張梅

摘 要：電動汽車發(fā)展迅速。為了解決電動汽車充電難和充電樁閑置的矛盾，設計了電動汽車充電運營平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)了平臺的掃碼充電、移動支付、查詢充電狀態(tài)等功能。以工程實踐為本，論述了微信公眾平臺和WebService技術(shù)，研究了Socket服務器的基本原理。平臺已成功應用于某電動汽車充電樁運營商。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：WebService；Socket服務器；電動汽車充電；微信公眾號；移動支付

DOIDOI：10.11907/rjdk.161410

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）008-0077-03

0 引言

電動汽車以電代油、環(huán)保高效，成為目前新能源汽車的主力[1-4]，其配套設施充電樁也得到迅速發(fā)展。但目前充電樁生產(chǎn)廠家各自為陣，充電卡不能通用；運營商參差不齊，管理不統(tǒng)一；結(jié)算方式不一致，無法統(tǒng)一結(jié)算，由此造成大量充電樁處于閑置狀態(tài)，嚴重阻礙了新能源汽車的發(fā)展。

移動互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，我國移動智能設備2015年達到8.99億[5]。數(shù)據(jù)研究公司IDC報告顯示，2017年全球移動支付金額將突破1萬億美元，移動支付業(yè)務將呈現(xiàn)持續(xù)走強趨勢。

將移動支付應用到電動汽車行業(yè)是條新路。本文提出一種便于電動汽車車主充電和付款、利于運營商推廣和管理的充電樁解決方案。充電樁運營商申請微信公眾號，獲取相應資源開發(fā)公眾號功能，構(gòu)成前端。建立一個與充電樁交互的運營平臺，開發(fā)出相應的WebService方法供前端調(diào)用。用戶只需在充電樁上掃描二維碼即可在微信里實現(xiàn)充電支付，方便快捷，本系統(tǒng)對不同運營商的充電樁皆可使用，且無須辦理充電卡或下載運營商App。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)分為平臺層、網(wǎng)絡層和終端層，架構(gòu)如圖1所示。平臺層是核心，包含WebService服務端和獨立運行的數(shù)據(jù)集中服務器。數(shù)據(jù)集中服務器主要負責與所有分散的充電樁通信，并維持長連接，輔助WebService服務端；WebService服務端主要監(jiān)聽微信端的用戶請求，通過數(shù)據(jù)集中服務器獲取充電樁響應再返回給用戶。終端層包括交流樁、直流樁等電動汽車充電終端設施和智能手機、平板電腦、PC機等用戶設備。PC機便于運營商管理后臺，電動汽車車主則用智能手機來控制充電樁給電動汽車充電，是平臺的輸入端，平臺的輸出是充電終端設施，負責完成車主指令，由此構(gòu)成完整的系統(tǒng)。網(wǎng)絡層是平臺層與終端層的紐帶，提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，使用TCP/IP協(xié)議，包括有線網(wǎng)和無線網(wǎng)。充電樁可通過有線光纖網(wǎng)與平臺交互數(shù)據(jù)，智能手機則可通過無線Wi-Fi、4G網(wǎng)絡等與后臺通信。

2 系統(tǒng)組成及實現(xiàn)

系統(tǒng)由微信公眾號、Web后臺管理、WebService服務端和數(shù)據(jù)集中服務器構(gòu)成。微信公眾號相當于內(nèi)嵌的瀏覽器，提供用戶交互界面；Web后臺管理主要負責對用戶及充電樁進行管理；WebService服務端處理微信公眾號轉(zhuǎn)發(fā)的用戶請求，通過數(shù)據(jù)集中服務器將命令發(fā)送給充電樁執(zhí)行，數(shù)據(jù)集中服務器負責處理所有充電樁的連接請求，收發(fā)充電樁的通信報文，按照協(xié)議解析、轉(zhuǎn)發(fā)給WebService服務端。

2.1 微信公眾平臺

2.1.1 微信公眾號

微信公眾號的載體是微信，在微信里關(guān)注公眾號即可使用。手機內(nèi)存占用少，開發(fā)簡單快捷，用戶使用方便，易于推廣。用微信公眾號結(jié)算，解決了用戶出門帶多卡、忘帶卡無法充電的煩惱，解決了跨運營商、跨地區(qū)結(jié)算的難題。

2.1.2 微信公眾平臺開發(fā)

微信是騰訊公司于2011年推出的一款通過網(wǎng)絡快速發(fā)送語音短信、視頻、圖片和文字，支持多人群聊的手機聊天軟件。微信公眾平臺是在微信的基礎(chǔ)上新增的功能模塊。在微信公眾平臺上，個人和企業(yè)可以申請一個微信公眾賬號，實現(xiàn)和特定群體的文字、圖片、語音等全方位溝通、互動[6]。

