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基于WSN的充电桩监控与管理系统研究

作　者: 刘玺
导　师: 许江淳
学　校: 昆明理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 无线传感网络 Zigbee GPRS ARM Linux RFID 充电桩
分类号: U469.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


电动汽车的发展受其领域及设备等因素的制约,发展受到限制。其能量供给设施充电桩就是制约其发展的主要设备之一,随着电动汽车产量的不断增加并逐步取代燃油汽车,电动汽车充电桩是电动汽车大规模商业化后,针对电动汽车为应用对象而开发的不可缺少的能源服务基础设施,需要大量建设,对其的监控管理也显得越来越重要。对如此之多的充电桩如何进行监控和管理成为电动汽车产业发展急需解决的问题。目前充电桩的发展面临的诸如标准不一、成本昂贵等问题必将日益凸显,导致其监控与管理面临诸多困难,无法大量投入生产及推广使用。总之,要推广电动汽车产业的发展,电动汽车充电桩监控及管理系统技术的研究必须走在前面,只有找到一种合理的充电桩监控与管理系统的方案才能从下而上,从根本上推动电动汽车的大量推广应用。本文根据电动汽车充电桩的分布特点提出了一种基于ARM嵌入式技术的电动汽车充电桩监控管理系统方案。在本文中,使用ZigBee和GPRS无线网络通信技术构建了充电桩的分布式监控系统,设计了网络拓扑中心的sink节点和使用RFID技术实现车主身份识别、充电资格判别。本文研究了WSN(无线传感网络)的优势,和充电桩分布的特点,提出了一种基于无线网络的充电桩监控管理系统方案。利用ZigBee功耗低、组网灵活、安装方便、可移动性强的特点与GPRS成本低廉、永远在线、实时性高的特点相结合,设计了该无线传感网络的Sink节点。利用QT设计了充电终端人机交互界面,并通过RFID技术实现了车主身份识别、充电余额识别和充电资格判别,在终端平台实现了充电桩的状态监控和充电过程控制。通过对系统主要功能进行调试,结果表明：本文利用ZigBee技术适于短距离和GPRS技术适于远程监控的优势,构造的这种二者通信优势互补的无线传感网络,使得网络控制范围扩大,实现了数据全无线的远距离传输与监控。同时,设计的充电桩的消费终端系统、人机交互界面,数据库管理系统,完成了充电桩的数据采集、分析,实现了充电桩的状态监控和充电过程控制,有助于电动汽车及其充电桩的快速大量推广应用。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章 绪论  9-12
  1.1 课题的研究背景和意义  9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 充电桩发展存在的问题  10
  1.4 论文的主要工作  10-12
第二章 系统方案选择  12-16
  2.1 系统需求分析  12-13
    2.1.1 监控功能  12
    2.1.2 交互功能  12-13
    2.1.3 安全防护功能  13
  2.2 系统总体设计  13-15
    2.2.1 ZigBee无线传感器网络  14-15
    2.2.2 GPRS传输网络  15
    2.2.3 监控中心  15
  2.3 系统特点  15
  2.4 本章小结  15-16
第三章 嵌入式系统软硬件开发平台的搭建  16-23
  3.1 嵌入式系统硬件开发平台搭建  16-17
  3.2 嵌入式系统软件开发平台搭建  17-22
    3.2.1 在虚拟机上安装linux  17
    3.2.2 建立交叉编译环境  17-18
    3.2.3 u-boot的移植  18-19
    3.2.4 Linux内核的移植  19-20
    3.2.5 文件系统的移植  20-22
  3.3 本章小结  22-23
第四章 无线传感网络及SINK节点设计  23-31
  4.1 无线传感网络  23
    4.1.1 无线传感网络概述  23
    4.1.2 无线传感网络的应用  23
  4.2 无线传感网络设计  23-27
    4.2.1 几种常见无线通信方式介绍  23-24
    4.2.2 无线通信方案的比较  24-25
    4.2.3 GPRS技术的优势  25
    4.2.4 ZigBee技术的优势  25
    4.2.5 系统无线通信方式选择  25-26
    4.2.6 ZigBee无线传感网络拓扑结构  26-27
  4.3 SINK节点设计  27-30
    4.3.1 串口电路设计  27-28
    4.3.2 ZigBee无线通信模块  28-29
    4.3.3 GPRS模块  29-30
  4.4 本章小结  30-31
第五章 终端系统功能设计与实现  31-54
  5.1 终端系统功能设计  31
  5.2 射频识别系统的设计  31-44
    5.2.1 RFID技术概述  31-34
    5.2.2 RC522接口电路设计  34-35
    5.2.3 嵌入式驱动  35-39
    5.2.4 无线通信协议  39-40
    5.2.5 识别功能的实现  40-41
    5.2.6 温度自保护功能的实现  41-44
  5.3 QT图形界面设计  44-53
    5.3.1 QT介绍及其应用  44-45
    5.3.2 建立QT编译环境  45
    5.3.3 嵌入式Linux的QT应用开发  45-47
    5.3.4 登录界面设计  47
    5.3.5 充电交互界面设计  47-50
    5.3.6 语音提示功能实现  50
    5.3.7 数据库管理功能设计  50-53
  5.4 本章小结  53-54
第六章 系统综合调试  54-65
  6.1 调试系统平台搭建  54-55
  6.2 测试QT应用程序  55-61
  6.3 无线通信测试  61-62
  6.4 温度自保护功能测试  62
  6.5 身份识别和余额识别功能测试  62-64
  6.6 本章小结  64-65
总结与展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
附录A 部分源代码  72-87
附录B 攻读硕士期间发表的论文及科研情况  87

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 各种汽车 > 各种能源汽车 > 电动汽车
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