摘 要： 為解決現(xiàn)有電動汽車充電站存在的地理位置分散、數(shù)量有限及缺乏統(tǒng)一調(diào)度等問題，研究并設(shè)計了電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計，將基于MVC設(shè)計模式的Joomla！框架引入到系統(tǒng)開發(fā)中，基于LAMP開發(fā)平臺進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。系統(tǒng)實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)全部充電站實時信息的集中管理與發(fā)布、電動汽車和充電樁的統(tǒng)一調(diào)度、電動汽車用戶充電預(yù)約、路徑引導(dǎo)、在線支付等功能。該系統(tǒng)有效地解決了電動汽車充電難問題，提高了充電設(shè)施的利用率，對電動汽車的大面積推廣具有良好的推動作用。

關(guān)鍵詞： 充電站； 信息管理系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)庫； MVC； Joomla?。?LAMP

中圖分類號： TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）02?0143?04

Research on MVC?based information management system of

electric vehicle charging station

MENG Ying， CAO Yilong， ZENG Jundong

（Shanghai University of Electric Power， Shanghai 200090， China）

Abstract： In order to solve the problems that the electric vehicle charging station has dispersed geographic position and limited number， and lacks unified management， the information management system of the electric vehicle charging station was researched and designed， in which the B/S architecture design is adopted， and the Joomla！ framework based on MVC design pattern is introduce into the system development. The system was designed and realized based on LAMP development platform. The system can realize the functions of real?time information centralized management and issuing， unified schedule for electric vehicles and charging points， battery charging appointment for electric vehicle users， route guidance and online payment for all charging stations in the certain region. The system can effectively solve the problem for charging difficulty of the electric vehicles， improve the utilization ratio of the charging facilities， and has perfect promotion effect for popularization of the electric vehicles.

Keywords： charging station； information management system； database； MVC； Joomla??； LAMP

隨著社會的發(fā)展，能源與環(huán)境帶來的壓力越來越大，新型電動汽車因其“零排放”、噪聲小、使用成本低等優(yōu)點得到了大力推廣。充電站作為電動汽車使用過程中不可缺少的能源基礎(chǔ)設(shè)施，伴隨著電動汽車的發(fā)展和普及而被廣泛建設(shè)。然而現(xiàn)有電動汽車充電站存在地理位置分散、數(shù)量有限及缺乏統(tǒng)一調(diào)動等問題，嚴(yán)重影響了電動汽車充電的便捷性，同時造成了大量充電站資源的浪費[1?3]。因此如何高速便捷地為電動汽車尋找合適的充電站進(jìn)行能量補給，成為一個急需解決的問題。

為了解決上述問題，本文在對系統(tǒng)進(jìn)行需求分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于MVC的電動汽車充電站信息管理方案，研究并設(shè)計了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并基于Joomla！ 2.5和LAMP開發(fā)平臺進(jìn)行了電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)。

該系統(tǒng)對所屬區(qū)域內(nèi)所有的充電設(shè)施進(jìn)行集中管理，對電動汽車和充電設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，同時能為電動汽車用戶提供充電裝置查詢、充電預(yù)約、路線引導(dǎo)、在線支付等服務(wù)。電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)有效解決了電動汽車用戶充電不便的問題，同時提高了充電設(shè)施的利用率。

1 系統(tǒng)介紹

電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)。B/S結(jié)構(gòu)分為瀏覽器、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三層，具有客戶端消腫、界面友好、標(biāo)準(zhǔn)開放、開發(fā)和維護(hù)成本低等優(yōu)點[4]。電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)的工作機制為：各充電站內(nèi)的數(shù)據(jù)控制器通過互聯(lián)網(wǎng)將站內(nèi)充電樁的實時運行數(shù)據(jù)傳輸給電動汽車充電站信息中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，同時處理來自信息中心應(yīng)用服務(wù)器的命令請求。電動汽車用戶使用移動終端登錄電動汽車充電服務(wù)系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)與信息中心進(jìn)行通信，進(jìn)行充電設(shè)備的實時信息查詢、充電預(yù)約等操作。信息中心接收并發(fā)布來自各充電站的實時信息，響應(yīng)用戶服務(wù)請求，并按照任務(wù)隊列智能安排調(diào)度。管理員通過網(wǎng)絡(luò)對充電站、充電樁、注冊用戶等進(jìn)行管理。

2 系統(tǒng)需求分析及功能設(shè)計

需求分析階段的主要任務(wù)是確定系統(tǒng)應(yīng)具備的功能與特性。電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，對區(qū)域內(nèi)所有的電動汽車充電站實行網(wǎng)絡(luò)化的信息集中管理，并為電動汽車用戶提供充電站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。根據(jù)其業(yè)務(wù)需求及工作流程，該管理系統(tǒng)主要分為用戶管理、充電站管理、充電樁管理、電動汽車管理、預(yù)約管理、付費管理和充值管理等功能模塊，每個功能模塊下又有與之對應(yīng)的細(xì)分功能，從而為電動汽車用戶的查詢、預(yù)約、路徑引導(dǎo)及在線支付等功能提供支持。系統(tǒng)的主要功能模塊如圖2所示。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計與實現(xiàn)

