淺談基於WSN監控的電動汽車並行數據采集係統設計與研究

侯文莉

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：針對傳(chuan) 統使用VIX總線采集電動汽車並行數據方法的不足之處，提出依托WSN監控的並行數據采集係統設計方式。在深入分析電動汽車充電樁傳(chuan) 感器節點分布狀況基礎上，對電動汽車路麵節點分布定位實施融合處理，通過WSN監控法構建並向數據信心傳(chuan) 輸信道模型，並借助DSP數字處理芯片對係統硬件電路展開設計。經仿真實驗證實，所用係統采集的並行數據準確率較高，能夠實施采集電動汽車運行狀態數據並實施融合處理，提升對這類汽車實際運行時的監控及管理能力。

關(guan) 鍵詞：WSN監控；電動汽車；並行數據采集；設計

引言

隨著能源及環境問題日益嚴(yan) 峻，傳(chuan) 統需要燃油的汽車引起更多人的擔憂。因電動汽車展現出環保、節能等特征，越來越多國家將目光瞄準電動汽車，期望通過電動汽車改善環境汙染、降低對於(yu) 石油的依賴。電動汽車就是以燃料電池為(wei) 動力電源的一種汽車，所用電池化學反應中不會(hui) 出現有害產(chan) 物，且支持采用充電的方法補充能量。從(cong) 環境保護及節約能源視角分析，電動汽車作為(wei) 理想狀態下的車輛，具有良好的應用前景。但電動汽車充電問題方麵的研究依然不夠成熟，因充電站及充電樁的顯著，如何迅速定位及搜索充電站，成為(wei) 促進電動汽車發展的重要依據。通過采集電動汽車運行條件下的並行數據，迅速定位、搜索電動汽車充電樁及充電站，成為(wei) 有效解決(jue) 電動汽車發展的熱點問題。有學者研究指出，依托LLC諧振逆變控製的電動汽車處於(yu) 運行條件下采集並行數據，並利用AD7656-1AD轉換芯片提取節能控製特征，但這種方法會(hui) 使得控製環節發生耦合失真的情況，不具有良好的數據采集性能。針對以上問題，本研究提出基於(yu) WSN監控設計電動汽車並行數據采集係統設計方式。

一、設計電動汽車傳(chuan) 感器節點分布模型

電動汽車實際行駛過程中，由於(yu) 受到供電情況等問題的限製，需要對汽車運行環節的數據展開實時采集。本研究使用WSN傳(chuan) 感器網絡監控模型，通過中間件技術完成對於(yu) 電動汽車充電站網絡異構數據的融合，以此合理分布電動汽車傳(chuan) 感器網絡節點，並利用物聯網及WSN分布技術將電動汽車組成相應地車載傳(chuan) 感器網絡，從(cong) 而實現實時監控，所設計的模型如圖1所示。

圖1構建電動汽車WSN網絡模型結構

二、係統融合算法及硬件設計

1、融合算法分析

基於(yu) WSN監控對電動汽車並行數據進行分發及采集操作，WSN尾節點接收後方頭節點數據時，采用車輛不同節點之間的交互性評估車載多信道情況，車輛節點運用射頻識別技術完成數據狀態收發，並實施傳(chuan) 輸。獲得相應地迭代方程：

其中，R_n表示發送信標信息後需考慮當前網絡狀態參數，若在T時間對電動汽車狀態進行檢測，其閥值R_n比R_max小，接收到前方車輛鄰居節點信道列表之內(nei) 的總線信心，以此加大電動汽車功率消耗，獲取閑置條件下電動汽車功耗是R_n，R_n求解公式為(wei) ：

明確車輛節點射頻接口後，采用並行動態跟蹤法對電動汽車的射頻接口實施融合處理，並在位置未改變的前提下，獲得其自適應迭代步長求解公式：

以上式子中，σ2x1(k)代表第k次迭代信道處於(yu) 繁忙的狀態時間，x1(k)表示電動汽車並向數據所提取的特征結果，根據以上分析，獲得電動汽車並行數學采集係統結構模型，如圖2所示

圖2電動汽車並行數據采集係統設計

根據上述係統設計，通過HPE1433A建立與(yu) 之對應的整流二級管輸入電壓調節係統，x、y軸方向的陣元間距分別設置為(wei) dx、dy，每一個(ge) HPE1433A均有TTL電平外部觸發輸入，獲取相應地觸發電平功率補償(chang) 增益：

利用較小方差估算，順利完成對於(yu) 係統並向采集線圈的死鎖邏輯控製，並測定每一個(ge) 傳(chuan) 感器陣元，對於(yu) 所輸出X_i(t)依次加權ω_i(θ)，依托求方差獲得控製電路輸出的v(t,θ)，即：

2、係統硬件設計

傳(chuan) 統利用VIX總線采集方式獲取電動汽車並行數據，由於(yu) 電動汽車分布空間和節點不斷增加，並行總線上容易發生數據擁堵的情況，引起監測性能不良[5-8]。為(wei) 有效克服傳(chuan) 統方式的不足之處，本研究依托WSN監控提出電動汽車並行數據采集係統設計方式。通過這種方法雕製並行數據信息傳(chuan) 輸信道模型，獲得相應地數據調製過程，如圖3所示。

