基于Web的電動汽車充電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

侯祖峰 李曼 康文倩 孫圓星 憔凱

摘要

此文設(shè)計實現(xiàn)了一個基于Web的電動汽車充電站監(jiān)控系統(tǒng)在給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和軟件邏輯架構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析了SVG，Ajax的技術(shù)特點(diǎn)，使用SVG進(jìn)行圖形界面的展示，通過jQuery/Ajax實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時刷新，給出了一種TCP/UDP相結(jié)合的實時數(shù)據(jù)快速傳輸方法。此Web系統(tǒng)已在tomcat服務(wù)器中部署并在多瀏覽器環(huán)境中運(yùn)行運(yùn)行結(jié)果表明，該Web系統(tǒng)為電動汽車充電站遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息共享提供了一種有效的解決方案。

【關(guān)鍵詞】Web系統(tǒng) 電動汽車充電站SVGjQuery Ajax

充電站作為新能源汽車發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，國家推出一系列支持政策。在政策支持下，我國充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)全面鋪開，充電市場日趨活躍。這就對充電站管控提出更高要求。SCADA系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)，被廣泛運(yùn)用于各類管控系統(tǒng)包括充電站監(jiān)控管理。伴隨充電站規(guī)模日益擴(kuò)大，對SCADA綜合性能提出了更嚴(yán)格要求。而目前SCADA系統(tǒng)基本上采用C/S架構(gòu)，表現(xiàn)出眾多局限性，包括安裝困難及后期維護(hù)成本高等。基于B/S的SCADA系統(tǒng)逐漸成為一種趨勢。目前基于Web的充電站監(jiān)控系統(tǒng)已有諸多研究，文獻(xiàn)[5]所設(shè)計有序充電Web監(jiān)控系統(tǒng)研究出一種較好的充電控制策略，但系統(tǒng)跨平臺性與瀏覽器兼容性上還存在不足。文獻(xiàn)[6]及文獻(xiàn)[7]實現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)解決了系統(tǒng)跨平臺問題，但實時數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫提取削弱了系統(tǒng)實時性。

本文設(shè)計充電站W(wǎng)eb監(jiān)控系統(tǒng)在B/S基礎(chǔ)上，通過tcp長連接向?qū)崟r庫獲取實時數(shù)據(jù)，B/S端完成邏輯處理并用SVG實現(xiàn)畫面展示。瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送Ajax數(shù)據(jù)請求，Web服務(wù)解析請求類型后通過tcp長連接獲取實時數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)庫獲取歷史數(shù)據(jù)并返回。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

充電站W(wǎng)eb監(jiān)控系統(tǒng)提供SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)瀏覽功能，Web服務(wù)器與SCADA網(wǎng)之間通過正向隔離裝置隔離。如圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

充電站W(wǎng)eb監(jiān)控系統(tǒng)使用SVG實現(xiàn)圖形界面，通過Ajax實現(xiàn)數(shù)據(jù)局部刷新。內(nèi)網(wǎng)具有實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)發(fā)送端，外網(wǎng)具有實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)接收端。SCADA服務(wù)器將實時與歷史數(shù)據(jù)通過正向隔離裝置傳輸給外網(wǎng)實時庫與歷史庫。歷史數(shù)據(jù)由Web服務(wù)器從歷史庫中讀取返回給客戶端。針對多客戶端并發(fā)操作情況，實時數(shù)據(jù)由Web服務(wù)器在sevice層通過本地UDP轉(zhuǎn)發(fā)方式將請求先發(fā)給TCP長連接程序，再由TCP與實時庫之間通信，獲取實時數(shù)據(jù)后逐層返回。

1.2 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)功能模塊包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接線圖、充電樁監(jiān)控、計量計費(fèi)、曲線報表、日報表及充電記錄查詢等模塊。

2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖2，主要包括：客戶端、Web服務(wù)層、實時數(shù)據(jù)獲取層。

