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摘要
随着当今社会的发展不断加快,人们对新能源开发和环境保护问题愈加重视。国家对新能源汽车的大力的推行与倡导,正是迎合了时代发展需求,因为它不仅能节约能耗,还能减少尾气排放指标。但相比各企业在新能源设计上下的大功夫,电动车(电动自行车、汽车、公交车)的安全问题碗鲜受关注,在电动车实际使用中,最为严重的安全问题当属自燃现象。电动车的核也部分就是蓄电池,在环境湿度过高或湿度过高的情况下易引起自燃,这一安全隐患在大规模充电装置使用中时尤为突出,然而,目前对于大规模电动汽车保护装置相对匿乏。为此,本文提出一种基于物联网的电动车充电保护系统设计,该方案有效解决了大规模蓄电池充电过程中的智能保护问题。
论文首先对课题的研巧背景及研究意义进行了分析,对国内外的电动车充电保护系统研究现状进行了讨论,在此基础上提出了基于物联网的蓄电池充电保护系统设计理念。论文接着对物联网蓄电池充电保护系统的总?体结构进行了设计,主要包括蓄电池充电保护的物联网整体架构设计,对基于ZigBee物联网的数据采集节点设计,路由器节点、协调器节点和网关节点的设计,和应用层监控端共H层架构设计。进一步,围绕蓄电池充电保护物联网系统的硬件电路和芯片的选型进行设计,硬件部分包括ZigBee网络系统包含协调器及终端节点硬件电路及网关的设计和选型,所用协调器是直接插接在网关电路板上的,终端节点包括了温、湿度和烟雾采集模块,协调器及终端节点的主控芯片选用的是CC2530。网关电路板的主控总片选用的是STM32系列忘片,选用SIM900模块作为通信模块,借助GPRS向应用层监控单元传输相关的数据。最后对充电保护系统的软件进行设计和系统调试,软件部分的编程环境为IAR、KeilMDK和VisualBasic。IAR是嵌入式系统的开发工具,MDK是所选微控制器的编程软件,在本文中实现了嵌入式编程应用,VisualBasic是可视化程序设计语言。调试结果表明,该系统能实现对蓄电池充电过程中出现的过热过潮及烟雾情况下进行远程智能监测和保护。
论文设计的基于物联网的电动车蓄电池充电保护系统是一套能耗低、性价比高可行性好的智能充电保护系统,该系统解决了大规模电动车充电智能保护系统匿乏的问题,课题具有较高的应用价值。
关键词：充电保护;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
中国的电动汽车还没有大量投入使用,因此在充电粧的建设过程中还没有使用统一的标准,未来发展肯定是照着统一的标准去建设充电粧的。随着自然资源日益消耗,市场对新能源的需求也越来越大,这也是未来的发展趋势。我国现有的新能源基础建设的工作,几乎都是国家电网来做的,充换电设备也在相继投入,目前己经有4000多座直流大功率充换电站,其中包含了 4万多个充电植。成功建立了多个电动汽车公司,在管理上也是做了许多相关工作。采用管理平台对充电巧进行统一管理,其中有十万余个充电粧己入系统,包含有4万多个自营充电枯,公用的有6万多个。种种表明在电动汽车的基础设施建设上已经完成了最初步的建设。
随着新能源的日益发展,电动汽车使用的驱动功率越来越大,因此,对电动汽车里电池的性能要求也变得很高,而现在日益繁多的里电池产品种类给人们带来便利生活的同时,同样也带来了安全隐患,里电池的应用越是普遍,它的安全问题就越来越应该得到关注。
在1995年比尔盖茨(Bill Gates)编着的《未来之路》里,第一次给出了物联网的想法,由于与物联网相关技术的发展还在初级阶段,因此并没有引发关注。
对于物联网,目前比较普遍的定义是:物联网是利用RFID、全球跟踪定位技术及红外感应设备等,依照相应协议将物件可W被识别,并能通过网络与人或物相互联系完成信息互换和通讯,从而实现对物件的智能管理的一种网络。
物联网(虹temet of things)是当今信息社会的发展新趋势,被当做是在计算机和互联网之后的信息产业发展的又一新趋势P1,对物物之间的连接、当代科技的发展都产生了非常深远的影响。物联网概念的真正提出是在1999年,物联网概念的首次被提出是在美国召开的移动计算和网络国际会议上,物联网相比传统的人和人之间的通信,它的网络基础为互联网,又称之为互巧网+,及在互联网的基础上加上了要产生联系的人和物。1999年,麻省理工史无前例的把射频识别技术和互联网技术应用在一起,并通过EPC(Electronic Product Code)对物件进行标记在统计到互联网,最终能够对物件进行统一的规抱管理。在此W后,又开发了用于物件管理的EPC物联网系统,设计出了该系统的基本结构,把它称之为物联网的原型。该系统的研发推动了物联网的发展,使想法成为可能。于2005年在突尼斯举办了国际电信联盟(ITU)信息社会世界峰会中提出物联网的概念应该被扩大,称马上就会实现万物的互联。在2008年,化M公司首席执行官彭明盛提出了 "智慧地球",提议政府投资、建设一些基于物联网的智慧基础设施。到了2009年,当时任美国息统的奥己马对"智慧地球"的理念给予了肯定,并将该理念提升到国家战略层面上来。
电动汽车中目前应用最多的是里电池,里电池的实质为一种负极材料,通过电解质溶液电离进行放电的电池。
电动车蓄电池充电保护系统测试：
组网实物图
STM32程序编与下载界面
IAR Embedded Workbench界面
Keil u Visions 界面
Visual Basic 6.0 界面
未检测到气体时的结果
监测到气体时的结果
测试时的实物图
目录
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 课题研究的应用前景
1.4 论文研究的主要内容
2 充电保护系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 充电保护系统的控制器选型
2.2.1 CM3内核特点
2.2.2 STM32F107 孩片特点
2.3 基于ZigBee的物联网技术
2.3.1 ZigBee技术的特点
2.3.2 ZigBee 愤议找结构
2.3.3 ZigBee 设备节点
2.3.4 ZigBee网络拓扑结构
2.3.5 ZigBee 集控网络
2.4 本章小结
3 充电保护系统的硬件设计
3.1 STM32硬件电路设计
3.1.1 STM32最小系统
3.1.2 STM32愤调器节点总体电路设计
3.2 ZigBee网络硬件电路设计
3.2.1 ZigBee 最小系统
3.2.2 CC2530核也板硬件电路设计
3.2.3 路由器节点硬件电路设计
3.2.4 温湿度采集模块
3.2.5 烟雾采集模块
3.3 继电器模块
3.4 系统电源电路
3.5 本章小结
4 充电保护系统的软件设计
4.1 软件设计方案
4.2 模块功能设计
4.2.1 协调器节点功能设计
4.2.2 路由器节点功能设计
4.2.3 路由器程序设计
4.2.4 协调器程序设计
4.2.5 网关的程序设计
4.3 保护系统软件设计
4.4 本章小结
5 系统的测试与实现
5.1 系统软件的调试
5.1.1 IAR集成开发环境
5.1.2 仿真器
5.1.3 STM32F107开发环境
5.1.4 Visual Basic 开发环境
5.2 烟雾传感器节点软件测试
5.3 温湿度传感器软件测试
5.4 保护过程测试
5.5 监测控制界面功能实现
5.6本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