基于GPRS电动汽车充电桩控制系统的分析

基于GPRS电动汽车充电桩控制系统的分析

杨文超

（国网渭南供电公司陕西渭南714000）

摘要：制约电动汽车迅速发展的主要原因是充换电设施的建设问题。基于GPRS电动汽车充电桩控制系统的研究，分析了上位机监控系统与充电桩终端的信息交互方式，同时对系统的架构以及组成进行了介绍。

关键词：GPRS；电动汽车；充电桩；系统

近年来，交通行业的迅速发展，也带动了电动汽车的发展进步，而电动汽车能够正常运行的关键就是电动汽车充电桩。充电桩对于电动汽车的正常运行发挥了不可忽视的作用，充电桩系统具体由三部分组成，分别为上位机监控以及终端硬件、通信网络系统构成，此系统可以借助GPRS网络远程监控电动汽车充电桩。本文就电动汽车充电桩问题提出一些解决对策，希望能够有效促进GPRS电动汽车的有效发展进步。

一、现有充电桩通信方式

现阶段，市场中投入的充电桩多是电动自行车以及电动汽车用以快速充电使用，但是并为大范围的推广应用。目前电动汽车的主要通信方式就是有线以及无线。有线方式包括现场总线、电力线载波以及串行通信接口、有线以太网。无线通信方式包括WI-FI、Zigbee、GSM、GPRS。通用无线业务(GeneralPacketRadioService，)，也就是GPRS，属于分组交换传输数据基础上的高效率方式，是在GSM移动通信系统基础上发展壮大的，在运行中，主要依靠GSM数字移动通信网络将分组交换功能实体引入，借助分组方式传输数据。相比于GSM网络，其具有绝对的优势，能够在计算机通信网络路由器与移动终端之间完成分组传递任务。分组交换技术，就可以实现同一用户占用多个无线信道，而相反，多个用户也可以同时使用一个无线信道，如此，就能够达到资源的有效利用，避免出现资源浪费的现象。通过多时隙绑定以及高速编码，就能够有效提升数据传输的速率。此外，GPRS也能够完成端到端分组转移模式下数据的接收以及发送，可以将电路交换模式的网络资源省略掉，直接完成数据传输，保证无线分组数据业务的高效性，且操作成本不高[1]。

二、选择充电桩终端与监控系统通信方式

对比现有的通信方式，因充电桩的分布较为广泛，城市的各个角落都有分布，而有线方式就会因地理环境受到不同程度的影响，在布线上需要耗费较多人力、无力以及财力，耗费时间较长，且成本较高，展较为困难。基于此，在系统方案设计时，无线通信方式的信息交互是充电桩与监控系统之间最好的选择。

WI-FI、Zigbee、GSM、GPRS四种通信方式对比发现，具有明显优势的方式就是GPRS，下文对WI-FI、Zigbee、GSM在充电桩终端通信中不适用的主要原因以及GPRS用于充电桩终端通信的实际优势：

首先，Zigbee通信距离为100米，对比发现，相对较短，而一旦距离增加，也会增加Zigbee模块的功耗。除此之外，Zigbee的穿透性也较差，当障碍物较厚时，就会对通信距离造成严重制约。而充电桩具有分布较为广泛的特点，Zigbee通信方式无法实现远距离传输，无法满足通信[2]。

其次，WIFI的传输质量也会受到距离的影响，当距离增加且障碍物较多时，WIFI的通信质量也会有所下降，据相关数据调查分析发现，半径300m时其有效传输距离，当无线网络需求较大时，就需要架设多个基站，如此就会导致施工成本增加，且网络布置也就较为杂乱，数据安全性下降。对于家庭中常用的WIFI网络密码，安全性也较低，当遇到计算机水平较高的邻居时，就会被轻易破解，由此，WIFI对于距离较远的数据传输仍不适合[3]。

第三，GSM在传输数据时，会出现延时的现象，系统的实时性较差，当使用网络人数较多时，就会造成信道堵塞，通信效果下降，传输数据量较小，不适合在数据量较大的传输中使用。

第四，GPRS在使用时，就会在GPRS网络上附着，在使用时，只需要进行激活即可，而激活的过程在2-3秒中就可以完成，就能够直接登录互联网。GPRS具有分组的功能，用户在上网的过程中，可以避免总是断线的痛苦，GPRS可以达到实时在线。也就是说，当GPRS手机开机状态下，就能够保持网络畅通，对于突发、频繁以及少量、间断性的数据传输较为适合，当然，对于数据较大的传输也可以完成。GPRS通信方式具有经济性以及可靠性等绝对优势，在应用过程中能够满足用户的要求，在操作过程中，可以借助AT命令连接到固定IP地址的主机。当TCP成功建立后，监控系统中就能够检测到充电桩的状态以及电能、通信的多种信息，进而可以作进一步的分析。与此同时，监控系统也可以对充电桩进行控制，可指定其完成停止以及启动、心跳指令[4]。

三、充电桩整体设计方案

充电桩终端硬件系统以及上位机监控系统、通信网络是充电桩系统的构成部分，在设计时采用模块化思想，RFID、电能计量、GPRS、ARM核开发板是其主要的5个模块，上位机监控系统借助组态王6.5以及VB6.0实现通信编程、显示界面，同时借助TCP或者IP方式、GPRS模块完成网络连接设置[5]。

四、配置分析

（1）选择STM32F103VET6嵌入式开发板作为ARM核控制板；

（2）GPRS模块核心芯片控制板选择SIM900A；

（3）RFID模块是由惠州市恒睿电子科技有限公司提供的，模块为RMU900+；

（4）选择继电器与交流接触器进行配合作为充电控制模块，实现充电启动停止操作；

（5）将有MODBUS通信协议的计量模块作为电能计量模块；

（6）状态指示用高亮LED灯；

（7）上位机监控系统需要选择选IP地址固定的电脑；

五、系统架构图

本文系统的核心控制器选择STM32F103VET6，实施外围扩展操作，STM32F103VET6借助串口的形式连接GPRS、RFID以及电能计量模块，利用通信协议传输数据，STM32F103VET6和电能计量模块之间在传输数据时采用MODBUS协议进行，而STM32F103VET6、RFID、GPRS三个模块之间的数据传输均借助串口完成。STM32F103VET6在与电脑通信时需要借助Jlink

完成，实现下载以及调试程序，系统架构图见图1。供电电路以及Jlink程序下载电路、时钟电路、复位电路是STM32F103VET6的最小系统，维持了STM32F103VET6芯片能够处于正常工作状态。

结语：

本文简单叙述了充电桩的功能需求，重点分析了上位机监控系统与充电桩终端的信息交互方式，同时对系统的架构以及组成进行了介绍，将GPRS充电桩的控制系统初步建立起来，奠定了电动汽车有序充电的基础，使能源与电力能够协调发展。

参考文献：

[1]何圣权.基于STM32的电动汽车交流充电桩的设计与实现[D].浙江工业大学，2013.

[2]侯攀峰.分布式交流充电桩控制与管理系统设计[D].中国矿业大学，2015.

[3]袁金云，王向东，王冬青等.基于PLC的电动汽车交流充电桩控制系统研究[J].青岛大学学报（工程技术版），2015，30(2)：38-41，51.

[4]卫建荣，袁庆民，李建华等.电动汽车直流充电桩控制系统设计[J].电子世界，2016，14(12)：35.

[5]刘秀华，张绿化，杨志坚等.有源滤波器在新型电动汽车充电桩设计中的应用[J].机电信息，2012，17(24)：154-155.