【摘要】為解決小區電動車充電難，不安全、不方便等問題，本文提出了一種基于無線傳感網絡技術的電動車充電系統。系統通過傳感器采集數據，集成充電樁上傳的數據信息，并整合付費Ic卡數據后，接入ziee網絡，進而把充電樁統一管理起來，以此監控刷卡消費和電動車電量使用情況，實現對小區充電樁及充值卡的集中管理，讓小區電動車充電系統智能化。

【關鍵詞】傳感器；ZigBee；充電系統；電動車

1引言

      現今電動車因環保、便捷、經濟等特性在小區居民中使用十分廣泛，可隨之也出現了一些問題。目前小區居民深感電動車充電不方便、不安全、費用繳納明細不清晰，一些小區雖然安裝了充電樁，但是站點有限，管理不太方便且成本比較高。除此以外，小區內電動車大多要求在停車棚統一充電，采用刷卡或投幣消費，在支付方式上存在著一定的局限和落后。因充電設備之間未聯網，用戶無法對卡余額實時查詢管理，因此電動車充電設施的建設和完善越來越重要，在這種需求下，本文提出了一種基于無線傳感網絡技術的電動車智能充電系統。

2需求分析

2．1功能需求分析

       (1)需要對充電設備及電動車運行情況進行實時檢測監控，充電控制器通過ZigBee接入互聯網，管理員通過系統查看并將信息及時推送反饋給用戶。

       (2)系統提供信息查詢，充電管控等功能，通過互聯網平臺，收集充電樁上傳的數據信息，把充電樁統一管理起來。

       (3)系統要具有安全防護功能來保護充電樁設備，可通過實時檢測內部溫度傳感器節點上傳數據的信息，一旦充電樁運行時遇到異常情況自發采取相應防護措施并立即通知車主。

       (4)充電時能夠定時充電，充滿自動斷電，有效保護電動車電池壽命，防止因電動車充電造成的火災。

       (5)在智能充電樁終端內嵌入安全芯片，“一終端一密鑰”，電動車用戶在使用Ic卡付費的過程中，個人信息將會得到加密處理。

       (6)系統要實現與微xin對接，用戶在微xin可查看消費記錄，充電時也可在線支付，遠程操控充電。

2.2性能需求分析

(1)即時性：

      系統對電動車的定位、信息獲取都應保證數據傳輸和服務的實時性，時間對客戶端顯示界面進行刷新，為用戶提供實時性的服務。

(2)準確性：

      系統充電信息、電動車用戶消費充值信息顯示、緩存等流程或功能上均應保證信息的準確性。

(3)安全性：

       在系統的數據傳輸過程中應進行信息的校驗和加密防止信息泄露，系統集成時應對代碼進行加密防止知識產權流失。

(4)快速性：

        啟動速度、界面切換速度、與服務器交互的網絡速度都要做到盡可能的快。

3相關技術

3．1技術應用背景介紹

      隨著互聯網移動支付興起與無線傳感器網絡技術發展，可通過zig—bee網絡，把充電設備接入互聯網，并將電動車充電系統與移動支付結合。本文設想利用傳感器，對充電樁實時監控，通過該系統能夠有效管理小區內電動車的充電，具有定時充電，手機支付，充滿自動斷電，隨時監控充電狀態等優點，讓小區電動車充電變得智能化、人性化。

3．2無線傳感網絡

       Zigbee網絡由一個協調器，多個路由器，多個終端設備。ZigBee技術是一種近距離、低功耗、低成本的雙向無線網絡技術，可嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。本系統采用ZigBee無線傳感網絡主要為搭建充電樁本地的無線局域網絡，實現局域網絡的短距離無線通信。

3．3二維碼

      用戶可以通過掃描充電點二維碼來充值繳費，每個充電點的二維碼都是獨立的，用戶使用前掃描二維碼確定機器號后，付款購買充電時長成功后便可以使用該充電點充電。

4系統開發與設計

4．1系統總體設計

      本系統將通過布置在充電樁周圍的ZigBee網絡采集數據，把集成與智能傳感器裝入充電樁中，每一個充電樁作為無線傳感網絡中的終端節點；安置一個無線通信設備，對充電樁狀態參數采集，每個電動車設有獨立的ID標識，傳感器可感知電動車；通過擴展多種傳感器，設計了充電樁自身的保護功能；通過充電用戶與充電樁的交互來實現用戶的身份識別功能，余額識別功能；電動車成了物聯網一部分，系統可對充電設備及電動車運行情況實時檢測監控。

4．2功能模塊設計

4．2．1信息管理模塊

(1)用戶信息管理：

       包括用戶基本信息，用戶消費充值信息用戶信息修改查詢等；

(2)充電樁管理：

       包括充電樁工作狀態信息，充電樁消費歷史記錄，信息采集后經系統處理存儲到數據庫中以供查詢。

(3)充值卡管理：

        包括建立充值卡人員檔案信息；充值卡操作，提供充值卡開戶、銷戶、掛失、補卡等操作；充值卡充值，讀取充值卡信息，充值前，驗證充值卡狀態是否正確。

4．2．2充電模塊

       用戶使用微xin小程序掃描插座上的二維碼獲得接入充電插座的ID，通過網絡獲取當前接入位置的充電服務，選擇充電時間或金額，微xin支付完成充電命令經無線網絡發送給服務器，即可充電。