電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)涉及大量的數(shù)據(jù)存儲、處理和查詢，而且這些數(shù)據(jù)間有嚴(yán)格的約束關(guān)系。因此，合理的數(shù)據(jù)庫建設(shè)是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

3.1 數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計

數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計是將需求分析階段得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)，即概念模型的過程。該設(shè)計過程在對象集中抽取實體，在定義對象的屬性中抽取基本數(shù)據(jù)元素，在對象的結(jié)構(gòu)中抽取實體間的關(guān)系[5]。電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)中的實體主要包括充電站、充電樁、電動汽車、車型、用戶、賬戶、消費記錄、充值記錄等。各實體間的關(guān)系為：充電站包括充電樁，用戶擁有電動汽車，賬戶屬于用戶，賬戶包括消費記錄和充值記錄，用戶和充電樁之間通過預(yù)約活動建立聯(lián)系，電動汽車和充電樁之間通過充電活動建立聯(lián)系。通過分析各實體屬性、屬性數(shù)據(jù)類型和主關(guān)鍵字，根據(jù)E?R圖設(shè)計的真實性、避冗余性以及合適性原則，將上述實體以及實體間關(guān)系轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)概念E?R圖，如圖3所示。

圖2 電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)功能模塊

圖3 電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)概念E?R圖

3.2 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計

數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計是在數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用轉(zhuǎn)換規(guī)則得到初始關(guān)系模式集，然后利用關(guān)系規(guī)范化理論對關(guān)系模式進(jìn)行優(yōu)化，以獲得優(yōu)良的數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程[6]。電動汽車充電站智能信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫概念E?R圖可轉(zhuǎn)換成如圖4所示的10個關(guān)系模式表。

圖4 關(guān)系模式表

圖4所示關(guān)系模式集中用戶、賬戶、消費記錄等為10個實體，表格內(nèi)為各實體屬性，添加下劃線的屬性為主鍵。用戶表、賬戶表、消費記錄表、充值記錄表、充電樁表、充電站表、電動汽車表、車型表為實體表，包括各個實體的關(guān)鍵字和屬性。用戶與賬戶為一對一聯(lián)系；賬戶與消費記錄為一對多聯(lián)系；賬戶與充值記錄為一對多聯(lián)系；用戶與電動汽車為一對多聯(lián)系；車型與電動汽車為一對多聯(lián)系；充電站與充電樁為一對多聯(lián)系；用戶與充電樁為多對多聯(lián)系；充電樁與電動汽車為多對多聯(lián)系。預(yù)約表為用戶和充電樁的中間表，其主鍵由用戶和充電樁的主鍵組合構(gòu)成。充電表為充電樁和電動汽車的中間表，其主鍵由充電樁和電動汽車的主鍵組合構(gòu)成。該數(shù)據(jù)庫關(guān)系模式集中每個實體的屬性都屬于簡單屬性，即每個屬性都不可以再分，同時不存在部分函數(shù)依賴關(guān)系，并且每個非主屬性不傳遞依賴于關(guān)系模式的候選碼，因此該數(shù)據(jù)庫設(shè)計滿足3NF的要求。

3.3 數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。MySQL數(shù)據(jù)庫簡單、小巧，為多用戶應(yīng)用提供了充足的保護(hù)措施，可以有效地阻止沖突并防止錯誤產(chǎn)生，能夠高效地為多用戶分配可用資源[7]。使用Power Designer將數(shù)據(jù)庫設(shè)計得到的關(guān)系模式集轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫物理數(shù)據(jù)模型，如圖5所示。數(shù)據(jù)庫的物理數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)的存儲機構(gòu)和訪問機制進(jìn)行了更高層次的描述。由物理數(shù)據(jù)模型進(jìn)一步生成數(shù)據(jù)源文件ecms.sql，將該數(shù)據(jù)源文件與由MySQL的可視化操作軟件MySQL Workbench建立的空數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接后即可生成數(shù)據(jù)庫中的表，至此完成數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建。

圖5 電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)物理數(shù)據(jù)模型

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)技術(shù)方案

電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計，通過基于模型?視圖?控制器（Model?View?Controller，MVC）設(shè)計模式的Joomla！框架開發(fā)實現(xiàn)。MVC設(shè)計模式將應(yīng)用的輸入、處理、輸出按照Model，View，Controller的方式進(jìn)行分離，將應(yīng)用分成模型層、視圖層和控制層[8] 。

