国产日产欧美精品-亚洲国产综合久久精品-色综合色国产热无码一-亚洲欧美日本国产,免费观看一区二区三区_在线观看片A免费不卡观看_亚洲а∨天堂久久精品_99久无码中文字幕一本久道

| 注冊| 產(chǎn)品展廳| 收藏該商鋪

行業(yè)產(chǎn)品

當前位置:
安科瑞電子商務(上海)有限公司>>技術文章>>淺談基于POF-CAN通信總線的充電樁站監(jiān)測系統(tǒng)的設計

產(chǎn)品分類品牌分類

更多分類

淺談基于POF-CAN通信總線的充電樁站監(jiān)測系統(tǒng)的設計

閱讀:627        發(fā)布時間:2021-5-17

摘要:隨為解決電動汽車充電站總線通信問題,設計了一種基于塑料光纖( POF,Polymer Optical Fiber) 通 信總線的電動汽車充電樁/站監(jiān)控系統(tǒng)研究了塑料光纖傳輸介質(zhì)的通信特性,開發(fā)了POFCAN 總線的 POF-CAN 轉(zhuǎn)換模塊。結(jié)合電動汽車充電站裝置應用,設計了相應的硬件系統(tǒng)、嵌入式軟件和 POFCAN 系統(tǒng)應用層協(xié)議。在實驗室環(huán)境下搭建虛擬充電站測試平臺進行驗證實驗,結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠滿足對實時性、可靠性的要求,且具有抗電磁干擾、施工維護靈活經(jīng)濟的特點,為提高電動汽車充電站監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性提供了一種新的解決方案。

關鍵詞: 塑料光纖; CAN 總線; 數(shù)據(jù)監(jiān)測; 充電站; 電動汽車

0引言

充電樁/站為電動汽車提供續(xù)航保障,是電動汽車 發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈上的重要環(huán)節(jié)。充電站內(nèi)的監(jiān)測管理系統(tǒng) 是運營商實現(xiàn)自動化管理的途經(jīng)。充電站建設具有控 制點面多、面廣和數(shù)量分散的特點。綜合考慮電動汽 車充電樁( ) 的設計方案通信傳輸?shù)目煽啃?、?jīng)濟 性、靈活性等方面開展研究與設計具有重要價值與意義。

對于電動汽車充電站監(jiān)測系統(tǒng),目已有較多已公開的研究成果。文獻[1]提出一種基于無線通信和云存儲的充電樁管理系統(tǒng),其點在于靈活便捷、易于維護,但未對電網(wǎng)中的負載波動與諧波干擾對通信可靠性造成的影響進行分析; 文獻[2]提出使用 CAN 總線的智能充電樁監(jiān)測與控制通用系統(tǒng); 文獻[3]提出一種基于 RS485 串行總線的電動汽車充電站配電監(jiān)控系統(tǒng),均采用了傳統(tǒng)的銅類介質(zhì)傳輸通信方式,在靈活性和抗電磁噪聲方面仍存在不足,而且銅類介質(zhì)在現(xiàn)場布線時,由于要考慮多節(jié)點共地的問題,后期維護成本高,經(jīng)濟性較差。

與傳統(tǒng)光纖相比,塑料光纖是一種以高分子聚合 物材料為傳導介質(zhì)的導光材料[4],適于在空間狹窄區(qū)域布線,架設成本低。POF 具有線徑細、易彎折( 彎折半徑在 30 mm 內(nèi)) 的特點,具有很好的走線靈活性。 同時,考慮到充電站內(nèi)大功率電能變換設備產(chǎn)生的電磁噪聲可能對通信系統(tǒng)造成影響[5 6],而 POF 傳輸?shù)氖枪庑盘柖请娏餍盘?,可以從原理上避免外部環(huán)境 對傳輸線路的電磁干擾。

本文針對 POF 的傳輸特性進行了實驗測試,進一步論證了 POF 在短距離通信系統(tǒng)中的適用性和成為 電動汽車充電站監(jiān)測系統(tǒng)傳輸媒質(zhì)的可能性。并根據(jù)POF的物理層傳輸特點,結(jié)合 CAN2.0協(xié)議,開發(fā)了 POF-CAN 轉(zhuǎn)換模塊,設計了一種基于塑料光纖通信總 線的電動汽車充電樁/站監(jiān)控系統(tǒng)。

 

