毕业论文网
该文是关于监测系统论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
基于WSN的分布式直流充电桩监测系统设计
【摘 要】 针对目前充电桩系统智能化管理的需求,提出了一种基于无线传感网络（WSN）的分布式直流充电桩监测系统.系统选择电能监测芯片CS5460A 采集充电桩数据信息,利用CC2530 芯片组建节点间的局域网络,通过GPRS 将数据发送到上位机,在LabView 软件上开发上位机界面,实现充电桩运营时电流、电压、温度和充电电量四个参数的实时可视化显示以及报警指示.实验结果表明：无线传感网络的应用,降低了系统的布线成本,提高了充电桩运营的实时性与便捷性.
【关键词】 直流充电桩 无线传感网络 ZigBee LabView
引言
电动汽车作为新能源时代下的产物,不仅能有效改善环境污染,解决能源短缺的问题,而且符合我国可持续发展战略的方针[1].披露的《中国制造2025》明确指出纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、节能汽车、智能互联汽车是国内未来重点发展的方向[2].由于电动汽车的充电过程无法在很短时间内完成,大量分布式充电设施的建立是不可或缺的.
传统的充电桩系统监测是基于有线的数据采集技术,增加了布线成本.而且不同充电桩采用不同协议的通信标准[3],缺少一个兼容性高综合性强的监管系统,增大了充电桩系统日常监测管理的难度,在一定程度上阻碍了电动汽车的发展[4].
本文设计的基于WSN 的充电桩监测系统,主要应用于停车场、小区等场所.无线传感网络技术的应用,可以帮助用户实时掌握充电信息,发现设备隐患,减少工作人员的工作量,降低了充电桩的使用成本.
一、充电桩监测管理系统总体设计
充电桩监测管理系统由三部分组成：电能数据采集节点、网关和监测中心三个部分组成[5].根据充电桩的功能需求分析,本系统以特来电新能源有限公司生产的TCDZDC0.5/120 型号直流单桩充电桩作为充电桩信息管理系统的应用对象.监测节点以CC2530 为控制单元,实现电能数据采集和传输,再经网关将采集的数据发送到上位机,上位机还可以实现数据存储.
总体设计方案如图1 所示.
二、充电桩监测管理系统硬件设计
2.1 无线传感网络节点设计
监测节点是充电桩监测系统最重要的部分,负责充电桩数据的采集、处理和发送.本文设计的监测节点主要由数据采集模块、处理模块、无线通信模块和电源模块组成[6].主控单元采用支持ZigBee 协议的芯片CC2530.该芯片集成了增强型8051 内核和RF 收模块.通过I/O 端口与CS5460A 芯片上的SPI 接口相连,CC2530 可以实现对监测模块的控制,包括初始化电路、设置工作时间以及读取采集结果等.监测节点硬件设计如图2 所示：
2.1.1 电能采集模块
电能采集模块选用Cirrus Logic 公司生产的电能监测芯片CS5460A,满足对采样信号的处理需求.CS5460A 芯片内部包含有功功率计算引擎的CMOS 单片功率测量芯片,它包含了两个增益可编程放大器、两个高速滤波器,具有系统校准和有效值/ 功率计算功能,以提供瞬时电压/ 电流/ 功率数据采样及有功能量的周期计算结果.
电能数据采样电路如图3 所示,为了提高系统的抗干扰性与安全性,所以前端采样时将芯片与电网隔离.电压采样电路中,电流型电压互感器T1（2mA/2mA）结合电阻R3 将所测电压信号转换为电流信号,然后采样电流信号被电阻R4转换成电压信号.R1、R6 与电容构成抗混淆滤波器,同时也是低通滤波器.电流采样电路中,电流互感器T2（1000:1）结合采样电阻R11 将被测电流转换为低压信号,经过滤波电路输入电能芯片.
2.1.2 温度采集模块
温度是充电过程中不可忽视的因素.在充电桩充电过程中,其充电电流较大,可能会产生大量的热能,所以需要实时监测充电桩的桩体温度.本文选择Dallas 公司的DS18B20温度传感器,输出无数字信号,无需进行数字化转换[9],温度模块调理电路如图4 所示.
2.2 网关设计
根据整体结构设计方案,网关由通信模块、处理器和GPRS 三个部分构成[10].通信模块负责网络的组建与数据的传输；处理器负责对接收到的数据进行处理；GPRS 模块采用移动通信网络将数据发送给远程监测中心.充电桩系统网关设计方案如图5 所示：
2.3 电气保护
为了保证充电桩系统运营的安全性和可靠性,确保用户和充电车辆的安全,本系统设计了相应的电气保护：泄放电路；过温保护；漏电保护；短路保护；防雷保护[11].
三、充电桩监测管理系统软件设计
3.1 节点软件设计
节点的主要功能是负责采集充电桩的充电状态信息,并将采集的数据发送给网关.充电桩系统检测节点软件设计是在TI 公司的Z-Stack 协议栈中编写.软件设计流程图如图6所示 ：
3.2 充电桩系统网关软件设计
网关的功能主要是负责充电桩系统的网络组建,完成数据接收以及GPRS 远程数据发送,主要由通信模块、处理器和GPRS 三个部分构成.当组网成功后,达到设定的检测时间后,协调器向传感器节点发送查询请求,再把接收到的数据进行处理存储,最后通过通信模块发送给上位机.软件设计流程图如图7 所示：
3.3 上位机软件设计
在LabView 软件上开发上位机界面,实现充电桩运营时电流、电压、温度和充电电量四个参数的实时可视化显示,完成存储.工作人员先设置参数,选择查看监测节点,然后通过界面查看充电状态信息.上位机同时设有紧急报警功能,及时发现特殊情况.
四、测试结果分析
根据系统的功能结构与设计方案,重点进行了组网测试与上位机的设计.经过测试,分散式交流充电桩监测管理系统可以实现在上位机上显示充电状态信息,达到远程实时监测的目的.上位机界面的编写上,完成系统的波特率、串口号以及监测节点的设置.在数据的接收与显示上,主要有：电流、电压、充电时间、充电电量以及IC 卡等信息.上位机界面显示如图9 所示：
五、结束语
本文设计了一套基于WSN 的分布式直流充电桩监测管理系统的设计方案,详细介绍了系统的设计原理和工作流程.系统选用电能监测芯片CS5460A 实现对充电桩数据的采集,通过无线传感网络实现数据传输,达到远程监测管理的目的.工作人员可以从监测中心查看充电桩的历史数据和工作情况,出现紧急情况时,及时处理.无线传感网络技术的应用,在很大程度上降低了系统硬件成本,提高了监测管理的效率.该设计对直流充电桩的运营管理具有一定的参考意义.
参 考 文 献
[1] 陈鹏冲,许文志. 电动汽车的研究现状及发展前景[J]. 工程技术,2016,（7）208-208.
[2] 王旭,齐向东. 电动汽车智能充电桩的设计与研究[J]. 机电工程,2014,（3）393-396.
[3] 谈加西,乐秀璠,张丽丽等. 基于ZigBee 的电力参数无线测量[J]. 电力系统通信,2010,31（1）：:47-51.
[4] 杨焕峥.ZigBee 或G 模块在电力测控系统中的应用[J]. 信息技术,2009,33（12）：142-143.
[5] 冯军,宁志刚,阳璞琼. 基于ZigBee 的无线抄表系统设计[J]. 电力自动化设备,2010,30（8）：108-111.
监测系统论文范文结:
关于监测系统方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关监测系统论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
1、论文系统
2、期刊协同采编系统
3、学生管理系统论文
4、通信系统论文
6、论文查询系统