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                        電動車蓄電池充電保護系統開發

                        添加時間:2018/12/04 來源:安徽理工大學 作者:朱超
                        基于物聯網的電動車蓄電池充電保護系統設計是以ZigBee無線數據傳輸技術為支撐的,為了保證社會公共財產和人身安全而開發的,同時也方便管理,管理人員坐在比較舒適的環境就能檢測到各個充電點的安全情況。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘要

                          隨著當今社會的發展不斷加快,人們對新能源開發和環境保護問題愈加重視。國家對新能源汽車的大力的推行與倡導,正是迎合了時代發展需求,因為它不僅能節約能耗,還能減少尾氣排放指標。但相比各企業在新能源設計上下的大功夫,電動車(電動自行車、汽車、公交車)的安全問題碗鮮受關注,在電動車實際使用中,最為嚴重的安全問題當屬自燃現象。電動車的核也部分就是蓄電池,在環境濕度過高或濕度過高的情況下易引起自燃,這一安全隱患在大規模充電裝置使用中時尤為突出,然而,目前對于大規模電動汽車保護裝置相對匿乏。為此,本文提出一種基于物聯網的電動車充電保護系統設計,該方案有效解決了大規模蓄電池充電過程中的智能保護問題。

                          論文首先對課題的研巧背景及研究意義進行了分析,對國內外的電動車充電保護系統研究現狀進行了討論,在此基礎上提出了基于物聯網的蓄電池充電保護系統設計理念。論文接著對物聯網蓄電池充電保護系統的總?體結構進行了設計,主要包括蓄電池充電保護的物聯網整體架構設計,對基于ZigBee物聯網的數據采集節點設計,路由器節點、協調器節點和網關節點的設計,和應用層監控端共H層架構設計。進一步,圍繞蓄電池充電保護物聯網系統的硬件電路和芯片的選型進行設計,硬件部分包括ZigBee網絡系統包含協調器及終端節點硬件電路及網關的設計和選型,所用協調器是直接插接在網關電路板上的,終端節點包括了溫、濕度和煙霧采集模塊,協調器及終端節點的主控芯片選用的是CC2530。網關電路板的主控總片選用的是STM32系列忘片,選用SIM900模塊作為通信模塊,借助GPRS向應用層監控單元傳輸相關的數據。最后對充電保護系統的軟件進行設計和系統調試,軟件部分的編程環境為IAR、KeilMDK和VisualBasic。IAR是嵌入式系統的開發工具,MDK是所選微控制器的編程軟件,在本文中實現了嵌入式編程應用,VisualBasic是可視化程序設計語言。調試結果表明,該系統能實現對蓄電池充電過程中出現的過熱過潮及煙霧情況下進行遠程智能監測和保護。

                          論文設計的基于物聯網的電動車蓄電池充電保護系統是一套能耗低、性價比高可行性好的智能充電保護系統,該系統解決了大規模電動車充電智能保護系統匿乏的問題,課題具有較高的應用價值。

                          關鍵詞:充電保護;ZigBee; CC2530; STM32; GPRS

                        Abstract

                          With the accelerating development of today's SQcietyjfs more and more important to pay attention to the development of new energy and environment protection.It,s the trend of times to vigorously advocate the use of new energy vehicles because of its advantage of saving energy and reducing emissions.Compared with the high attention of new energy design,the safety issues of electric vehicles including electric bicycles,cars and buses can hardly get concern. Spontaneous combustion is absolutely the most serious problem among all the safety issues when put into use. The core part of the electric vehicle is battery which will easily cause spontaneous combustion in ambient temperature and high humidity conditions. his particularly prominent in the use of large scale charging device.However,it is ralative lack in proactive device.Therefore, a design of electric vehicle charging protection system is presented basing onthe Internet of things in this paper,in which the protem of intelligent prol;ection in the process of large-scale battery charging can be solved effectively.

