洁动力成为人们研讨的焦点，电动汽车的运用也是其间一个重要方面。之前的电动汽车充电站多为电力体系直接供电，本文选用光伏这一新动力对其供电，既节约动力，又为未来智能电网的建造奠定根底。为确保未来高速公路上电动汽车光伏储能充电站的安全和智能运转，需求树立起完善的光伏储能电动汽车充电站监控体系。
嵌入式技能经过近些年的开展，现已在各个范畴得到广泛的运用。尤其是网络技能的快速开展，为以数据收集、信息处理、长途传输和终端监控为中心的实时智能监控体系的开发供给了强壮的技能确保。传统的监控体系都是选用有线办法将监测数据传送到长途监控中心，布线困难，消耗人力、物力及财力。本文规划了依据ZigBee和4G移动网络的电动汽车光伏储能充电站的在线监控体系。
ZigBee技能的特点是：通讯间隔近、功耗低、传输速率较低、节点本钱低、协议杂乱度低而且能够自组网，在无线定位和数据传输等范畴有显着优势。
1 光伏储能及电动汽车充电站监控体系
1.1 光伏储能充电站全体结构
参考文献介绍的光伏储能电动汽车充电站是光伏与电网和谐合作对电动汽车进行充电。电站在运用清洁动力对电动汽车充电的根底上，可与电网和谐、合作，完结“削峰填谷”的效果，契合智能电网的要求。本体系是依据参考文献优化后的光伏并网运转的充电站规划，全体结构如图1所示。
1.2 充电站监控体系的全体规划
体系网络选用分布式布置办法，即在充电站内树立站内操控中心，经过ZigBee将相关数据传递给监控中心，由监控中心统一办理、发布。
光伏储能电动汽车充电站监控体系的网络结构分为三层，结构图如图2所示。
第一层为长途监控中心，包含数据服务器、Web服务器和监控主机等设备;第二层为监控作业站，包含数据处理和数据传输模块;第三层是充电站的各监控终端子体系，包含配电监控、充电监控、烟雾监督、温湿度监测和视频监督等监控子体系。视频监控子体系直接与监控作业站相连，其他的子体系均选用ZigBee的办法间接地与作业站衔接。监控作业站将收集到的数据处理后，运用移动无线网络将数据传输到中心监控办理体系，完结对整个充电站的数据汇总、计算、毛病显现和监控。
1.3 监控体系的功用
充电监控体系由一台或多台作业站或服务器组成，当充电站的规划较小、充电机数量不多时，选用单台监控作业站即可满意监控要求;当充电站的规划较大、充电机数量较多时，能够选用两台或两台以上监控作业站。
充电监控功用是整个充电站监控体系的中心功用，监控体系监控一切充电机的运转数据、毛病报警信号，以及一切充电电池组的单体电池电压和温度，并供给充电机长途操控功用，设置运转参数、参数编号及充%&&&&&%量等数据;一起监控开关机，修正电池办理体系，确保充电站正常运转。
2 监控体系的硬件规划
2.1 监控作业站的硬件规划
主控模块选用FS4412中心板，首要由CPU(EXYNOS4412)、内存(4个DDR3，每个256 MB)、EMMC、PMU(TPS65910A3，电源办理芯片)及其他外围电路组成。
Samsung公司研制的嵌入式微处理器EXYNOS4412是一款依据ARMv7指令集的Cortex—A9核的4核32位RISC微操控器，主频最高支撑1.4 GHz。
EXYNOS4412芯片包含许多强壮的硬件编解码功用，内建MFC，支撑MPEG-1/2/4、H.263及H.264等格局视频的编解码，支撑模仿/数字TV输出。该处理器具有功耗低、实时性快、性价比高级长处，特别适用于对本钱要求低、处理速度快的运用范畴，如工业操控职业，电子、通讯、医疗机械、多媒体、安全消防、车载电子、金融职业、消费类电子、手持终端、显现操控器、多媒体教育等范畴。监控作业站体系硬件结构图如图3所示。
2. 2 数据收集模块的硬件规划
数据收集模块在硬件结构上分为三部分，别离为传感器模块、数据处理发送模块和电源模块。其间，数据处理发送模块是数据收集模块的中心，包含了处理器和无线发射器。现在的数据处理发送模块规划首要分为两类，一种是将处理器芯片与无线发射芯片分隔规划，另一种是将两者集成在一个芯片上。
将处理器芯片和无线发射芯片分隔的规划办法的优势在于，能够选用更为专业的处理器芯片，芯片的功用比较强壮，完结的功用比较多，可是这种规划办法会构成功耗和制作本钱的增加，而且整个电路及其布线较为杂乱。
针对第一种规划带来的负面影响，本体系挑选TI公司为ZigBee协议量身定做的CC2530芯片作为处理发送模块，集成契合2.4 GHz IEEE802.15.4的无线收发器。它能够以很低的本钱树立功用和规划强壮的网络节点。CC2530具有优秀的RF收发功用，内置了规范的增强型8051 CPU，体系内具有可编程闪存与8 KB RAM。
CC2530芯片具有不同的休眠运转形式，使得它合适具有超低功耗要求的体系。TI公司调配CC2530系列芯片，发布了ZigBee协议栈——Z-Stack协议栈，运用CC2530芯片与Z-St ack协议栈能够树立强壮和完好的ZigBee体系。
2.3 无线通讯模块
