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摘要：为保证充电桩的安全运行，对故障进行远程报警，设计了一种基于 Web 的交流充电桩远程监控系统。系统将采集到的数据进行分析处理，判断是否发生故障。经过测试，系统运行稳定，能对常见故障进行报警，可有效实现交流充电桩的运行监控。
关键词：Web，交流充电桩，数据采集，故障诊断
交流充电桩的健康状态监测技术和故障诊断技术的研究，对发展和普及电动汽车将具有十分重要的理论意义和工程应用价值。 对充电桩的监测功能主要包括：采集充电桩的运行过程中的电压、电流等的交流输入输出，监测充电桩的运行状态及各开 关状态，计量输出电能，对充电桩的保护以及各动作告警［1］。 本 文主要通过使用单片机技术采集充电桩输入输出的电压电流， 对交流充电桩的运行状态进行监控和故障诊断。
1 总体设计系统整体结构框数据采集模块由传感器、调理电路、单片机模块、Wi－Fi 模块和电源模块五部分组成，监控 平台由故障诊断模块、Java 应用服务器、数据库和监控端四部分组成［2－3］。数据采集模块通过传感器得到电压电流信号， 经过调理电 路将采集到的信号转换为单片机可以接收的模式；单片机模块 对采集信号进行 A ／ D 变换、接收控制模块发送的继电器状态信 息并将状态信息和变换后得到的数字信号通过串口通信发送至 Wi－Fi 模块中；Wi－Fi 模块负责将单片机处理后的信号通过无线路由送入以太网，传输到远程监控平台；而电源模块则给其他四 路模块提供对应工作电压。 服务器接收到数据后一方面通过浏 览器显示电气量实时曲线、实时动态数据以及最新报警信息，同 时经过信号处理与故障诊断，存储故障数据和信息到数据库，以便用户查询分析［4－5］。
2 硬件设计
2．1 传感器模块设计 传感器使用南京奇霍科技的 VSM200D 型霍尔电压传感器，可测量－400～400V 范围内的瞬时交流电压信号，且响应时间小于 100μs。使用 CSM010GT 型霍尔电流传感器，可以测量 －20～20A 范围内的瞬时交流电流信号，响应时间小于 500ns。 该模块精确度高，线性度好，且动态性能和过载能力好，满足故障诊断和绘制电压电流曲线的准确度要求。
2．3 单片机模块设计 数据采集模块中的单片机主要用于对传感器采集的信号进行A ／D 转换并与 Wi－Fi 模块进行信号传输。设计中采用ATMEL 公司生产的 ATmega48 单片机［6］。单片机 ADC 进行初始化时，将设定参考电压、采样频率、转换精度和采样通道；串口初始化时将设置相应的波特率及数据帧格式。单片机模块分别对 4个传感器的采集信息进行A／D转换，每四组转换后检查继电器 是否处于工作状态，若控制模块发送信息表明继电器处于工作状态，则继续进行数据采集和传输，若控制模块 发送信息表明继电器停止工作，则数据采集模块停止数 据采集和传输［7］。
2．4 Wi－Fi 模块设计
ESP8266 由乐鑫公司开发，其 低功 耗、紧凑设计和高稳定性可以满足用户的需求，集成了Tensilica L106 系列 32 位处理器，主频 80MHz，最大可达到 160MHz，内置 50KB SRAM 高速 缓存储器和 16M ROM， 可以使用 UART、SDIO、SPI、12C、12S 总线传输模式。ESP8266 工作状态由其使能端决定，当使能端置低电平时，芯片处于关闭状态，工作电流极小；当使能端置高电平时，芯片处于正常工作状态。 Wi－Fi 模块进行初始化时，将选择工作模式、串口通信波特 率与帧格式并写入所连接路由器状态信息及数据接收端地址， 连接到指定路由器，实现与外网的连接。当通过接收端地址查询到服务器后，ESP8266 将与服务器建立连接，实现数据传输。
2．5 电源模块设计
电源模块负责给数据采集模块内其他模块提供工作电压，由前文得知电源模块需要分别提供±15V、5V和3.3V工作电压 此处使用 LM2575 系列稳压芯片。 LM2575系列稳压芯片是
2．6 控制模块设计
控制模块主要有两个功能，第一是控制继电器通断，第二是向数据采集模块发送继电器状态信息。
控制模块由两部分组成：单片机模块和驱动模块。由于单片机驱动不了继电器，所以常用单片机来控制三极管放大电路间接控制继电器。控制模块中也使用ATmage48作为单片机模块，由于数据采集模块中的单片机使用3．3V供电，控制模块中的单片机使用5V 供电，所以在单片机 I ／ O 口外接分压电阻，让高电平时 5V 信号变为 3.3V 信号。控制模块电源部分设计与数据采集模块类似，在此不再赘述。
3 远程监控平台的设计
服务器程序是基于 Web 的 B ／ S 模式设计的，采用 Spring MVC 思想设计。使用 MySQL 数据库，设计了不同数据表供用户登录和查询［8］实时监控采用 Ajax 异步刷新技术 和 Servlet ＋Applet ＋ JFreeChart 类库进行，使用动态数据与动态图形配合，有利于分 析充电桩的运行状况以及进行故障诊断。
4 系统运行测试
由于交流充电桩功率过大，实验室不满足实验条件，设计一个实验平台模拟交流充电桩主回路的工作状态，并使用数据采集模块对模拟主回路的电压电流进行采集［9］。主回路可以工作在 0～250V 交流电压下，负载用 4个 40Ω、500W 的大功率波纹电阻并联而成，使电路在交流 50V 下产生 5A 额定电流，每个电 阻在额定电流下分流 1．25A，功率为62．5W，控制模块控制继电 器的通断模拟上电与断电过程。数据经过计算处理后，送入故障诊断模块，在故障发生时能 迅速准确发出诊断信号，触发故障报警和记录模块。常见故障主 要包括漏电、短路、过流、欠压、继电器直接失效和继电器间接失效等［10］。本文主要测试过压和漏电故障。主界面显示实时电压电流有效值，绘制动态变化波形图并显示当前报警信息。当检测到有故障发生时，系统界面的确认报警按钮闪烁，同时报警信息框中显示当前故障类型，排除故障并点击确认按钮后，将报警信息写入数据库。历史曲线查询链接可以跳转到故障波形显示界面，报警信 息链接可以查看历史报警信息。 经过多次测试，系统能准确判断 故障，并记录下故障数据。
5 结束语
此系统主要通过单片机技术和Web技术完成，能基本完成交流充电桩远程监控需求。通过登录监控系统，对交流充电桩的运行进行实时监控，当发生故障时，能够做到记录故障数据和及时报警。 通过分析运行状态及故障信息，为交流充电桩的监控与故障诊断提供有力支持。
参考文献:
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