1 POF 傳輸特性研究

在以雙絞線為傳輸介質(zhì)的 CAN 總線通信系統(tǒng)中, 為了抑制電氣系統(tǒng)中的共模干擾,需要通過專門的 CAN 收發(fā)器芯片將 CAN 控制器的 CAN_TX CAN_ X 電平信號轉(zhuǎn)換為 CAN_H CAN_L 差分電壓信號 進行傳輸。而在以 POF 作為傳輸介質(zhì)的通信系統(tǒng)中,

則不需要考慮共模干擾的問題。

CAN2.0 規(guī)范中,只針對物理信號子層進行定 義,并沒有針對物理層驅(qū)動/接收器特性的相關規(guī)定, 因此可以根據(jù)不同的物理層應用對發(fā)送媒體和信號電 平進行化。為了滿足 CAN 協(xié)議的上層設計規(guī)范,必 須針對 POF 的物理層傳輸特點進行研究。

根據(jù) POF 在不同波長下的衰減率變化曲線,從而決定 POF 總線的傳輸、轉(zhuǎn)換器件的工作波長。采用截斷法通過光檢測器進行 PMMA 塑料光纖衰減率測試, 得到 PMMA-POF 傳輸特性如圖 1 所示[7]。

根據(jù)圖 1,進一步精確測得在可見光波長范圍內(nèi) PMMA-POF 500 nm、570 nm 650 nm 處的 3 個低損耗窗口,詳細參數(shù)如表 1 所示。

根據(jù)測試結(jié)果,綜合考慮光電器件成本等因素,選取 650 nm 波長的紅光波段作為時

分復用的 POF-CAN

 

1 PMMA-POF 傳輸特性曲線

       

總線工作波長。對以 POF-CAN 為傳輸方式的單節(jié)點 而言,發(fā)送信息時必須將 CAN 控制器的 CAN_TX 電平信號轉(zhuǎn)換為一定功率電流信號,以驅(qū)動 POF 專用的光電發(fā)送器模塊實現(xiàn)電信號到 650 nm 波長光信號的轉(zhuǎn)換。在接收信息時,則需要將光電接收器輸出的電信號轉(zhuǎn)換為控制器工作電壓的 CAN_X 電平信號。因此,在 POF-CAN 通信層可以省去 CAN 收發(fā)器,通過設計專門的接口電路實現(xiàn) POF-CAN 組網(wǎng)連接。

2 POF-CAN 驅(qū)動/接收器開發(fā)

在環(huán)形光纖 CAN 總線網(wǎng)絡中,不同節(jié)點之間通過光纖單環(huán)網(wǎng)通信,設備和節(jié)點之間通過 CAN 控制器通信。CAN 控制器與總線之間采用邏輯控制單元( Logic Control Unit,LCU) 替代傳統(tǒng)的 CAN 總線收發(fā)器,能消除環(huán)形光纖 CAN 網(wǎng)絡的阻塞問題[8]。在環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構中,當節(jié)點處于發(fā)送狀態(tài)時,CAN 控 制 器 發(fā) 出 的TTL 電平通過接口電路到達光信號發(fā)送端,信號沿光纖環(huán)網(wǎng)傳輸一周后回到源節(jié)點光信號接收器,并由CAN 控制器的數(shù)據(jù)接收端接收數(shù)據(jù)。此時,POF-CAN接口電路需要將接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)通過 LCU 進行比對,判斷接收到的數(shù)據(jù)是否由該本點發(fā)出,進而決定是否中斷數(shù)據(jù)流。根據(jù)邏輯控制單元結(jié)構設計,當電路的設計時延 Tdelay滿足如下關系時,發(fā)送狀態(tài)下的節(jié)· 911 · 基于 POF-CAN 通信總線的充電樁/站監(jiān)測系統(tǒng)的設計點可以剔除環(huán)回的發(fā)送報文:

                               Tbit Tdelay Tring                         ( 1)

式中,Tbit為位時延,其值取決于通信傳輸?shù)牟ㄌ芈?/font>; Tring為環(huán)網(wǎng)時延,即信號傳輸一周回到源節(jié)點的時間??紤]到光在傳輸介質(zhì)中的傳輸時間遠小于光電收發(fā)器的轉(zhuǎn)換時延,因此在計算 Tring時忽略 POF 線路中的傳輸時延,僅考慮器件光電轉(zhuǎn)換的時延。則環(huán)網(wǎng)大傳輸時延的估計值為與器件參數(shù)和網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)有關的函數(shù):

Tring = n × MAXtProDly LHtProDly H                  ( 2)

