导言
跟着国家对新能源技能的大力扶持，电动轿车逐步成为国家在新能源轿车工业大力发展的方针，而电动轿车充电站、快速充电机是电动轿车大规模化后不可或缺的服务基础设施之一。很多散布于各住宅小区、停车场的电动轿车用非车载智能快速充电机，完成高效、安全、智能化的办理必定成为干流。针对现在快速充电机群实施无人值守的运转状况，这就要求快速充电机须具有较高的牢靠性和自动化程度，功用愈加完善，可长途保护等功用。
这样，使得散布式、模块化、智能化成为快速充电机的发展方向，而高性能、低成本的充电机监控终端是其间的要害技能。为办理区域多台充电机的资源优化使用与办理的智能化，监控终端与Internet网的交互成为一种必定。
1 监控网络的全体计划
如图1的充电机的监控网络结构图所示，监控终端作为充电机与监控中心之间的一个重要网关。其有用的通讯链路有：监控中心-监控终端;监控终端-充电机(或电池办理体系(BMS)、电动轿车等)。
图1 充电机监控网络结构图
经过监控终端作为前言，完成了监控中心与充电机及电动轿车的通讯链路的树立。终端经过CAN网络与充电机、BMS及电动轿车等彼此通讯，收集相关节点的数据信息并存储，并将相关信息反馈给充电机。充电机依据相关信息然后完成电动轿车电池的智能充电。终端与监控中心之间是经过GPRS衔接通讯，终端将充电机、电池、电动轿车等相关数据传回监控中心，监控中心完成对充电机的长途操控和实时监控功用，记载充电机的运转及毛病状况。车主能够由监控中心查询了解当时闲暇的充电机方位，完成资源充分使用。
2 监控终端功用模块
2.1监控终端的总体规划
监控终端是衔接监控中心与充电机的桥梁。其总体规划结构如图2所示，监控终端首要由Cortex-M3内核的STM32ZGT6的中心模块、数据收集模块(CAN网络)、用户计费交互信息模块、数据存储模块、实时时钟模块和GPRS通讯模块6个部分所组成。终端选用Co-tex-M3内核的STM32ZGT6微处理器芯片。该单片机具有丰厚的片上硬件资源，内含CAN 2.0B的操控器，以及多达4个串口，满意终端CAN与GPRS网络接口的需求。
图2 监控终端的结构框图
监控终端的作业流程如下：用户计费模块读取用户信息以及挑选充电形式，经过CAN网络向充电模块发送相应充电指令;一起监控终端读取CAN网络中的要害数据帧如充电机的运转状况等，并将数据保存于NandFlash中。
守时将当时充电用户信息和充电机等运转参数经过GPRS发送到监控中心。监控终端能够依据用户的需求，打印用户的余额或收费凭证等。
2.2 CAN总线模块
为了更好地确保CAN总线牢靠的传输，体系界说了一套通用的使用层的CAN总线协议。首要针对CAN 2.0B协议的报文ID进行了分配及界说。如表1所示。
- 优先级确认
CAN协议规则报文ID越小，其报文的优先级越高。在竞赛总线时，优先级高的报文优先发送，优先级低的退出总线竞赛。CAN总线竞赛的算法功率很高，是一种非破坏性竞赛[3].因CAN协议规则标识符由高至低，前7位不能全为显性位。所以优先级1111b保存，故体系具有15级优先等级。
- 类型码
协议将ID24~ID22规则音讯的类型。
在本体系中，用到的音讯类型首要有：操控、状况、丈量、正告和播送5种类型。依据将类型码的详细分配如表2所示。
- 源地址
协议规则ID12~ID16为源地址，ID17~ID21为方针地址，从而标识报文的各接纳节点与发送节点。5位地址位，保存11111b为播送地址，能够确认31个操控节点，可满意电动轿车充电机的监控需求。在此体系中，界说00000b为监控终端，00001b为充电机节点，00010b为电池办理体系(BMS)节点。
- 分段码
因不同的节点所发送的数据量不同，可能会呈现一个数据帧不能把从底层收集到的数据一次性发送完毕(即超越8个字节的状况)。协议中将ID11~ID4界说为分段码，如表3所示。
在表3中，某节点的数据帧由分段码00H开端，由FFH完毕，最大可支撑发送256×8字节的数据。若该节点只要一帧数据，界说FFH一起也为单帧数据。
