由KSWeb構(gòu)建的智能充電管理系統(tǒng)設(shè)計*

包敬海

(欽州學院，欽州 535000)

由KSWeb構(gòu)建的智能充電管理系統(tǒng)設(shè)計*

包敬海

(欽州學院，欽州 535000)

針對傳統(tǒng)充電管理系統(tǒng)使用麻煩、安全性不高等諸多問題，提出一種基于KSWeb的智能充電管理系統(tǒng)的思路。在小區(qū)局域網(wǎng)的WiFi范圍內(nèi)，以Android手機為控制核心，通過KSWeb構(gòu)建PHP服務器，對外提供用戶充電服務。服務器接收到用戶發(fā)出的指令后，通過HC-06藍牙模塊與底層STC89C52進行通信，并控制相應線路的定時通斷。實踐表明，該系統(tǒng)具有使用便捷、安全性高、成本較低等優(yōu)點。

KSWeb；充電管理；Android；STC89C52；藍牙通信

引 言

眾所周知，電動車具有零排放、聲音小、價格便宜、使用靈活等優(yōu)點，成為受歡迎的交通工具之一。然而電動車越來越多，充電也成為一大難題。

1 基于KSWeb的智能充電管理系統(tǒng)

針對傳統(tǒng)充電系統(tǒng)存在的弊端，提出了新型智能化充電管理系統(tǒng)的一些需求：

第一，貨幣電子化。目前，RFID類型的卡式自動收費還停留在啟蒙階段[4]，而支付寶、微信支付、網(wǎng)銀以及NFC等成本較高，居民小區(qū)級別的充電系統(tǒng)的安全較為薄弱，容易受到攻擊和控制。因此，可以考慮將局域網(wǎng)內(nèi)部的封閉型管理系統(tǒng)實現(xiàn)貨幣電子化。

第二，計費靈活且精度較高。一般采用單片機或PLC為下位機即可滿足需求，但是它們難以提供較為理想的用戶交互，因此還需要上位機。如果采用傳統(tǒng)計算機會大大增加使用和維護的成本，而使用常規(guī)的Linux嵌入式設(shè)備又會增加系統(tǒng)的復雜性[5]，這是較為棘手的問題。

第三，用戶只接觸插座，不直接觸摸到充電系統(tǒng)，要最大限度地減少因風吹雨打太陽曬造成器件老化而導致觸電的危險。這一點可以通過紅外遙控、藍牙、WiFi等多種方式實現(xiàn)。

根據(jù)以上設(shè)計需求，提出KSWeb+Android+單片機的解決思路，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的架構(gòu)框圖

從圖1中可以看出，用戶端在內(nèi)網(wǎng)WiFi環(huán)境下通過智能手機訪問充電管理系統(tǒng)，而充電管理系統(tǒng)由Android手機和底層硬件組成。該系統(tǒng)的核心部分為PHP的服務器平臺軟件KSWeb[6]，其是面向Android的開源服務器，基本上也是智能手機平臺上唯一具有實用性的服務器平臺。該架構(gòu)具有如下優(yōu)勢：①價格低廉。無需購置一臺專門的計算機，管理維護的成本也很低。目前一個多路投幣式充電站就達到上千元，而一個百元級別的低端Android手機就能滿足充電系統(tǒng)的需求，且消耗的電量非常少。②開發(fā)管理方便。KSWeb支持免費、開源的PHP，資源豐富，跨平臺，設(shè)計周期短，容易升級、修改和維護。③強大的軟件系統(tǒng)可以對用戶賬戶、貨幣、插座、時間等進行精確控制。④用戶無需直接觸碰充電系統(tǒng)，通過手機就能獲得便捷的服務。⑤單片機通過藍牙與Android手機進行無線通信，解決了上位機布線的難題[7]。⑥PHP具有免費、開源、跨平臺等諸多優(yōu)點，性能強大，非常適合與Android系統(tǒng)相結(jié)合[8]。

2 硬件設(shè)計

主控芯片可以采用51、MSP430、STM32等主流控制器；擴展芯片一般采用HD7270A、ZLG7290等串口擴展芯片；控制器與KSWeb服務器通信芯片，可以采用HC-06藍牙芯片；最底層的線路通斷可以采用常見的繼電器方式來實現(xiàn)，未來無線技術(shù)成熟后，也可以改為無線串聯(lián)諧振耦合方式[9]。該系統(tǒng)采用最常見、性價比較高的STC89C52為主控芯片[10]，采用16位、雙向帶鎖存的I2C串口芯片MCP23016進行擴展，其硬件線路如圖2所示。

圖2 硬件接線

從圖2中可以看出，每對引腳(時鐘線SCL、數(shù)據(jù)線SDA)可以接8個擴展芯片(通過地址線A2、A1、A0進行識別)，每個擴展芯片可以獨立控制16條充電線路(GP0.0～GP1.7)，那么32個I/O引腳最多可以控制的線路為：n=8×16×32/2=2 048。該數(shù)量基本上可以滿足普通小區(qū)的充電需求，當然也可以繼續(xù)增加控制器進行擴展。

3 軟件設(shè)計

3.1 KSWeb服務器配置

第一，將KSWeb下載、安裝到Android手機中。當前較新版本為3.3，但是存在不穩(wěn)定及功能限制，為此本文采用2.82成熟版本，占用存儲空間為50 MB，根目錄為sdcardKSWeb。這個時候無線路由器已經(jīng)為服務器分配了一個內(nèi)網(wǎng)IP，其他智能手機可以通過瀏覽器訪問數(shù)據(jù)庫的PHP頁面。

