基于移动端的电动车充电状态监测系统设计开题报告
2022-01-25 11:01
全文总字数：6447字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
随着社会的发展,民众的安全意识不断提高,对交通工具的安全需求也在提高。电动车具有能源清洁，方便快捷，能缓解城市交通拥堵等优点。然而电动车充电不当使得电动车起火等安全事故频发，严重威胁着广大市民的人身安全，对社会财产造成损失。因此，对电动车充电状态进行监测，以便及时发现潜在危险，减少损失显得尤为重要。目前，我国大多数电动车车主对电动车的充电状态没有采取任何监测措施，小区内部的公用充电桩只能显示部分充电数据，且只能本地显示。如果能够利用单片机和wifi传输技术将电动车的各项充电数据上传到手机移动端，车主就可以及时查看电动车的充电进度和充电异常状况，在提示充电完成或充电异常时及时停止充电，这样不仅可以避免因过度充电导致的电瓶老化和充电成本增加，而且能有效地避免安全事故的发生，实现安全高效的充电。实现对电动车充电状态的监测需要依靠单片机来接收和处理采集的充电数据并上传。stm32系列产品基于超低功耗的arm cortex-m0处理器内核，整合增强的技术和功能，瞄准超低成本预算的应用。该系列微控制器缩短了采用8位和16位微控制器的设备与采用32位微控制器的设备之间的性能差距，能够在经济型用户终端产品上实现先进且复杂的功能，因此本设计将采用stm32单片机来整合各个参数采集电路，把电流、电压、充电量、充电进度、温度等监测电路接入stm32单片机，通过单片机将接收到的数据进行处理并发送，实现对充电数据的采集处理和发送功能。 将电动车的充电状态参数从单片机上传到移动端必须借助远距离无线传输技术。wi-fi无线通信技术近年来发展迅速，以其传输可靠性强、速率高、传输距离远和组网灵活等优点，在我国获得广泛的应用。目前，我国大部分城市的居民小区都实现了wi-fi全覆盖。wi-fi的通信距离最高可以达到300米，如果使用天线技术可以达到1000米。wi-fi技术一般采用的是2.4ghz 的频段， 基于ieee802．11标准，传输速度可达 11mbit/s。系统总体结构中需设置无线接入点。在系统上位机与下位机之间使用socket技术和 tcp/ip协议来实现无线数据的传输。系统上位机与下位机之间构成 c/s结构，上位机作为服务器端处理下位机传来的数据。本设计中利用wi-fi 模块将下位机 stm32 单片机与用户移动控制端连接，将单片机中收集处理的电动车充电数据上传到用户的手机app中，让车主能够随时通过手机软件掌握电动车充电的状况，在保证安全，降低成本的同时节省了车主的时间。实现直观地远程监测充电状态需要开发能够远距离实时接收并显示电动车充电状态的手机软件。c#语言是一种面向对象，可编写跨平台app客户端的程序开发语言。用c#语言开发手机客户端软件有很强的通用性和平台移植性，app的安全性和高效性也较为突出，所以，c#语言在手机客户端应用开发方面应用广泛。本设计中采用c#语言开发一款手机app，用来显示电动车充电状态，方便快捷，高效省力。 本设计意义在于通过基于移动端的电动车充电状态监测系统，对电动车的充电数据进行收集处理并发送到移动端进行显示，从而达到使电动车车主能通过手机app随时查看电动车充电状态的目的。本设计一种通过单片机技术、wi-fi传输技术和c#编程软件开发技术，设计了一种基于移动端的电动车充电状态监测系统，对现有的电动车充电监测技术进行整合升级。该系统通过参数采集电路来收集电动车的电压、电流、温度、充电量、充电进度等充电数据，并通过单片机来接收和处理这些数据，然后利用wi-fi传输技术无线远距离传输到使用c#语言编写开发的手机app中进行显示。该系统不仅能让车主通过手机移动端远程地查看电动车的充电状态，而且能在发生充电异常状况时能及时警告车主，让车主及时采取措施，避免发生事故发生。
