1引言

現(xiàn)今電動車因環(huán)保、便捷、經(jīng)濟(jì)等特性在小區(qū)居民中使用十分廣泛，可隨之也出現(xiàn)了一些問題。目前小區(qū)居民深感電動車充電不方便、不安全、費(fèi)用繳納明細(xì)不清晰，一些小區(qū)雖然安裝了充電樁，但是站點(diǎn)有限，管理不太方便且成本比較高。除此以外，小區(qū)內(nèi)電動車大多要求在停車棚統(tǒng)一充電，采用刷卡或投幣消費(fèi)，在支付方式上存在著一定的局限和落后。因充電設(shè)備之間未聯(lián)網(wǎng)，用戶無法對卡余額實(shí)時查詢管理，因此電動車充電設(shè)施的建設(shè)和完善越來越重要，在這種需求下，本文提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動車智能充電系統(tǒng)。

2需求分析

2．1功能需求分析

(1)需要對充電設(shè)備及電動車運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時檢測監(jiān)控，充電控制器通過ZigBee接入互聯(lián)網(wǎng)，管理員通過系統(tǒng)查看并將信息及時推送反饋給用戶。(2)系統(tǒng)提供信息查詢，充電管控等功能，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，收集充電樁上傳的數(shù)據(jù)信息，把充電樁統(tǒng)一管理起來。

(3)系統(tǒng)要具有安全防護(hù)功能來保護(hù)充電樁設(shè)備，可通過實(shí)時檢測內(nèi)部溫度傳感器節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)的信息，一旦充電樁運(yùn)行時遇到異常情況自發(fā)采取相應(yīng)防護(hù)措施并立即通知車主。(4)充電時能夠定時充電，充滿自動斷電，有效保護(hù)電動車電池壽命，防止因電動車充電造成的火災(zāi)。

(5)在智能充電樁終端內(nèi)嵌入安全芯片，“一終端一密鑰”，電動車用戶在使用Ic卡付費(fèi)的過程中，個人信息將會得到加密處理。(6)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)與微xin對接，用戶在微xin可查看消費(fèi)記錄，充電時也可在線支付，遠(yuǎn)程操控充電。

2.2性能需求分析

(1)?即時性：系統(tǒng)對電動車的定位、信息獲取都應(yīng)保證數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)的實(shí)時性，及時對客戶端顯示界面進(jìn)行刷新，為用戶提供實(shí)時性的服務(wù)。(2)?準(zhǔn)確性：系統(tǒng)充電信息、電動車用戶消費(fèi)充值信息顯示、緩存等流程或功能上均應(yīng)保證信息的準(zhǔn)確性。

(3)?安全性：在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過程中應(yīng)進(jìn)行信息的校驗(yàn)和加密防止信息泄露，系統(tǒng)集成時應(yīng)對代碼進(jìn)行加密防止知識產(chǎn)權(quán)流失。(4)?快速性：啟動速度、界面切換速度、與服務(wù)器交互的網(wǎng)絡(luò)速度都要做到盡可能的快。

3相關(guān)技術(shù)

3．1技術(shù)應(yīng)用背景介紹，隨著互聯(lián)網(wǎng)移動支付興起與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，可通過zig—bee網(wǎng)絡(luò)，把充電設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，并將電動車充電系統(tǒng)與移動支付結(jié)合。本文設(shè)想利用傳感器，對充電樁實(shí)時監(jiān)控，通過該系統(tǒng)能夠有效管理小區(qū)內(nèi)電動車的充電，具有定時充電，手機(jī)支付，充滿自動斷電，隨時監(jiān)控充電狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，讓小區(qū)電動車充電變得智能化、人性化。

3．2無線傳感網(wǎng)絡(luò)，Zigbee網(wǎng)絡(luò)由一個協(xié)調(diào)器，多個路由器，多個終端設(shè)備。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低成本的雙向無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。本系統(tǒng)采用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)主要為搭建充電樁本地的無線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信。

3．3二維碼，用戶可以通過掃描充電點(diǎn)二維碼來充值繳費(fèi)，每個充電點(diǎn)的二維碼，用戶使用前掃描二維碼確定機(jī)器號后，付款購買充電時長*后便可以使用該充電點(diǎn)充電。

4系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)

4．1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)將通過布置在充電樁周圍的ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)，把集成與智能傳感器裝入充電樁中，每一個充電樁作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)；安置一個無線通信設(shè)備，對充電樁狀態(tài)參數(shù)采集，每個電動車設(shè)有ID標(biāo)識，傳感器可感知電動車；通過擴(kuò)展多種傳感器，設(shè)計(jì)了充電樁自身的保護(hù)功能；通過充電用戶與充電樁的交互來實(shí)現(xiàn)用戶的身份識別功能，余額識別功能；電動車成了物聯(lián)網(wǎng)一部分，系統(tǒng)就可對充電設(shè)備及電動車運(yùn)行情況實(shí)時檢測監(jiān)控。