无线通讯模块以中兴公司的ME3760芯片为中心规划，该芯片支撑4G TDD-LTE/FDD-LTE网络、全频段，适用于TDD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA HSPA三种根本网络。经过EXYNOS 4412的UART0(RXD0)、UART0(TXD0)别离与EM3760 TXD1、RXD1相连，经过串口AT指令完结对EM3760数据通讯。在数据传输速度的进步、音频信号的传输以及多媒体事务的扩展上和前三代有所不同。4G无线网络在不同的环境具有不同的数据传输速率，在室内、室外和动态的环境中能够别离支撑下行100Mbps、上行50 Mbps的传输速率。
3 体系软件的规划
光伏充电站实时监控体系的软件规划选用C/S形式，以EXYNOS4412渠道作为客户机，以PC上位机监测中心作为服务器。客户机的首要使命是把实时收集的数据经过无线网络发送到Internet上，服务器的使命是从Internet上接纳所监测到的数据并存储到数据库。
3.1 体系移植
3.1.1 环境建立
本文以PC机为宿主机，在Win7体系上装置虚拟机软件模仿计算机，并装有Ubuntu12操作体系。本文选用的穿插编译器为arm-linux-gcc-4.6.4，将压缩包解压到装置目录下，指令行输入“#tar-xvf Arm-linux-gcc-4.6.4.tgz-c/指令”后完结解压;再把编译器途径参加体系环境变量，履行指令“#vim～/.bashrc修正～/.bashrc文件”，在最终一行增加“export PATH=(编译器的装置目录)/bin：$PATH”，这样虚拟机上就装置好了穿插编译环境。
开发时运用宿主机上的穿插编译、汇编及链接东西构成可履行的二进制代码，然后经过串口运用Windows上的超级终端软件把可履行文件下载到方针板上运转。
3.1.2 Bootloader的移植
Bootloadm‘以其自身的意义来讲便是下载和发动体系，它类似于PC中的BIOS(根本输入输出体系)，运用Uboot作为引导加载程序。首要，挑选Uboot的版别，本文挑选的是最新的支撑运用的CPU版别，CPU是EXYNOS4412，Uboot-2013.01.tar.gz版别是支撑比较完善的，具有BOARD功用的类型。挑选好版别后到官网下载源码，然后解压缩，最终装备编译源码(尽量少改代码，先确保最根本的编译经过、能运转)。详细过程如下：
①修正Makefile，改成上面装置的穿插编译东西链;
②运用官网上现已发布的和本体系开发板最接近的board装备，编译运转。
3.1.3 内核移植
方针板选用的内核版别是Linux-3.14，解压后进入源码的顶层目录，详细的过程：
①修正Makefile，指定穿插编译东西链;
②导入装备，挑选最接近本体系板子的官方装备，履行指令#Make exynos_defconfig;
③输入指令#make menuconfig进入内核装备界面，完结对串口、SD卡、CMOS摄像头和USB无线上网卡等多项驱动的装备，并对YAFF2S根文件体系进行装备，装备完结后在主菜单挑选
④输入指令make uImage开端编译内核，编译完结后会在arch/arm/boot目录下生成内核镜像文件uImage;
⑤编译设备树，履行指令#make dtbs。
最终将编译好的内核和设备树文件下载到板子上运转。
3.2 ZigBee模块的软件规划
TI公司为CC2530芯片调配了Z—Stack协议栈，用户运用这款芯片能够很简单地开发自己的运用程序。Z—Stack协议栈运用了名叫OSAL的操作体系来对协议栈中的进程进行调度，不需求了解这个操作体系的细节，只需求调用体系供给的API接口来开发程序，就好像开发Windows运用程序相同。
Z—Stack由主函数main()函数开端履行，首要完结两项作业：一是体系初始化，二是进行轮询操作。时刻查询流程图如图4所示。
服务器运用socket()函数创立一个套接字，然后用bind()函数将套接字与本地地址和端口号进行绑定;绑定成功后，客户端依据服务器域名获取服务器的IP地址，然后运用socket()创立套接字;客户端调用sendto()函数向服务器发送服务恳求报文，调用recvfrom()函数等候并接纳服务器的应对报文;两边经过socket套接字进行数据的发送与接纳，完结Cortex—A9渠道与PC上位机之间通讯。
其他的检测信息和操控指令选用依据衔接的、牢靠的TCP/IP协议进行传输。
结语
规划了一个依据嵌入式Linux的光伏电动汽车充电站的监控体系，以嵌入式微处理器EXYNOS4412为中心，结合ZigBee模块和4G无线网络模块，完结与底层传感器和上位机的通讯。
在本体系中运用了设备树办法编写驱动，简化了代码。经测验，该体系具有功用安稳、实时性好、牢靠性高级长处，可广泛运用在我国高速公路网中的光伏储能电动汽车充电站中，以处理监测中的问题。
