淺談基于WSN監(jiān)控的電動汽車并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計與研究

時間：2021-08-26作者：安科瑞電子商務（上海）有限公司瀏覽：36

朱鹍


安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801


 


摘要：針對傳統(tǒng)使用VIX總線采集電動汽車并行數(shù)據(jù)方法的不足之處，提出依托WSN監(jiān)控的并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方式。在深入分析電動汽車充電樁傳感器節(jié)點分布狀況基礎上，對電動汽車路面節(jié)點分布定位實施融合處理，通過WSN監(jiān)控法構建并向數(shù)據(jù)信心傳輸信道模型，并借助DSP數(shù)字處理芯片對系統(tǒng)硬件電路展開設計。經(jīng)仿真實驗證實，所用系統(tǒng)采集的并行數(shù)據(jù)準確率較高，能夠?qū)嵤┎杉妱悠囘\行狀態(tài)數(shù)據(jù)并實施融合處理，提升對這類汽車實際運行時的監(jiān)控及管理能力。


關鍵詞：WSN監(jiān)控；電動汽車；并行數(shù)據(jù)采集；設計


引言


隨著能源及環(huán)境問題日益嚴峻，傳統(tǒng)需要燃油的汽車引起多人的擔憂。因電動汽車展現(xiàn)出環(huán)保、節(jié)能等特征，越來越多將目光瞄準電動汽車，期望通過電動汽車改善環(huán)境污染、降低對于石油的依賴。電動汽車就是以燃料電池為動力電源的一種汽車，所用電池化學反應中不會出現(xiàn)有害產(chǎn)物，且支持采用充電的方法補充能量。從環(huán)境保護及節(jié)約能源視角分析，電動汽車作為理想狀態(tài)下的車輛，具有良好的應用前景。但電動汽車充電問題方面的研究依然不夠成熟，因充電站及充電樁的顯著，如何*定位及搜索充電站，成為促進電動汽車發(fā)展的重要依據(jù)。通過采集電動汽車運行條件下的并行數(shù)據(jù)，*定位、搜索電動汽車充電樁及充電站，成為有效解決電動汽車發(fā)展的熱點問題。有學者研究指出，依托LLC諧振逆變控制的電動汽車處于運行條件下采集并行數(shù)據(jù)，并利用AD7656-1AD轉(zhuǎn)換芯片提取節(jié)能控制特征，但這種方法會使得控制環(huán)節(jié)發(fā)生耦合失真的情況，不具有良好的數(shù)據(jù)采集性能。針對以上問題，本研究提出基于WSN監(jiān)控設計電動汽車并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方式。


一、設計電動汽車傳感器節(jié)點分布模型


電動汽車實際行駛過程中，由于受到供電情況等問題的限制，需要對汽車運行環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)展開實時采集。本研究使用WSN傳感器網(wǎng)絡監(jiān)控模型，通過中間件技術完成對于電動汽車充電站網(wǎng)絡異構數(shù)據(jù)的融合，以此合理分布電動汽車傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，并利用物聯(lián)網(wǎng)及WSN分布技術將電動汽車組成相應地車載傳感器網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)實時監(jiān)控，所設計的模型如圖1所示。






圖1構建電動汽車WSN網(wǎng)絡模型結(jié)構


二、系統(tǒng)融合算法及硬件設計


1、融合算法分析


基于WSN監(jiān)控對電動汽車并行數(shù)據(jù)進行分發(fā)及采集操作，WSN尾節(jié)點接收后方頭節(jié)點數(shù)據(jù)時，采用車輛不同節(jié)點之間的交互性評估車載多信道情況，車輛節(jié)點運用射頻識別技術完成數(shù)據(jù)狀態(tài)收發(fā)，并實施傳輸。獲得相應地迭代方程：






其中，Rn表示發(fā)送信標信息后需考慮當前網(wǎng)絡狀態(tài)參數(shù)，若在T時間對電動汽車狀態(tài)進行檢測，其閥值Rn比Rmax小，接收到前方車輛鄰居節(jié)點信道列表之內(nèi)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Rn，Rn求解公式為：






明確車輛節(jié)點射頻接口后，采用并行動態(tài)跟蹤法對電動汽車的射頻接口實施融合處理，并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k次迭代信道處于繁忙的狀態(tài)時間，x1(k)表示電動汽車并向數(shù)據(jù)所提取的特征結(jié)果，根據(jù)以上分析，獲得電動汽車并行數(shù)學采集系統(tǒng)結(jié)構模型，如圖2所示






