包敬海

(欽州學(xué)院，欽州 535000)

由KSWeb構(gòu)建的智能充電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

包敬海

(欽州學(xué)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(jī)為控制核心，通過KSWeb構(gòu)建PHP服務(wù)器，對外提供用戶充電服務(wù)。服務(wù)器接收到用戶發(fā)出的指令后，通過HC-06藍(lán)牙模塊與底層STC89C52進(jìn)行通信，并控制相應(yīng)線路的定時(shí)通斷。實(shí)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(diǎn)。

KSWeb；充電管理；Android；STC89C52；藍(lán)牙通信

引 言

眾所周知，電動(dòng)車具有零排放、聲音小、價(jià)格便宜、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，成為受歡迎的交通工具之一。然而電動(dòng)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(dòng)收費(fèi)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(shí)現(xiàn)貨幣電子化。

第二，計(jì)費(fèi)靈活且精度較高。一般采用單片機(jī)或PLC為下位機(jī)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(jī)。如果采用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)會(huì)大大增加使用和維護(hù)的成本，而使用常規(guī)的Linux嵌入式設(shè)備又會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)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(fēng)吹雨打太陽曬造成器件老化而導(dǎo)致觸電的危險(xiǎn)。這一點(diǎn)可以通過紅外遙控、藍(lán)牙、WiFi等多種方式實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)需求，提出KSWeb+Android+單片機(jī)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(jī)訪問充電管理系統(tǒng)，而充電管理系統(tǒng)由Android手機(jī)和底層硬件組成。該系統(tǒng)的核心部分為PHP的服務(wù)器平臺(tái)軟件KSWeb[6]，其是面向Android的開源服務(wù)器，基本上也是智能手機(jī)平臺(tái)上唯一具有實(shí)用性的服務(wù)器平臺(tái)。該架構(gòu)具有如下優(yōu)勢：①價(jià)格低廉。無需購置一臺(tái)專門的計(jì)算機(jī)，管理維護(hù)的成本也很低。目前一個(gè)多路投幣式充電站就達(dá)到上千元，而一個(gè)百元級別的低端Android手機(jī)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(fèi)、開源的PHP，資源豐富，跨平臺(tái)，設(shè)計(jì)周期短，容易升級、修改和維護(hù)。③強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)可以對用戶賬戶、貨幣、插座、時(shí)間等進(jìn)行精確控制。④用戶無需直接觸碰充電系統(tǒng)，通過手機(jī)就能獲得便捷的服務(wù)。⑤單片機(jī)通過藍(lán)牙與Android手機(jī)進(jìn)行無線通信，解決了上位機(jī)布線的難題[7]。⑥PHP具有免費(fèi)、開源、跨平臺(tái)等諸多優(yōu)點(diǎn)，性能強(qiáng)大，非常適合與Android系統(tǒng)相結(jié)合[8]。

2 硬件設(shè)計(jì)

主控芯片可以采用51、MSP430、STM32等主流控制器；擴(kuò)展芯片一般采用HD7270A、ZLG7290等串口擴(kuò)展芯片；控制器與KSWeb服務(wù)器通信芯片，可以采用HC-06藍(lán)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(shí)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(jià)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(jìn)行擴(kuò)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(shí)鐘線SCL、數(shù)據(jù)線SDA)可以接8個(gè)擴(kuò)展芯片(通過地址線A2、A1、A0進(jìn)行識(shí)別)，每個(gè)擴(kuò)展芯片可以獨(dú)立控制16條充電線路(GP0.0～GP1.7)，那么32個(gè)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(dāng)然也可以繼續(xù)增加控制器進(jìn)行擴(kuò)展。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 KSWeb服務(wù)器配置

第一，將KSWeb下載、安裝到Android手機(jī)中。當(dāng)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(chǔ)空間為50 MB，根目錄為sdcardKSWeb。這個(gè)時(shí)候無線路由器已經(jīng)為服務(wù)器分配了一個(gè)內(nèi)網(wǎng)IP，其他智能手機(jī)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(wù)器系統(tǒng)是否正常，其界面如圖3所示。

第五，將PHP頁面復(fù)制到KSWeb默認(rèn)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(jī)通信

上下位機(jī)的通信包括兩個(gè)部分：

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

② STC89C52與HC-06的串口通信程序。該藍(lán)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(yàn)的方式接收服務(wù)器的指令。指令格式為：引導(dǎo)碼，插座編號，開關(guān)控制，結(jié)束碼。其中，引導(dǎo)碼和結(jié)束碼均為255；插座編號由兩個(gè)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(shí)物測試

用戶注冊、存錢后，就可以隨時(shí)進(jìn)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(shí)，插座未啟用是不帶電的。然后，用戶通過智能手機(jī)訪問 KSWeb服務(wù)器(192.168.1.102)，選擇插座、設(shè)定起始時(shí)間后，提交即可。最后，到了對應(yīng)的起始時(shí)間，上位機(jī)程序?qū)⒅噶畎l(fā)送給下位機(jī)，對線路通斷進(jìn)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(jì)費(fèi)精度可達(dá)到0.01元，充電時(shí)間的精度達(dá)到1分鐘，靈活方便。另外，系統(tǒng)默認(rèn)時(shí)間為當(dāng)前時(shí)刻，默認(rèn)插座為第一個(gè)空閑插座，默認(rèn)充電時(shí)間為300分鐘。用戶可以手動(dòng)選擇修改，無需輸入任何內(nèi)容，即可點(diǎn)擊提交，非常方便。到了用戶設(shè)定的時(shí)間，5號插座立即通電，如圖5所示。在實(shí)踐測試中，該系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)車時(shí)代網(wǎng).電動(dòng)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(dòng)車火災(zāi)頻發(fā)三大陋習(xí)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(dòng)車快充站充電差點(diǎn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)式服務(wù)器[J].電腦愛好者,2014(17):20-21.

[7] 薛果.基于HC-06模塊的手機(jī)遙控玩具設(shè)計(jì)[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(yīng)用運(yùn)行環(huán)境的方法[J].軟件導(dǎo)刊,2015,14(11):11-13.

[9] 徐松,蔣偉.電動(dòng)車無線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[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(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2016,36(10):246-250.

[11] 薛凱,高俊強(qiáng).利用Android藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)全站儀數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆治鯷J].交通科技與經(jīng)濟(jì),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?yàn)橹悄芸刂葡到y(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(xiàng)目，基于云智能的大蠔養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(KY2016YB489)；廣西高校臨海機(jī)械裝備設(shè)計(jì)制造及控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題，面向移動(dòng)終端的港口電機(jī)無線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(GXLH2014ZD-03)。

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2016-08-11)