4．2．3界面顯示模塊

       界面顯示模塊是人機交互接口，在本系統中有登錄窗口、主界面窗口、開戶／銷戶／充值窗口、用戶個人信息查詢窗口、充值／消費記錄查詢窗口等

4．2．4微xin接口模塊

      (1)智能充電樁具備地圖應用功能，可以通過地圖查詢小區充電樁的位置信息。

      (2)通過微xin顯示智能充電樁的各種狀態如空閑、故障、正在使用、己預約等。

      (3)系統具有充電結算功能，通過賬戶和微xin賬戶等綁定，可定額、定量、定時等。

      (4)實現對智能充電裝置的設置和控制，包括開始充電、取消預約、停止充電等。

      (5)用戶可在微xin上查詢個人信息，消費充值記錄，充電數據詳情(次數、累計)。

5后臺數據庫設計

       數據庫的設計過程是在給定的DBMS中表達用戶的需求，并將其轉換為有效的數據庫結構，構成較好的數據庫模式的過程。本系統數據庫設計分為數據庫概念設計和數據庫邏輯設計兩部分。

5．1數據庫概念設計

       數據庫概念設計是將需求分析階段得到的用戶需求和數據需求抽象為開發人員和用戶能夠理解的概念模型的過程。本系統中包含的實體主要有充電樁、電動車、用戶、管理員、消費記錄、充值記錄六個。各實體問的聯xi如下：充電樁由管理員管理和用戶使用，電動車屬于用戶，消費記錄和充值記錄由用戶查看和管理員查看管理，用戶和充電樁之間通過刷卡掃碼等方式建立聯xi，電動車和充電樁之間通過充電活動建立聯xi。

5．2數據庫邏輯設計

       數據庫邏輯設計是利用轉換規則將概念數據模型轉換為初始關系模式集，然后利用關系規范化理論對關系模式進行優化。本系統中，各個實體表包括各個實體的關鍵字和屬性。用戶或管理員與消費記錄為一對多聯xi，用戶或管理員與充值記錄為一對多聯xi，用戶與電動車為一對多聯xi，管理員與充電樁為一對多聯xi，用戶與充電樁為多對多聯xi，充電樁與電動車為多對多聯xi。充電表為充電樁和電動車的中間表，主鍵由充電樁和電動車的主鍵組合構成。關系表中的每一個分量都不可分，所有的非主屬性*依賴于其主關鍵字，且表中任意非主屬性都不傳遞依賴于主關鍵字。因此，該數據庫設計滿足3NF。

6安科瑞電動自行車充電樁系統

6.1系統概述

      安科瑞電動自行車充電樁通過GPRS模塊與云端進行通信和數據交互。系統能夠對電動自行車充電樁的日常狀態、充電過程進行監控；實現充電支付對接：支持投幣、刷卡、微xin支付等多種支付方式，保證支付交易過程的完整性，對充電過程中的異常情況進行有效預警；實現對下游站級平臺的清算、對賬功能。平臺可對接消防物聯網平臺、小程序等，提供相關異常數據，實現電動車充電安全管理的網絡化、可視化。

6.2 平臺功能

①　安全預警

  對平臺連接的所有充電樁狀態進行監視，充電樁發生異常情況時可通過APP、短信及時向運營人員發出信號，及時消除火災隱患。

②　交易結算管理

   平臺為運營方提供充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表等，支持投幣、刷卡和掃碼充電。

③　充電服務

   可通過軟件搜索附近充電樁，并查看充電樁狀態，并導航至可用充電樁。可通過在線自助支付實現充電。

④　運營分析

  對訂單進行數據化分析，通過柱狀圖、報表方式直觀展示數據，并支持和第三方平臺對接。

⑤　微xin小程序

  可通過微xin小程序掃碼充電，充電賬單支付。運營商和物業管理人員均可通過小程序管理，監測充電樁狀態和充電交易情況。

6.3 產品選型

7安科瑞汽車充電樁收費系統

7.1平臺概述

      安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；用戶通過微xin小程序掃描二維碼進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。

充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基于TCP/IP的數據交互協議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括財務管理、變壓器監控和運營分析等功能。

7.2主要功能

①登錄

按不同角色和賬戶登錄

②實時監控

☆地圖查詢

地圖查詢站點信息

☆充電站監控

可以按站點名稱進行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統計訂單信息、故障記錄

       1、可以按充電槍編號、狀態、功率篩選充電槍列表

        2、點擊某個充電槍編號后在進入充電槍監控頁面

        3、可以批量遠程設置充電槍的限制功率。

③交易管理

      交易管理包括賬戶交易、訂單管理、交易記錄、財務報表等功能

④故障管理

      故障管理包括故障記錄、故障處理、故障確認、故障分析等功能

⑤微xin小程序

     微xin小程序可以通過掃描二維碼和微xin文字搜索找到，點擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

授權登錄

主界面

7.3 產品選型

8結束語

      本文在已有的電動車智能充電裝置和系統的基礎上，對小區電動車智能充電系統進行數據需求分析和功能需求分析，設計了系統概念數據模型和邏輯數據模型，利用MySQL完成了系統數據庫的創建；用物聯網技術(Zigbee網絡、互聯網技術、傳感器技術、數據通信技術等)完成系統的詳細設計。完善已有系統的不足，強化數據加密部分，保障充電樁安全、有效運行，注重人機交互，使用戶可以自行鑒權，實現充電樁智能化。

參考文獻：

[1]張海藩，牟永敏．軟件工程導論(第6版)[M]．清華大學出版社，2013

[2]瞿雷，劉盛德，胡成斌．zigBee技術及應用[M]．中國：北京航空航天大學出版社，2007．

[3]胡勇，劉奇峰．基于webGIS的分布式電動汽車充電樁運營管理系統設計與實現[J]電力建設，2014，35(1)：98—103．

[4] 支賀娜，趙明倩  小區電動車智能充電系統開發與設計 

[5] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019.11版