式中,n 為網(wǎng)絡節(jié)點數(shù); tProDly-LH為信號低電平 - 高電平的光電轉(zhuǎn)換時延; tProDly-HL為信號高電平 - 低電平的光電轉(zhuǎn)換時延。tProDly-LHtProDly-HL均由器件參數(shù)決定,可

通過實驗測得。

采用 650 nm DC-5MBd FT05MHN/F05MHIR收發(fā)器,具備總線逐位仲裁和環(huán)網(wǎng)邏輯控制功能的POF-CAN 驅(qū)動/接收器電路如圖 2 所示。

 

2中,LCU 部分采用基于 SN74HC 系列邏輯芯片的電路。SN75451 為高速電流外設驅(qū)動器,用于將小功率 TTL 電平信號轉(zhuǎn)換為提供給光發(fā)送器驅(qū)動電流,通過調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻 R28的大小可以對驅(qū)動電流進行設置,當阻值為 51 Ω 時,驅(qū)動電流約為 60 mA。時延模塊由一個 LC 延時電路構成,LC 電路的參數(shù)決定了Tdelay,因此需要綜合考慮位時延 Tbit和環(huán)網(wǎng)時延 Tring來確定。由于 F05MHIR 光接收器具有反相特性,因此在 LCU 與電流驅(qū)動之間加入非門,采用了反相的光發(fā)射電路。

3 充電樁嵌入式軟件開發(fā)

充電樁在硬件結(jié)構上,主要由微控制器、射頻讀寫器模塊、電源模塊,以及電量采集、刷卡設備、攝像頭( 用于錄入付款碼等) 、打印機、顯示器等外圍接口組成。充電樁的采集信息主要包括用戶信息和充電樁的充電信息。這些設備由充電樁內(nèi)部的微控制器統(tǒng)一管

理。

如圖 3 所示,通信裝置硬件核心為 AM微控制器,微控制器通過 RS485-TTL 接口與智能電表通信,還可以完成讀取 IC 卡、控制繼電器模塊、存儲卡的寫入和讀取等功能。觸摸屏與微控制器的 FMC( Flexible Memory Controller) 接口連接,從而實現(xiàn)頁面的展示以 及觸摸信號的上傳。攝像頭連接微控制器的 DCMI ( Digital Camera Interface) 接口,實現(xiàn)付款碼的錄入功能。針式打印機與 IC 卡刷卡機以及電壓/電流傳感器均使用串口收發(fā)數(shù)據(jù)。

 

3 基于 POF-CAN 通信的監(jiān)測裝置硬件結(jié)構圖

同時,微控制器通過 CAN 接口接入 CAN-POF 總線,實現(xiàn)與監(jiān)測主站的數(shù)據(jù)交互。嵌入式軟件運行流程如圖 4 所示。

下位機軟件采用多線程方式運行,以中斷為主要程序驅(qū)動方式。對于定時完成的任務,由微控制器內(nèi)部的時鐘中斷請求完成。時鐘中斷主要包括定時獲取傳感器數(shù)據(jù)、定時上傳系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)等。外部中斷主要為用戶操作請求,如屏幕二維碼掃描完成、用戶刷卡操作或其他命令輸入等,對于不同的中斷,軟件執(zhí)行不同任務。對于外部中斷,系統(tǒng)判斷中斷類型后執(zhí)行任務。

 

4 充電樁嵌入式軟件流程圖

 

 

4 CAN 應用層協(xié)議制定

根據(jù)電動汽車充電站的通信需求,須制定系統(tǒng)CAN 應用層協(xié)議。具體傳輸信息包括用戶車輛信息( 用戶身份、車牌、賬戶信息) 、電動汽車電池型號、充電方式、充電時間( 包括預計結(jié)束時間) 、充電電量等。

4.1 充電樁節(jié)點報文

在大型充電站的應用場景下,需要實現(xiàn)對所有充電樁與用戶數(shù)據(jù)的管理。先,下位機向上位機報告其所有硬件所處狀態(tài),便于上位機對其進行監(jiān)控,上位機通過圖表等方式將數(shù)據(jù)展示給工作人員,并生成故障日志; 其次,對于用戶操作,下位機應能夠?qū)崟r地將數(shù)據(jù)傳送給上位機,并由上位機請求服務器數(shù)據(jù),完成對用戶操作的實時響應[9],并上傳主站。監(jiān)測系統(tǒng)通信從站報文格式如圖 5 所示。

 