第二，為了給KSWeb提供數(shù)據(jù)庫功能，還需要配置phpMyAdmin。首先下載新版本的phpMyAdmin到KSWeb根目錄，然后在其下的setupframes找到修改配置文件config.inc.php，并在最后的PHP代碼中加入$cfg['Servers'][$i]['port']= '3306';。

圖3 KSWeb主界面

第三，要順利訪問MySQL，還需要修改libraries文件夾下的config.default.php，將$cfg['Servers'][$i]['nopassword']和$cfg['Servers'][$i]['AllowNoPassword']的取值由false改為true，并通過$cfg['Servers'][$i]['password']設(shè)置新密碼。

第四，在KSWeb中通過phpMyAdmin訪問MySQL，檢測服務器系統(tǒng)是否正常，其界面如圖3所示。

第五，將PHP頁面復制到KSWeb默認的WWW目錄，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、創(chuàng)建數(shù)據(jù)表、輸入初始化信息。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫為charge，數(shù)據(jù)表如表1所列。

表1 主要數(shù)據(jù)表

3.2 上下位機通信

上下位機的通信包括兩個部分：

① Android手機服務器中的Java串口通信程序。其功能是定時掃描MySQL數(shù)據(jù)庫，根據(jù)Records表中的任務，通過藍牙方式發(fā)送出去。這里采用Android Studio的BlueToothAdapter、BlueToothSocket兩個類來實現(xiàn)[11]。

② STC89C52與HC-06的串口通信程序。該藍牙模塊與STC89C52的RXD(接收)、TXD(發(fā)送)相接，采用波特率9 600 bps、數(shù)據(jù)位8位、無校驗的方式接收服務器的指令。指令格式為：引導碼，插座編號，開關(guān)控制，結(jié)束碼。其中，引導碼和結(jié)束碼均為255；插座編號由兩個8字節(jié)的字符拼接而成，例如1050號插座就是10、50；開關(guān)控制設(shè)置為1開、0關(guān)。

3.3 底層硬件的控制

4 實物測試

用戶注冊、存錢后，就可以隨時進行便捷的充電。首先，用戶推車到充電區(qū)域并接入某插座時，插座未啟用是不帶電的。然后，用戶通過智能手機訪問 KSWeb服務器(192.168.1.102)，選擇插座、設(shè)定起始時間后，提交即可。最后，到了對應的起始時間，上位機程序?qū)⒅噶畎l(fā)送給下位機，對線路通斷進行控制。充電頁面如圖4所示。

圖4 充電頁面

從圖4中可以看出，充電系統(tǒng)的計費精度可達到0.01元，充電時間的精度達到1分鐘，靈活方便。另外，系統(tǒng)默認時間為當前時刻，默認插座為第一個空閑插座，默認充電時間為300分鐘。用戶可以手動選擇修改，無需輸入任何內(nèi)容，即可點擊提交，非常方便。到了用戶設(shè)定的時間，5號插座立即通電，如圖5所示。在實踐測試中，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，使用方便，安全性良好。

圖5 線路控制效果

結(jié) 語

[1] 電動車時代網(wǎng).電動車保有量超2億輛[EB/OL].[2016-08].http://www.evtimes.cn/html/201502/57587.html.

[2] 伊可文.電動車火災頻發(fā)三大陋習埋下隱患[J].安全與健康,2016,31(6):35-36.

[3] 鳳凰網(wǎng).小伙去電動車快充站充電差點被電死[EB/OL]. [2016-08].http://js.ifeng.com/news/city/detail_2015_04/21/3810891_0.shtml.

[4] 全劉輝,歐陽玉梅,鄭皓洪.基于RFID技術(shù)的電動車充電系統(tǒng)[J].科技視界,2016,31(3).

[5] 李東輝.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電動車智能充電管理系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2015,5(10):67-69.

[6] 技術(shù)宅.便攜為上,打造移動式服務器[J].電腦愛好者,2014(17):20-21.

[7] 薛果.基于HC-06模塊的手機遙控玩具設(shè)計[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2015,34(8):7-8.

[8] 邢益良,韓寶如,裴云,等.一種使用Web技術(shù)快速搭建Android PHP應用運行環(huán)境的方法[J].軟件導刊,2015,14(11):11-13.

[9] 徐松,蔣偉.電動車無線充電系統(tǒng)設(shè)計[J].電力電子技術(shù),2015,49(10):89-91.

[10] 楊成慧,王書志,何佑星,等.一種基于STC89C52的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀器儀表,2016,36(10):246-250.

[11] 薛凱,高俊強.利用Android藍牙實現(xiàn)全站儀數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆治鯷J].交通科技與經(jīng)濟,2016,18(3):64-67.

[12] Microchip.MCP23016[EB/OL]. [2016-08].http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/194581/MICROCHIP/MCP23016.html.

包敬海(副教授)，研究方向為智能控制系統(tǒng)、Web信息系統(tǒng)。

Intelligent Charging Management System Based on KSWeb

Bao Jinghai

(Qinzhou University,Qinzhou 535000,China)

In view of the problems of the traditional charging management system using trouble and security is not enough,a new idea of intelligent charging management system based on KSWeb is proposed.In the area of LAN WiFi range,Android mobile phone is used as the control core to build PHP server through the KSWeb,so can provide for the users with charging service.After receiving the instruction from the user,the server communicates with the bottom STC89C52 via the HC-06 Bluetooth module and controls the timing of the corresponding circuit.The experiment results show that the system has the advantages of convenient,security and low cost.

KSWeb;charging management;Android;STC89C52;bluetooth communication

廣西教育廳科研項目，基于云智能的大蠔養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(KY2016YB489)；廣西高校臨海機械裝備設(shè)計制造及控制重點實驗室課題，面向移動終端的港口電機無線實時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(GXLH2014ZD-03)。

TP368.1

A

?士然

2016-08-11)