例如，BMS节点，包含了电池组总电压、电池组总电流、电池组SoC、电池组各个箱体(9个)的温度以及电池组状况的信息等。每个数据占用2 B.明显一个数据帧是无法发送该节点的悉数信息，故须选用多帧方法发送。
2.3数据发送模块
终端是经过串口外接周建功GPRS模块(ZWG-23A)衔接到互联网。经过GPRS网络上网，衔接到服务器之后，依照通讯协议守时向服务器发送数据。依据《深圳市电动轿车充电体系技能规范》标准文件，协议由报文开始标识、版本号、指令字、报文长度、数据内容、校检码等组成的，其详细格局如表4所示。
(1)开始标识。设为0xFAF5，用于唤醒接纳方预备接纳数据。
(2)报文长度。是由[发送序列号]到[数据内容]的总长度。
(3)校验码。是从[开始标识]到[数据内容]的无进位累加和。
(4)接纳(发送)方类型与地址。监控中心为类型为“事务服务渠道”，其数值为1，其地址为在此类型码下的某一个专一地址;终端的类型为“调度终端”，其数值为255，地址为此类型下的某一个专一地址。
(5)数据内容与指令字：不同的指令字决议该报文所带着的数据的内容的构成及所占用的字节数。
数据内容一般由一个或多个数据方针组合而成，也能够为空。发送方在应对非正常或无应对的状况下，每条数据报文最多重复发6次，每次距离时刻为30 s.数据内容依据指令字的不同其所组成的数据方针也不同，通常状况下，终端与监控中心的通讯包含终端注册、中心应对、终端安排妥当、守时发送4个阶段。部分指令字与对应的数据内容见表5所示。
3 软件规划
3.1 μC/OS-Ⅱ的多使命办理
移植μC/OS-Ⅱ实时操作体系为监控终端的体系渠道，该体系是可掠夺性多使命内核的实时操作体系，具有实时、可裁剪、牢靠和稳定性等长处。μC/OS-Ⅱ的体系资源丰厚，除掉本身的体系使命外，用户能够树立多达56个使命，并供给信号量、音讯邮箱、音讯行列及内存办理等体系级服务，足以满意充电桩的监控终端的体系要求。
为完成监控终端的功用要求，在μC/OS-Ⅱ中规划了以下13个使命：显现使命、键盘查询使命、输入处理使命、打印使命、数据的存储使命、IC卡的读/写使命、GPRS的发送使命、CAN数据的接纳使命、CAN数据的发送使命、GPRS的接纳使命、指令操控使命、报警使命及看门狗的喂狗和反常检测使命。
μC/OS-Ⅱ的多使命的特色，规则每个使命都必须具有不同的优先级。依据使命的相关性、要害性、紧迫性、频频性、实时要求性来确认使命的优先级，既要确保每个使命的相对独立性，又要防止使命调度频频致使体系的功率下降。使命的优先级规划如表6所示。
表1中根本数据包含城市区号、停车场序号、充电桩方位信息、报文发送时刻以及充电机、BMS和用户%&&&&&%卡的相关信息合计209 B.
表中各使命优先级之间保存必定的距离，便利体系今后的改善和晋级。体系设守时钟节拍为10 ms，满意充电桩的实时性要求。μC/OS-Ⅱ体系使用信号量、音讯邮箱和音讯行列三种通讯方法将本体系中的13个使用使命相关在一起，其联系如图3所示。
图3 μC/OS-Ⅱ各使命之间的相相联系图
3.2 ZWG-23A模块的装备
ZWG-23A经过串口与终端链接，它经过移动通讯的GPRS网络链接互联网。因为周建功公司并没有供给依据μC/OS-Ⅱ的DTU装备程序，所以体系中需求自行开发相关的装备程序，其装备DTU的程序流程图如图4所示。
图4 DTU装备程序流程图
假定终端每天与中心衔接注册一次，以每隔30 s的心跳时刻守时向中心发送监控信息，依据表6数据内容字节核算，一台终端一天发送报文所发生的GPRS流量大约为(228×2×60×24 + 294×2 + 100)(128×1 024)=5 MB，以每月30天核算，一年一台终端所发生的GPRS流量为1.7 GB.选用2 GB的包年流量套餐足以满意终端一年所发生的流量费。
4 结语
本文研讨了电动轿车快速充电机监控网络的结构组成，详细分析了监控终端的通讯网络的CAN与GPRS的通讯使用层协议。其CAN网络协议具有广泛的通用性，GPRS的流量少，可推行到自动化的其他领域中的使用。