畫面顯示及數(shù)據(jù)刷新在客戶端實現(xiàn)，對SVG進(jìn)行解析，獲取指定屬性作為Ajax請求參數(shù)從Web服務(wù)獲取數(shù)據(jù)，利用客戶端本地存儲，將不需更新但需使用多次的數(shù)據(jù)在本地緩存，返回數(shù)據(jù)采用 JSON格式。Web服務(wù)層由Web、DAO、service層及udp本地轉(zhuǎn)發(fā)組成。Web層為Web服務(wù)與客戶端通信接口，接收解析客戶端請求，判斷請求類型通過UDP與TCP長連接通信獲取實時數(shù)據(jù)或通過DAO層數(shù)據(jù)訪問接口獲取歷史數(shù)據(jù)，最后將結(jié)果返回客戶端。TCP長連接負(fù)責(zé)實時數(shù)據(jù)獲取。

3 關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

3.1 SVG

3.1.1 技術(shù)特點(diǎn)

SVG表示可伸縮矢量圖形，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：圖形縮放不影響打印質(zhì)量、文件小、動態(tài)性、文字與圖形獨(dú)立、交互性強(qiáng)、且完全支持移動端運(yùn)用等。

3.1.2 具體實現(xiàn)

如圖3以充電電壓表盤為例，其中使用引入表盤背景，描繪指針，顯示電壓實時值及表盤刻度文本。

3.2 Ajax數(shù)據(jù)交互

3.2.1 技術(shù)特點(diǎn)

Ajax是Asynchronous JavaScript and XML的縮寫。瀏覽器通過Ajax向后端發(fā)送異步請求取回數(shù)據(jù)對頁面進(jìn)行局部刷新。

3.2.2 具體實現(xiàn)

使用Ajax在客戶端與Web服務(wù)間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，Web服務(wù)端針對不同請求有不同處理接口，客戶端使用特定URL向后端發(fā)起請求，當(dāng)請求中包含需加密字段或數(shù)據(jù)量較大時發(fā)起POST請求。請求數(shù)據(jù)量較小時發(fā)起GET請求，請求與返回數(shù)據(jù)均為JSON格式。為保證瀏覽器兼容性，使用jQuery封裝的Ajax實現(xiàn)代碼統(tǒng)一。

3.3 獲取實時數(shù)據(jù)

3.3.1 技術(shù)特點(diǎn)

Web服務(wù)通過TCP長連接與實時庫交互將實時數(shù)據(jù)返回客戶端保證實時性。TCP短連接完成一次讀寫自動關(guān)閉，而TCP長連接一經(jīng)建立將一直保持。頻繁刷新數(shù)據(jù)情況下，長連接長期保持比短連接每次消耗連接時間更適用。

3.3.2 具體實現(xiàn)

實時數(shù)據(jù)由TCP長連接與實時庫交互，其組成如下：

（1）接收Web轉(zhuǎn)發(fā)請求。在本地端口監(jiān)測由Web服務(wù)器service層發(fā)來的udp數(shù)據(jù)請求包并驗證，驗證后的請求進(jìn)入發(fā)送隊列。

（2）向?qū)崟r庫發(fā)送數(shù)據(jù)請求。每隔500ms向?qū)崟r庫發(fā)送心跳包，當(dāng)發(fā)送隊列中有請求時，取出隊首請求并發(fā)送，發(fā)送成功移除隊首請求。拋出異常時，標(biāo)識發(fā)送異常標(biāo)識量。

（3）接收實時庫返回數(shù)據(jù)。接收到心跳包時覆蓋接收心跳時間點(diǎn)，接收到返回數(shù)據(jù)時初步驗證并將數(shù)據(jù)放入接收隊列。超過1.7s未接收到心跳包或接收異常時，標(biāo)識接收異常標(biāo)識量。

（4）向Web服務(wù)器返回數(shù)據(jù)。檢測到接收隊列中有數(shù)據(jù)時提取隊首數(shù)據(jù)并驗證，判斷無誤后將數(shù)據(jù)返回給Web服務(wù)器。

（5）斷線重連。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)異常量與接收數(shù)據(jù)異常量都被標(biāo)記時，斷開連接并嘗試重新建立連接。