5 充電樁節(jié)點報文幀格式

CAN 總線的數(shù)據(jù)幀多為 8 個字節(jié),所以采用多幀發(fā)送模式進行傳輸,將從站的報文分為 3個數(shù)據(jù)幀進行傳輸。

4.2 監(jiān)測主站報文

監(jiān)測主站的報文主要是數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息主要為用戶數(shù)據(jù),包括用戶編號、當可用余額、用戶充電時間、地點等。上位機需要將數(shù)據(jù)上報給服務器或云端,方便用戶或管理員查看。為了方便云端對充電樁進行統(tǒng)一管理,每一個充電樁是否正在被使用的信息都需要上傳至云端,用戶通過手機即可查看附近的可充電樁并進行預約。

5 實驗驗證

為了科學地驗證 POF-CAN 總線能夠滿足系統(tǒng)通信實時可靠的性能要求,在南網(wǎng)電科院及中電電力實驗室構建了包含主從站的虛擬充電站系統(tǒng),對通信傳輸?shù)目煽啃耘c CAN 應用層協(xié)議制定的正確性和有效性進行了驗證實驗。在虛擬充電站系統(tǒng)中,虛擬主站通過 POF-USB 通信接口與 POF-CAN 環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)組網(wǎng)通信,監(jiān)測了 3 個虛擬從站節(jié)點的實時運行狀態(tài)。虛擬從站節(jié)點( 基于 AM 微控制器實現(xiàn)) 模擬充電樁,監(jiān)測了系統(tǒng)運行過程中的用戶預約啟動、用戶信息采集、電量信息采集、停止充電等充電樁運行狀態(tài)。同時模擬了實際監(jiān)測系統(tǒng)運行中的數(shù)據(jù)傳輸過程,實現(xiàn)了監(jiān)測主站和充電樁/站報文數(shù)據(jù)的交互,包括電量監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、IC 卡交互等信息。溫濕度實驗中采用 ESS-1000L 控溫控濕箱。

溫度的選取點為 10 ℃、- 5 ℃5 ℃、10 ℃、15 ℃20 ℃、 25 ℃、30 ℃、35 ℃40 ℃、50 ℃60 ℃。濕度的選取點為 10% H、25% H、40% H、55% H、70% H、85% H、95% H。

交流磁場采用 MFAC-001 型多功能磁場測試儀、MFA-101A 磁場天線。交流磁場場強依次為 036 mT05 mT、063 mT。恒定磁場采用尺寸為 50 mm × 50 mm × 50 mm 300 mT 磁鐵。

射頻電磁場輻射抗擾度試驗中,采用 EMC-C 測試系統(tǒng),抗擾性電平設置為 10 V /m,要求模塊在標準試驗與抗擾性電平下能正常工作。圖 6 EMC-C 系統(tǒng)現(xiàn)場。

     

6 EMC-C 系統(tǒng)現(xiàn)場

無線電傳導騷擾限制試驗中,模塊處于典型工作狀態(tài),其置于高 08 m 的絕緣桌上,絕緣桌在轉(zhuǎn)臺上進行 360°旋轉(zhuǎn)。同時,測量天線在 1 4 m 高度上升或下降,以便能夠使具有準峰值檢波器的接收機測量到大輻射騷擾值。采用了 04 30 MHz 的騷擾信號,騷擾信號的平均峰值約為 58 μV /m。圖 7 為無線電傳導騷擾限制試驗信號。

 

7 無線電傳導騷擾限制試驗信號

上述各項實驗中,通信成功率均達到 100%

6 安科瑞交直流電動汽車充電樁運營收費管理解決方案

6.1概述

科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)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;戶通過微信小程序掃描二維碼,進行支付后,系統(tǒng)發(fā)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(lián)網(wǎng),配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術,基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)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(jiān)控和運營分析等功能。

6.2應用場所

(一)商場、小區(qū)等物業(yè)環(huán)境;

(二)學校,醫(yī)院等公建;

(三)各類企事業(yè)單位;

(四)公交樞紐,公路充電站。

6.3平臺結(jié)構

 

6.4平臺主要功能

  • 資源管理

充電站檔案管理,充電樁檔案管理,用戶檔案管理,充電樁運行監(jiān)測,充電樁異常交易監(jiān)測

 

 

  • 交易結(jié)算

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

 

  • 用戶管理

用戶注冊,用戶登錄,用戶帳戶管理,消息管理

 

  • 充電服務

充電設施搜索,充電設施查看,地圖尋址,在線自助支付充電,充電結(jié)算,導航等

 

  • 微信小程序

掃碼充電,賬單支付等功能

 