圖2電動汽車并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計


 


根據(jù)上述系統(tǒng)設計，通過HPE1433A建立與之對應的整流二級管輸入電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，x、y軸方向的陣元間距分別設置為dx、dy，每一個HPE1433A均有TTL電平外部觸發(fā)輸入，獲取相應地觸發(fā)電平功率補償增益：






利用較小方差估算，順利完成對于系統(tǒng)并向采集線圈的死鎖邏輯控制，并測定每一個傳感器陣元，對于所輸出Xi(t)依次加權ωi(θ)，依托求方差獲得控制電路輸出的v(t,θ)，即：






2、系統(tǒng)硬件設計


 


傳統(tǒng)利用VIX總線采集方式獲取電動汽車并行數(shù)據(jù)，由于電動汽車分布空間和節(jié)點不斷增加，并行總線上*發(fā)生數(shù)據(jù)擁堵的情況，引起監(jiān)測性能不良[5-8]。為有效克服傳統(tǒng)方式的不足之處，本研究依托WSN監(jiān)控提出電動汽車并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方式。通過這種方法雕制并行數(shù)據(jù)信息傳輸信道模型，獲得相應地數(shù)據(jù)調(diào)制過程，如圖3所示。






圖3調(diào)制并行數(shù)據(jù)信息傳輸信道模型效果


基于此，利用DSP數(shù)字處理芯片對系統(tǒng)硬件電路展開設計。所設計的電動汽車并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均運用電壓信號合理控制D/A電路，通過DSP數(shù)字信號處理芯片完成系統(tǒng)的主控電路設計，AD554芯片所輸出的較大范圍是±15V[9-11]。對系統(tǒng)進行設計時，D/A電路采用AD5545、AD8674，獲得所采集的并行數(shù)據(jù)。


 


電動汽車充電線路中的磁場分布位置。通過兩個PI控制器完成電流波形整流控制，獲得系統(tǒng)輸出阻抗及諧振角頻率：






此時，WSN監(jiān)控節(jié)點設定的供電范圍是5~15V，AD5545兩路輸出利用運放AD8674展開數(shù)模轉(zhuǎn)換，好地模擬電源、地間增加10uF電容對系統(tǒng)實施去耦、濾波處理[13-15]。根據(jù)2.5V電壓基準，AD5545數(shù)字接口利用電容實現(xiàn)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，依托對偏差補償進行測量，能有效提升數(shù)據(jù)采集可靠性。


三、系統(tǒng)測試與性能分析


 


系統(tǒng)要把采集的并行數(shù)據(jù)到計算機中，并對其開展合理的組織，構建完整的電動汽車并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采用不同傳感器、變換器測量不同的數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為電信號。計算機依托數(shù)據(jù)采集卡獲取相應的數(shù)據(jù)，并重視保存數(shù)據(jù)，并將結(jié)果表示為便于理解的方法表達出來，如圖4所示。






圖4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構成框圖


四、安科瑞充電樁運營管理平臺


 


1、系統(tǒng)架構






安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)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、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制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(lián)網(wǎng)，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體功能如下：


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(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。


交易結(jié)算：充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表


用戶管理：用戶注冊，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(jié)算，導航等


微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能


數(shù)據(jù)服務：數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析


變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理，即當負荷過百分之五十時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當變壓器負荷過百分之八十時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。


2、平臺功能


2.1平臺登錄


 


在瀏覽器打開云平臺鏈接、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信息。






2.2平臺首頁


 


平臺首頁總覽每天的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統(tǒng)計。






2.3實時監(jiān)控


l  充電站監(jiān)控


 


充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等，匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數(shù)、總電量、總時長，進行負荷限制、故障查詢。






l  充電槍監(jiān)控


 


充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。






2.4微信小程序


l  搜索與使用


 


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






l  授權登錄界面


 


用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會進入這個頁面，需要用戶授權登錄才可以進入小程序主功能頁面，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功能，在地圖上查看到當前所在區(qū)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面，可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當前的賬戶余額，電價和預計可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進進行評價。






l  個人信息


 


個人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱和余額，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平臺服務器：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。


 


硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）






若客戶自己租用阿里云服務器，服務器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同，分別如下：


 


3.2現(xiàn)場硬件配置清單：






作者簡介：朱鹍，女，就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為企業(yè)能源管控



安科瑞電子商務（上海）有限公司專注于變電所運維云平臺,安全用電管理云平臺,環(huán)保用電監(jiān)管云平臺等, 歡迎致電 15000353138

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