4．2功能模塊設(shè)計(jì)

4．2．1信息管理模塊

(1)?用戶信息管理：包括用戶基本信息，用戶消費(fèi)充值信息用戶信息修改查詢等；(2)?充電樁管理：包括充電樁工作狀態(tài)信息，充電樁消費(fèi)歷史記錄，信息采集后經(jīng)系統(tǒng)處理存儲到數(shù)據(jù)庫中以供查詢。(3)?充值卡管理：包括建立充值卡人員檔案信息；充值卡操作，提供充值卡開戶、銷戶、掛失、補(bǔ)卡等操作；充值卡充值，讀取充值卡信息，充值前，驗(yàn)證充值卡狀態(tài)是否正確。

4．2．2充電模塊，用戶使用微xin小程序掃描插座上的二維碼獲得接入充電插座的ID，通過網(wǎng)絡(luò)獲取當(dāng)前接入位置的充電服務(wù)，選擇充電時間或金額，微xin支付完成充電命令經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器，即可充電。

4．2．3界面顯示模塊，界面顯示模塊是人機(jī)交互接口，在本系統(tǒng)中有登錄窗口、主界面窗口、開戶／銷戶／充值窗口、用戶個人信息查詢窗口、充值／消費(fèi)記錄查詢窗口等

4．2．4微xin接口模塊

(1)智能充電樁具備地圖應(yīng)用功能，可以通過地圖查詢小區(qū)充電樁的位置信息。(2)通過微xin顯示智能充電樁的各種狀態(tài)如空閑、故障、正在使用、己預(yù)約等。(3)系統(tǒng)具有充電結(jié)算功能，通過賬戶和微xin賬戶等綁定，可定額、定量、定時等。(4)實(shí)現(xiàn)對智能充電裝置的設(shè)置和控制，包括開始充電、取消預(yù)約、停止充電等。(5)用戶可在微xin上查詢個人信息，消費(fèi)充值記錄，充電數(shù)據(jù)詳情(次數(shù)、累計(jì))。

5后臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程是在給定的DBMS中表達(dá)用戶的需求，并將其轉(zhuǎn)換為有效的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，構(gòu)成較好的數(shù)據(jù)庫模式的過程。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)兩部分。

5．1數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)是將需求分析階段得到的用戶需求和數(shù)據(jù)需求抽象為開發(fā)人員和用戶能夠理解的概念模型的過程。本系統(tǒng)中包含的實(shí)體主要有充電樁、電動車、用戶、管理員、消費(fèi)記錄、充值記錄六個。各實(shí)體問的聯(lián)xi如下：充電樁由管理員管理和用戶使用，電動車屬于用戶，消費(fèi)記錄和充值記錄由用戶查看和管理員查看管理，用戶和充電樁之間通過刷卡掃碼等方式建立聯(lián)xi，電動車和充電樁之間通過充電活動建立聯(lián)xi。

5．2數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)是利用轉(zhuǎn)換規(guī)則將概念數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為初始關(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。本系統(tǒng)中，各個實(shí)體表包括各個實(shí)體的關(guān)鍵字和屬性。用戶或管理員與消費(fèi)記錄為一對多聯(lián)xi，用戶或管理員與充值記錄為一對多聯(lián)xi，用戶與電動車為一對多聯(lián)xi，管理員與充電樁為一對多聯(lián)xi，用戶與充電樁為多對多聯(lián)xi，充電樁與電動車為多對多聯(lián)xi。充電表為充電樁和電動車的中間表，主鍵由充電樁和電動車的主鍵組合構(gòu)成。關(guān)系表中的每一個分量都不可分，所有的非主屬性完全依賴于其主關(guān)鍵字，且表中任意非主屬性都不傳遞依賴于主關(guān)鍵字。因此，該數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)滿足3NF。

本文在已有的電動車智能充電裝置和系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對小區(qū)電動車智能充電系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)需求分析和功能需求分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型，利用MySQL完成了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建；用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(Zigbee網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等)完成系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。完善已有系統(tǒng)的不足，強(qiáng)化數(shù)據(jù)加密部分，保障充電樁安全、有效運(yùn)行，注重人機(jī)交互，使用戶可以自行鑒權(quán)，實(shí)現(xiàn)充電樁智能化。

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