  • 數(shù)據(jù)服務

數(shù)據(jù)采集,短信提醒,數(shù)據(jù)存儲和解析

 

  • 變壓器監(jiān)控

監(jiān)控充電站變壓器負荷,超負荷時對充電樁的調(diào)度管理

 

 

 

6.5平臺硬件配置

平臺服務器:建議按照我方配置購買,或者客戶自己租用阿里云資源。

硬件配置清單:(如申請阿里云可忽略)

序號

名稱

型號、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1 

數(shù)據(jù)服務器

Dell R730 CPU:E5-2620 內(nèi)存:32G  硬盤容量:4*1.2T(SAS 1萬轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5

1

甲供,供參考

2 

WEB服務器

Dell R730 CPU:E5-2603 內(nèi)存:16G 硬盤容量:3*300G(SAS 1萬轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5

1

甲供,供參考

3

操作系統(tǒng)

Windows Server 2012 R2

2

甲供,供參考

4

數(shù)據(jù)庫

MySQL

1

甲供,供參考

5

網(wǎng)絡交換機

華為(HUAWEI)S1728GWR-4P-AC,24口千兆交換機

1

甲供,供參考

若客戶自己租用阿里云服務器,服務器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同,分別如下:

序號

點數(shù)

數(shù)量

名稱

CPU資源

硬盤

帶寬

操作系統(tǒng)版本

1 

<1000點

1臺

 

4核16G

數(shù)據(jù)盤150G SSD

5M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

2 

<5000點

2臺

應用服務器

4核16G

數(shù)據(jù)盤150G SSD

6M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

數(shù)據(jù)服務器

4核16G

數(shù)據(jù)盤200G SSD

1M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

3

<10000點

2臺

應用服務器

8核32G

數(shù)據(jù)盤50G SSD

10M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

數(shù)據(jù)服務器

4核16G

數(shù)據(jù)盤400G SSD

1M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

 

6.6現(xiàn)場汽車充電樁配置

序號

名稱

型號、規(guī)格

1 

7kw交流充電樁

AEV-AC007DB(L)1

2

40kw交流充電樁

AEV-AC040DB(L)A

3 

60kW直流一體充電樁

AEV-DC060SLA

4 

120kW直流一體充電樁

AEV-DC120SLA

5

180kW直流分體式充電樁

AEV-DC180FA

6

360kW直流分體式充電樁

AEV-DC360FA

7

分體式充電終端

AEV-DCFZ

7 結(jié)束語

由于 POF 具有良的物理特性,采用 POF-CAN總線的充電站監(jiān)測系統(tǒng)能夠提高現(xiàn)場布線、安裝的靈活性,同時采用全光鏈路的信號傳輸方式能減小外部環(huán)境中電磁噪聲對通信的干擾。這一結(jié)構以現(xiàn)場服務器為核心,能有效地對充電樁進行數(shù)據(jù)管理與運行控制。在實驗室環(huán)境下搭建的虛擬充電樁/站實驗平臺上進行測試,結(jié)果表明 POF-CAN 總線能夠滿足電動汽車充電站通信系統(tǒng)可靠性和實時性的要求。

在進一步實際應用過程中,根據(jù)電動汽車用戶和充電站運營商更豐富的功能需求,對通信協(xié)議和上下位機進行功能擴展,能夠?qū)崿F(xiàn)更多樣化的數(shù)據(jù)傳輸。

參考文獻:

[1]楊晶.電動汽車智能充電樁的設計[J].電子技術與軟件工程,2019(11):214-215.

[2鄧 凱, 敏,杜 蕙,易 斌,方彥軍.基于 POF-CAN 通信總線的充電樁 /站監(jiān)測系統(tǒng)的設計

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06月版.

[4]智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控/電能管理/電氣產(chǎn)品報價手冊.2020.06月版.

收藏該商鋪

登錄 后再收藏

提示

您的留言已提交成功!我們將在第一時間回復您~
二維碼
阿图什市| 呼玛县| 达日县| 本溪| 湖南省| 惠州市| 阳西县| 德州市| 临海市| 乐东| 河间市| 永靖县| 临高县| 绥化市| 海晏县| 旌德县| 横峰县| 习水县| 通江县| 上犹县| 西丰县| 阳信县| 丰城市| 罗城| 昌黎县| 中牟县| 通辽市| 滨州市| 湾仔区| 山丹县| 隆林| 丹巴县| 海兴县| 江城| 丹阳市| 游戏| 临桂县| 柘荣县| 卫辉市| 延津县| 资讯 |