圖3調製並行數據信息傳(chuan) 輸信道模型效果

基於(yu) 此，利用DSP數字處理芯片對係統硬件電路展開設計。所設計的電動汽車並行數據采集係統均運用電壓信號合理控製D/A電路，通過DSP數字信號處理芯片完成係統的主控電路設計，AD554芯片所輸出的較大範圍是±15V[9-11]。對係統進行設計時，D/A電路采用AD5545、AD8674，獲得所采集的並行數據。

電動汽車充電線路中的磁場分布位置。通過兩(liang) 個(ge) PI控製器完成電流波形整流控製，獲得係統輸出阻抗及諧振角頻率：

此時，WSN監控節點設定的供電範圍是5~15V，AD5545兩(liang) 路輸出利用運放AD8674展開數模轉換，更好地模擬電源、地間增加10uF電容對係統實施去耦、濾波處理[13-15]。根據2.5V電壓基準，AD5545數字接口利用電容實現交流耦合，獲得輸出電壓：

假定V表示耦合電容C的直流偏置，依托對偏差補償(chang) 進行測量，能有效提升數據采集可靠性。

三、係統測試與(yu) 性能分析

係統要把采集的並行數據到計算機中，並對其開展合理的組織，構建完整的電動汽車並行數據采集係統。采用不同傳(chuan) 感器、變換器測量不同的數據，將其轉換為(wei) 電信號。計算機依托數據采集卡獲取相應的數據，並重視保存數據，並將結果表示為(wei) 便於(yu) 理解的方法表達出來，如圖4所示。

圖4數據采集係統構成框圖

四、安科瑞充電樁運營管理平台

1、係統架構

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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、絕緣檢測故障等一係列故障進行；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付後，係統發起充電請求，控製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模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基於(yu) TCP/IP的數據交互協議，與(yu) 雲(yun) 端進行直連。雲(yun) 平台包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體(ti) 功能如下：

資源管理：充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

交易結算：充電價(jia) 格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關(guan) 報表

用戶管理：用戶注冊(ce) ，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，充電結算，導航等

微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數據服務：數據采集，短信提醒，數據存儲(chu) 和解析

變壓器監控：監控充電站變壓器負荷，每個(ge) 充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負荷時係統自動對充電樁的進行調度管理，即當負荷超過百分之五十時，係統會(hui) 限製新增開始充電的充電樁的功率，降為(wei) 百分之五十，當變壓器負荷超過百分之八十時，係統將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為(wei) 止。

2、平台功能

2.1平台登錄

在瀏覽器打開雲(yun) 平台鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關(guan) 信息。

2.2平台首頁

平台首頁總覽每天的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，累計的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，以及相應的環比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實時監控

l  充電站監控

充電站監控頁麵監視用戶充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時長，進行負荷限製、故障查詢。

l  充電槍監控

充電樁監控頁麵充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時長等、充電電壓電流等參數。

2.4微信小程序

l  搜索與(yu) 使用

微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到，點擊後可以加入到小程序列表，如下圖所示

l  授權登錄界麵

用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會(hui) 進入這個(ge) 頁麵，需要用戶授權登錄才可以進入小程序主功能頁麵，如圖所示：

l  主功能頁

初次進入主功能頁時需要授權定位才可以使用地圖相關(guan) 功能，在地圖上查看到當前所在區域的充電站，查看充電站信息，可以進行掃碼充電操作，地圖導航等。

l  充電

掃描充電槍上的二維碼，如果當前充電樁可用即可進入充電選擇頁麵，可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當前的賬戶餘(yu) 額，電價(jia) 和預計可充電量等數據，還可以查看當前賬戶的曆史充電記錄。充電方式分為(wei) 按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結束可以進進行評價(jia) 。

l  個(ge) 人信息

個(ge) 人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱和餘(yu) 額，同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設置支付密碼等功能

3、硬件配置

3.1平台服務器：建議按照我方推薦配置購買(mai) ，或者客戶自己租用阿裏雲(yun) 資源。

推薦硬件配置清單：（如申請阿裏雲(yun) 可忽略）

若客戶自己租用阿裏雲(yun) 服務器，服務器配置根據充電槍點數的不同，分別如下：

3.2現場推薦硬件配置清單：

五、結束語

本研究中針對WSN節點監控技術，提出基於(yu) 這一監控技術的電動汽車並行數據采集係統設計，在概述係統的傳(chuan) 感器節點分布模型基礎上，詳細介紹係統融合算法及硬件設計。此外，對係統的性能展開測試，研究結果表明，使用該係統采集電動汽車並行數據準確度較高，且具有良好的融合處理能力，對於(yu) 提升電動汽車運行狀態管理能力發揮著重要的作用。

參考文獻

[1]   劉瑩，周喜平.基於(yu) WSN監控的電動汽車並行數據采集係統設計[J].科技通報，2016，32（6）:205-208，218.

[2]   李進忠，李銀蘋，史張宇.基於(yu) WSN監控的電動汽車並行數據采集係統設計與(yu) 研究

[3]   安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06版

作者簡介：侯文莉，女，  安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為(wei) 智能電網供配電