                          Firstly, the analysis of research background and research signincance is presented and the domestic and foreign research status of electric vehicle charging protection system are here,which is the base of the battery charging protection system design concept. Secondly,The overall structure of IOT(Intemet of Things) battery charging protection system is designed,including the overall architecture of battery charge protection networking design,the design of data acquisition node based on igBeg and Internet of things,the design of the router nodes,the coordinator node and gateway node, and application layer monitoring terminal design.Furthermore,the selection of hardware circuit and chip is designed in this article for the battery charging prot:ection system,including hardware design and selection of zigSee network system which includes the coordinator and 1;erminal node hardware circuit and gateway design, the coordinator is directly inserted in the gateway on the circuit board,the t:emxinal node includes 1;emperature, humidity and smoke acquisition module. CC2530 is selected as the main control chip of the coordinator and l:ermitial node. STM32 series chip is selected as the main chip of the gateway circuit board, while SIM900 module is chosen as the communication module and transmits the relevant data to the apphcation layer monitoring unit with the aid of GPRS.In the end of the paper, the software of charging protection system is designed and debugged. The programming enviroiiment of tile software is IAR. Keil MDK and Visual Basic. lAR is the development tool of the embedded system, MDK is the programming software of the microcontroller.

                          Embedded programming application is achieved in this article and Visual Basic is the visual programming language. the test results show that the remote intelligent monitoring and protection of the overheating and smoke in the process of battery charging can be realized in this system.

                          The design of the lOT based electric vehicle battery charging protection system is a set of intelligent low energy consumption, high performance cost ratio feasible charging protection system and the problem of lack of intelligent protection system for large-scale electric vehicle charging can be solved with it. Therefore, higher application value can be seen in this subject.

                          Keywords: Charge protection,ZigBee,CC2530,STM32,GPRS

                          中國的電動汽車還沒有大量投入使用,因此在充電粧的建設過程中還沒有使用統一的標準,未來發展肯定是照著統一的標準去建設充電粧的。隨著自然資源日益消耗,市場對新能源的需求也越來越大,這也是未來的發展趨勢。我國現有的新能源基礎建設的工作,幾乎都是國家電網來做的,充換電設備也在相繼投入,目前己經有4000多座直流大功率充換電站,其中包含了 4萬多個充電植。成功建立了多個電動汽車公司,在管理上也是做了許多相關工作。采用管理平臺對充電巧進行統一管理,其中有十萬余個充電粧己入系統,包含有4萬多個自營充電枯,公用的有6萬多個。種種表明在電動汽車的基礎設施建設上已經完成了最初步的建設。

                          隨著新能源的日益發展,電動汽車使用的驅動功率越來越大,因此,對電動汽車里電池的性能要求也變得很高,而現在日益繁多的里電池產品種類給人們帶來便利生活的同時,同樣也帶來了安全隱患,里電池的應用越是普遍,它的安全問題就越來越應該得到關注。

                          在1995年比爾蓋茨(Bill Gates)編著的《未來之路》里,第一次給出了物聯網的想法,由于與物聯網相關技術的發展還在初級階段,因此并沒有引發關注。

                          對于物聯網,目前比較普遍的定義是:物聯網是利用RFID、全球跟蹤定位技術及紅外感應設備等,依照相應協議將物件可W被識別,并能通過網絡與人或物相互聯系完成信息互換和通訊,從而實現對物件的智能管理的一種網絡。