本系統(tǒng)采用的MVC結(jié)構(gòu)如圖6所示，其設(shè)計模式將系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型和用戶界面相分離，提高了代碼的可復(fù)用性，減少了代碼的維護(hù)量[9?10]。

圖6 電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)的MVC框架結(jié)構(gòu)

MVC設(shè)計模式的多層架構(gòu)思想能夠很好地應(yīng)用在B/S系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，但MVC設(shè)計模式本身比較復(fù)雜。因此，選用基于MVC設(shè)計模式的Joomla！內(nèi)容管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)。

Joomla！功能強大、界面簡單、易學(xué)好用，使用Joomla！進(jìn)行開發(fā)設(shè)計可以使模塊、組件、插件等擴展的開發(fā)更加容易，而且由于網(wǎng)頁外觀設(shè)計遠(yuǎn)離了核心代碼，可以實現(xiàn)外觀布局的自由設(shè)計[11]。

4.2 開發(fā)環(huán)境搭建

本系統(tǒng)選用Joomla！2.5版本進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，該版本擴展較多，穩(wěn)定可靠，便于開發(fā)。開發(fā)環(huán)境選擇經(jīng)典的LAMP（Linux?Apache?MySQL?PHP）組合。LAMP具有通用、跨平臺、高性能、低價格的優(yōu)勢，在網(wǎng)站開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。在開發(fā)環(huán)境的搭建過程中，首先使用VMware Workstation創(chuàng)建虛擬機，然后安裝Ubuntukylin嵌入式操作系統(tǒng)。之后在Ubuntu系統(tǒng)下配置Apache HTTP服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫和PHP服務(wù)器端腳本解釋器，從而完成了運行環(huán)境的搭建。

4.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)通過賦予不同用戶組不同權(quán)限，實現(xiàn)了對不同用戶訪問內(nèi)容的控制。各級別用戶組的訪問功能權(quán)限如表1所示。

表1 用戶組訪問功能表

為提高開發(fā)速度，本系統(tǒng)采用在現(xiàn)有模板基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)的模式。Joomla！程序邏輯和表現(xiàn)層頁面分離的模板設(shè)計機制，為美工設(shè)計提供了極大便利。通過使用CSS+HTML定義網(wǎng)站字體效果、圖片效果、色彩效果、瀏覽效果等，完成了網(wǎng)站的外觀設(shè)計[10]。網(wǎng)站首頁布局圖如圖7所示。

圖7 網(wǎng)站首頁布局圖

本系統(tǒng)的站點導(dǎo)航條由指定菜單station_top_menu中的菜單項構(gòu)成。圖片展示使用S5 Image and Content Fader v3模塊開發(fā)實現(xiàn)，可滾動展示多張圖片。新聞閱覽功能通過網(wǎng)站圖片新聞模塊進(jìn)行開發(fā)實現(xiàn)，主要用于發(fā)布關(guān)于充電樁、充電站、電動汽車等的最新行業(yè)新聞，用戶可通過點擊相應(yīng)標(biāo)題進(jìn)行詳細(xì)閱覽。登錄模塊使用網(wǎng)站自帶的登錄模塊進(jìn)行設(shè)計，為用戶提供登錄、注冊、密碼找回等功能。系統(tǒng)首頁如圖8所示，同時該頁面也是公眾用戶進(jìn)入系統(tǒng)后默認(rèn)的顯示頁面。

圖8 電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)首頁

除以上基本功能外，該系統(tǒng)還通過使用RSForm！組件實現(xiàn)了充電樁信息查詢以及充電樁預(yù)約等功能；使用百度地圖API開發(fā)了地圖導(dǎo)航模塊，實現(xiàn)了電動汽車用戶的路徑導(dǎo)航功能；使用支付寶接口實現(xiàn)了在線支付功能。此外，通過給不同用戶組賦予不同權(quán)限，實現(xiàn)了不同用戶登陸系統(tǒng)后導(dǎo)航欄菜單項的不同，進(jìn)而提供不同的功能服務(wù)。

5 結(jié) 語

本文通過對現(xiàn)有充電站運作模式及用戶需求進(jìn)行充分分析，提出了一種電動汽車充電站信息管理系統(tǒng)的設(shè)計方案，設(shè)計了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫并基于Joomla！ 2.5以及LAMP開發(fā)平臺完成了系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對所轄區(qū)域內(nèi)所有充電設(shè)施的集中管理，對電動汽車和充電設(shè)施實行了統(tǒng)一調(diào)度，同時為電動汽車用戶提供了充電裝置查詢、充電預(yù)約、路線引導(dǎo)、在線支付等一系列服務(wù)。該系統(tǒng)有效解決了電動汽車用戶充電不便的問題，并提高了充電設(shè)施的利用率，對電動汽車的進(jìn)一步推廣具有良好的推動作用。

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