国内外研究现状
目前我国对电动车充电状态的监测主要还停留在本地监测阶段，大多数充电桩通过监测电动车充电量进行计量收费，但是并没有对电瓶温度一类的重要安全参数进行监测，也无法将测得的数据传送到手机端供车主随时查看，一些公用电动车棚甚至没有设置任何监测设施。总体来说，电动车的充电状态监测技术较为落后，对充电时的状态参数采集不够全面，无法准确分析充电安全与否，出现了充电异常状况或充电完成，也不能第一时间告知电动车车主。为了降低电动车充电时的安全隐患和充电成本，同时延长电动车使用寿命，国内一些学者对电动车的充电状态监测技术进行了研究。但有的在无线数据传输上采用作用距离较短的蓝牙通信技术，有的在设计时采用成本较高的组成方式。
国内目前对于电动车充电状态监测的研究还处于不断的发展和改进阶段，一些优秀的学者对电动车充电状态的监测系统做出了不同的尝试与研究。江苏南通职业大学的倪建华，葛维军等人进行了基于物联网的电动车充电监测系统的研究。这项研究利用物联网智能手机互联网三位一体，构成了一套完整的电动车充电智能监测系统，利用安装在充电器中的单片机测量电池电压电流以及环境温度等参数，利用蓝牙串口模块与智能手机构成物联网进行无线通信，上传电池充放电数据。但是这种基于蓝牙串口传输模块的无线通信技术传输距离较短，且信号不够稳定，在电动车主行动地点距离充电地点较远时可能无法接收到充电数据[1]。广州三川控制系统工程设备有限公司的郑贵林等人公开了一种基于物联网的电动车充电控制系统,该系统包括中心服务器和分布在待监测区域的至少两个分站，各分站与中心服务器通过无线网络连接。该系统的特征是将控制器的输入端和报警装置分别连接至单相交流电线路,控制器的每个通道的输出端依次连接智能电表和固定式插座,固定式插座旁边设置有供移动网络终端识别的二维码,该二维码链接至中心服务器。但是这种设计方式会使成本大大增加，造成公共资源的损失[4]。成都奥尼克斯科技有限公司杨铭，刘行英等人研究出一种基于网络控制的电瓶车充电管理系统，该系统用主处理器统计充电装置的工作状态，通过通信模块上传到服务器通信客户终端。该系统可用于在线缴费、在线调整对应功率调整器的参数、在线查看充电状态以及在线接收服务器优惠活动信息。但此方案对电动车充电参数的采集并不全面，无法获知电动车电瓶或者充电器过热等问题，存在巨大的安全隐患[2]。
2. 研究的基本内容
本毕业设计以STM32单片机为核心，利用包括电流充电量监测模块，电压充电进度监测模块，温度监测模块，时钟模块，Wi-Fi模块，手机移动端和电源模块等实现对电动车充电状态的监测。该系统通过参数采集电路来电动车的电压、电流、温度、充电量、充电进度等充电参数，并通过单片机来接收和处理这些数据，将处理过的数据利用Wi-Fi通信模块传输到移动端的手机APP中。该系统不仅能让车主通过手机移动端远程地查看电动车的充电状态，而且能在发生充电异常状况时能及时警告车主，让车主及时采取措施，避免发生事故发生。
本设计可以帮助电动车车主降低充电成本，延长电瓶寿命，避免电瓶爆炸起火等事故发生，为绿色出行提供了安全保障。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
本设计的包括电流监测模块，充电量监测模块，电压及充电进度监测模块，温度监测模块，时钟模块，单片机模块，wi-fi模块，手机移动端和电源模块等，系统原理框图如下图所示。
4. 参考文献
[1]倪建华.基于物联网的电动车充电监测系统研究[j].电脑编程技巧与维护，2016，2016(22):20-21.
[2]杨铭. 基于移动网络控制的电瓶车充电管理系统：中国，201711295952.0[p].2018-04-20.
[3] 修连成.一种小型电动自行车充电控制装置:中国，201721845970.7[p].2018-07-03.