微信公眾號開啟微信公眾平臺的“開發(fā)模式”，可以使用公眾平臺的接口開發(fā)程序與用戶進行消息交互。用戶關(guān)注了微信公眾號后，可以向該公眾號發(fā)送消息，消息通過網(wǎng)絡到達微信后臺，微信后臺將該消息轉(zhuǎn)發(fā)到平臺服務器，服務器接收并解析消息，從數(shù)據(jù)庫查詢數(shù)據(jù)或下發(fā)命令給充電樁執(zhí)行，將結(jié)果返回給微信后臺，微信后臺將結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給微信客戶端，公眾號回復的消息到達用戶手機[7]。系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互見圖2。

在此數(shù)據(jù)交互過程中，微信就相當于平臺的內(nèi)置瀏覽器，程序員開發(fā)的平臺服務器要能夠接收微信后臺發(fā)送的用戶請求，并實現(xiàn)自己的業(yè)務邏輯，將用戶需要的數(shù)據(jù)返回給微信后臺，該部分功能由WebService服務端完成。

2.1.3 電動汽車充電微信公眾號實現(xiàn)功能

通過需求分析，本平臺主要實現(xiàn)電動汽車的充電和支付功能，具體菜單包括掃碼充電、充電進度、充電記錄、電樁搜索、充電預約5項。充電流程如圖3所示，其中涉及到WebService方法，有連接握手、驗證充電樁合法性、下發(fā)開始充電、查詢充電樁狀態(tài)、下發(fā)結(jié)束充電、保存/查詢充電記錄、設置電價、解鎖或鎖定充電樁、微信充值、查詢充值記錄、查詢賬戶信息等，具體開發(fā)步驟詳見微信公眾平臺開發(fā)者文檔，在此不再贅述。平臺與充電樁通過Socket進行通信，公眾號使用RPC方式調(diào)用WebService，下面詳述Socket服務器開發(fā)和WebService服務端開發(fā)。

2.2 數(shù)據(jù)集中服務器實現(xiàn)

數(shù)據(jù)集中服務器決定著平臺的充電樁接入容量，主要通過Socket實現(xiàn)，而充電樁與服務器是長連接，需要異步通訊，故服務器采用Socket + 異步回調(diào)方法，大概能接入7 500個客戶端，這對于中小型運營商已經(jīng)足夠。

在異步模式下，服務器使用BeginAccept（）方法和EndAccept（）方法來完成連接到客戶端的任務。BeginAccept在異步方式下傳入連接嘗試，不必等待連接建立就可執(zhí)行后面程序。注意在調(diào)用BeginAccept（）之前，必須使用Listen方法來偵聽是否有連接請求。

使用BeginAccept（）的基本流程：①創(chuàng)建本地服務節(jié)點，并新建套接字與本地服務節(jié)點進行綁定；②在端口上偵聽是否有新的連接請求；③請求接入新的連接，傳入Socket實例。

當BeginAccept（）方法調(diào)用后，一旦有新的連接發(fā)生，將調(diào)用回調(diào)函數(shù)，而該回調(diào)函數(shù)必須用來結(jié)束接入連接操作的EndAccept（）方法?？蛻舳瞬捎肅onnect（）請求連接，建立連接后，可與服務器端進行數(shù)據(jù)通信。服務端用BeginSend（）和EndSend（）方法發(fā)送數(shù)據(jù)，用BeginReceive和EndReceive來接收數(shù)據(jù)。

為使服務器具有很高的響應速度且控制簡單，采用程序阻塞的方式處理充電樁的連接，也即線程同步。.Net提供了EventWaitHandle類，即事件等待句柄來表示一個線程的同步事件，該類允許線程通過互發(fā)信號和等待彼此的信號來達到線程同步的目的。此類有2個子類，分別為AutoRestEevnt（自動重置）和ManualRestEvent（手動重置）。

本程序采用ManualRestEvent對象創(chuàng)建一個等待句柄，在調(diào)用BeginAccept方法前使用Reset方法允許其它線程阻塞；為了防止在連接完成之前對套接字進行讀寫操作，務必要在BeginAccept方法后調(diào)用WaitOne讓線程進入阻塞狀態(tài)。當有連接接入后，系統(tǒng)會自動調(diào)用回調(diào)函數(shù)，所以當代碼執(zhí)行到回調(diào)函數(shù)時，說明連接已經(jīng)成功，并在函數(shù)的第一句就調(diào)用Set方法讓處于等待的線程可以繼續(xù)執(zhí)行。

2.3 WebService技術(shù)

2.3.1 WebService技術(shù)簡介

WebService是一種通過Web部署提供對業(yè)務功能訪問的技術(shù)，通過它能使運行在不同機器上的不同應用無需借助附加的、專門的第三方軟件或硬件，就可相互交換數(shù)據(jù)或集成。Web Service將消息以XML格式編碼，并將消息通過標準的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（如HTTP）發(fā)送出去，與其它應用程序進行通信。