                          物聯網(虹temet of things)是當今信息社會的發展新趨勢,被當做是在計算機和互聯網之后的信息產業發展的又一新趨勢P1,對物物之間的連接、當代科技的發展都產生了非常深遠的影響。物聯網概念的真正提出是在1999年,物聯網概念的首次被提出是在美國召開的移動計算和網絡國際會議上,物聯網相比傳統的人和人之間的通信,它的網絡基礎為互聯網,又稱之為互巧網+,及在互聯網的基礎上加上了要產生聯系的人和物。1999年,麻省理工史無前例的把射頻識別技術和互聯網技術應用在一起,并通過EPC(Electronic Product Code)對物件進行標記在統計到互聯網,最終能夠對物件進行統一的規抱管理。在此W后,又開發了用于物件管理的EPC物聯網系統,設計出了該系統的基本結構,把它稱之為物聯網的原型。該系統的研發推動了物聯網的發展,使想法成為可能。于2005年在突尼斯舉辦了國際電信聯盟(ITU)信息社會世界峰會中提出物聯網的概念應該被擴大,稱馬上就會實現萬物的互聯。在2008年,化M公司首席執行官彭明盛提出了 "智慧地球",提議政府投資、建設一些基于物聯網的智慧基礎設施。到了2009年,當時任美國息統的奧己馬對"智慧地球"的理念給予了肯定,并將該理念提升到國家戰略層面上來。

                          電動汽車中目前應用最多的是里電池,里電池的實質為一種負極材料,通過電解質溶液電離進行放電的電池。

                          電動車蓄電池充電保護系統測試:

                        組網實物圖
                        組網實物圖

                        STM32程序編與下載界面
                        STM32程序編與下載界面

                        IAR Embedded Workbench界面
                        IAR Embedded Workbench界面

                        Keil u Visions 界面
                        Keil u Visions 界面

                        Visual Basic 6.0 界面
                        Visual Basic 6.0 界面

                        未檢測到氣體時的結果
                        未檢測到氣體時的結果

                        監測到氣體時的結果
                        監測到氣體時的結果

                        測試時的實物圖
                        測試時的實物圖

                        目錄

                          摘要
                          Abstract
                          1 緒論
                            1.1 研究背景與意義
                              1.1.1 研究背景
                              1.1.2 研究意義
                            1.2 研究現狀
                              1.2.1 國外研究現狀
                              1.2.2 國內研究現狀
                            1.3 課題研究的應用前景
                            1.4 論文研究的主要內容
                          2 充電保護系統設計方案
                            2.1 系統整體方案
                            2.2 充電保護系統的控制器選型
                              2.2.1 CM3內核特點
                              2.2.2 STM32F107 孩片特點
                            2.3 基于ZigBee的物聯網技術
                              2.3.1 ZigBee技術的特點
                              2.3.2 ZigBee 憤議找結構
                              2.3.3 ZigBee 設備節點
                              2.3.4 ZigBee網絡拓撲結構
                              2.3.5 ZigBee 集控網絡
                            2.4 本章小結
                          3 充電保護系統的硬件設計
                            3.1 STM32硬件電路設計
                              3.1.1 STM32最小系統
                              3.1.2 STM32憤調器節點總體電路設計
                            3.2 ZigBee網絡硬件電路設計
                              3.2.1 ZigBee 最小系統
                              3.2.2 CC2530核也板硬件電路設計
                              3.2.3 路由器節點硬件電路設計
                              3.2.4 溫濕度采集模塊
                              3.2.5 煙霧采集模塊
                            3.3 繼電器模塊
                            3.4 系統電源電路
                            3.5 本章小結
                          4 充電保護系統的軟件設計
                            4.1 軟件設計方案
                            4.2 模塊功能設計
                              4.2.1 協調器節點功能設計
                              4.2.2 路由器節點功能設計
                              4.2.3 路由器程序設計
                              4.2.4 協調器程序設計
                              4.2.5 網關的程序設計
                            4.3 保護系統軟件設計
                            4.4 本章小結
                          5 系統的測試與實現
                            5.1 系統軟件的調試
                              5.1.1 IAR集成開發環境
                              5.1.2 仿真器
                              5.1.3 STM32F107開發環境
                              5.1.4 Visual Basic 開發環境
                            5.2 煙霧傳感器節點軟件測試
                            5.3 溫濕度傳感器軟件測試
                            5.4 保護過程測試
                            5.5 監測控制界面功能實現
                            5.6本章小結
                          6 總結與展望
                            6.1 總結
                            6.2 展望
                          參考文獻
                          致謝

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