WebService是面向?qū)ο蟮姆阵w系結(jié)構(gòu)（SOA），包括3個關(guān)鍵技術(shù)：SOAP、WSDL和UDDI。WebService的開發(fā)者借助UDDI（Universal Description， Discovery and Integration，通用描述、發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議）在互聯(lián)網(wǎng)上公布Web Service。任何語言、任何平臺上的客戶都可以閱讀WSDL（Web Service Description Language）文檔，通過SOAP調(diào)用這個WebService[8]。

2.3.2 WebService技術(shù)實現(xiàn)

鑒于快速開發(fā)需求，我們采用C#開發(fā)電動汽車充電運營平臺，開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2010；平臺使用SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫管理用戶、存儲充電記錄和充值記錄。

考慮平臺的擴展性，采用三層架構(gòu)體系（3-tier application）。通常意義上的三層架構(gòu)就是將整個業(yè)務應用劃分為：表示層（UI）、業(yè)務邏輯層（BLL）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL）。表示層（UI）用于顯示數(shù)據(jù)和接收用戶輸入的數(shù)據(jù)，為用戶提供一種交互式操作界面；業(yè)務邏輯層（BLL）操作數(shù)據(jù)訪問，對數(shù)據(jù)業(yè)務進行邏輯處理；數(shù)據(jù)訪問層（DAL）負責數(shù)據(jù)庫的訪問，可以訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、二進制文件、文本文檔或XML文檔。區(qū)分層次的目的是為了體現(xiàn)“高內(nèi)聚，低耦合”的思想。此外還需要Model實體類來傳遞數(shù)據(jù)。

（1）在SQL Server 2008中建好用戶表、充電記錄表、用戶與充電記錄表之間的關(guān)系表、充值記錄表、用戶與充值記錄表之間的關(guān)系表。

（2）在VS2010中新建結(jié)構(gòu)工程，分別是Model層、DAL層、BLL層、UI層。

（3）使用三層結(jié)構(gòu)代碼生成器連接數(shù)據(jù)庫，生成相應的Model和DAL層，并復制到相應的VS2010工程后，作相應修改，使DAL層能訪問數(shù)據(jù)庫。在UI層添加Web代碼，構(gòu)建用戶管理和充電樁管理界面。

（4）在BLL層完成數(shù)據(jù)庫邏輯操作，包括用戶的增刪改查、充電記錄的增查等。充電實時控制的相關(guān)命令需與充電樁進行通信，使用Socket編程，按照已經(jīng)規(guī)定的協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。

（5）在VS2010中新建WebService工程，調(diào)用BLL層的函數(shù)實現(xiàn)服務方法。使用IIS將Web服務發(fā)布到相應的服務器，供微信公眾號開發(fā)者和Web前端調(diào)用。數(shù)據(jù)集中服務器在Web訪問時必須啟動，即將監(jiān)聽函數(shù)寫在Global.asax的Application_Start函數(shù)中。為了防止Web無訪問造成充電樁無法連接服務器，可利用網(wǎng)頁緩存過期方法來定時訪問Web。

3 應用實例

筆者實驗室與某充電樁運營商合作共同研發(fā)了基于微信的電動汽車充電運營平臺，目前應用于龍門寺高速服務區(qū)。用戶開車到充電樁附近，關(guān)注公眾號并授權(quán)，會收到用戶余額信息，見圖4。若余額不足，則需選擇菜單欄“賬戶”/“充值”對賬戶進行充值，成功后方可進行充電操作。通過掃描充電樁上二維碼，會顯示圖5所示界面，包括充電樁信息、用戶余額以及充電方式選擇，可選擇定額充電或定時充電，如果都不填，則默認為充滿為止。輸入用戶密碼，點擊“開始充電”?？蛇x擇“充電”/“充電進度”查詢充電進度。如果是交流樁，充電進度界面會顯示充電時間或充電金額信息；如果是直流樁，除顯示以上信息外，還會顯示電池SOC值、電池溫度和電池電壓。在充電進度界面下可根據(jù)需要提前結(jié)束充電。如不提前結(jié)束，則充電樁將按要求正常結(jié)束充電、生成充電記錄、完成扣費并通知用戶。“充電記錄”提供給用戶查詢，也是扣費的依據(jù)。

4 結(jié)語

本文設計并實現(xiàn)了基于微信的電動汽車充電運營平臺，為電動汽車充電提供了一種解決方案。使用微信公眾平臺和WebService技術(shù)開發(fā)運營商平臺，簡單快捷，擴展性好，用戶只需微信掃一掃即可實現(xiàn)充電，使用方便。后期將建設電動汽車充電運營統(tǒng)一管理平臺。

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[6] 鐘志勇.微信公眾平臺應用開發(fā)實戰(zhàn)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[7] 微信公眾平臺開發(fā)者文檔[EB/OL]. http：//mp.weixin.qq.com/wiki/home/

[8] 房曉東.ASP.NET從入門到精通[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

（責任編輯：杜能鋼）