由KSWeb构建的智能充电管理系统设计*

包敬海

(钦州学院，钦州 535000)

由KSWeb构建的智能充电管理系统设计*

包敬海

(钦州学院，钦州 535000)

针对传统充电管理系统使用麻烦、安全性不高等诸多问题，提出一种基于KSWeb的智能充电管理系统的思路。在小区局域网的WiFi范围内，以Android手机为控制核心，通过KSWeb构建PHP服务器，对外提供用户充电服务。服务器接收到用户发出的指令后，通过HC-06蓝牙模块与底层STC89C52进行通信，并控制相应线路的定时通断。实践表明，该系统具有使用便捷、安全性高、成本较低等优点。

KSWeb；充电管理；Android；STC89C52；蓝牙通信

引 言

众所周知，电动车具有零排放、声音小、价格便宜、使用灵活等优点，成为受欢迎的交通工具之一。然而电动车越来越多，充电也成为一大难题。

1 基于KSWeb的智能充电管理系统

针对传统充电系统存在的弊端，提出了新型智能化充电管理系统的一些需求：

第一，货币电子化。目前，RFID类型的卡式自动收费还停留在启蒙阶段[4]，而支付宝、微信支付、网银以及NFC等成本较高，居民小区级别的充电系统的安全较为薄弱，容易受到攻击和控制。因此，可以考虑将局域网内部的封闭型管理系统实现货币电子化。

第二，计费灵活且精度较高。一般采用单片机或PLC为下位机即可满足需求，但是它们难以提供较为理想的用户交互，因此还需要上位机。如果采用传统计算机会大大增加使用和维护的成本，而使用常规的Linux嵌入式设备又会增加系统的复杂性[5]，这是较为棘手的问题。

第三，用户只接触插座，不直接触摸到充电系统，要最大限度地减少因风吹雨打太阳晒造成器件老化而导致触电的危险。这一点可以通过红外遥控、蓝牙、WiFi等多种方式实现。

根据以上设计需求，提出KSWeb+Android+单片机的解决思路，其系统结构如图1所示。

图1 系统的架构框图

从图1中可以看出，用户端在内网WiFi环境下通过智能手机访问充电管理系统，而充电管理系统由Android手机和底层硬件组成。该系统的核心部分为PHP的服务器平台软件KSWeb[6]，其是面向Android的开源服务器，基本上也是智能手机平台上唯一具有实用性的服务器平台。该架构具有如下优势：①价格低廉。无需购置一台专门的计算机，管理维护的成本也很低。目前一个多路投币式充电站就达到上千元，而一个百元级别的低端Android手机就能满足充电系统的需求，且消耗的电量非常少。②开发管理方便。KSWeb支持免费、开源的PHP，资源丰富，跨平台，设计周期短，容易升级、修改和维护。③强大的软件系统可以对用户账户、货币、插座、时间等进行精确控制。④用户无需直接触碰充电系统，通过手机就能获得便捷的服务。⑤单片机通过蓝牙与Android手机进行无线通信，解决了上位机布线的难题[7]。⑥PHP具有免费、开源、跨平台等诸多优点，性能强大，非常适合与Android系统相结合[8]。

2 硬件设计

主控芯片可以采用51、MSP430、STM32等主流控制器；扩展芯片一般采用HD7270A、ZLG7290等串口扩展芯片；控制器与KSWeb服务器通信芯片，可以采用HC-06蓝牙芯片；最底层的线路通断可以采用常见的继电器方式来实现，未来无线技术成熟后，也可以改为无线串联谐振耦合方式[9]。该系统采用最常见、性价比较高的STC89C52为主控芯片[10]，采用16位、双向带锁存的I2C串口芯片MCP23016进行扩展，其硬件线路如图2所示。

图2 硬件接线

从图2中可以看出，每对引脚(时钟线SCL、数据线SDA)可以接8个扩展芯片(通过地址线A2、A1、A0进行识别)，每个扩展芯片可以独立控制16条充电线路(GP0.0～GP1.7)，那么32个I/O引脚最多可以控制的线路为：n=8×16×32/2=2 048。该数量基本上可以满足普通小区的充电需求，当然也可以继续增加控制器进行扩展。

3 软件设计

3.1 KSWeb服务器配置

第一，将KSWeb下载、安装到Android手机中。当前较新版本为3.3，但是存在不稳定及功能限制，为此本文采用2.82成熟版本，占用存储空间为50 MB，根目录为sdcardKSWeb。这个时候无线路由器已经为服务器分配了一个内网IP，其他智能手机可以通过浏览器访问数据库的PHP页面。

第二，为了给KSWeb提供数据库功能，还需要配置phpMyAdmin。首先下载新版本的phpMyAdmin到KSWeb根目录，然后在其下的setupframes找到修改配置文件config.inc.php，并在最后的PHP代码中加入$cfg['Servers'][$i]['port']= '3306';。

图3 KSWeb主界面

第三，要顺利访问MySQL，还需要修改libraries文件夹下的config.default.php，将$cfg['Servers'][$i]['nopassword']和$cfg['Servers'][$i]['AllowNoPassword']的取值由false改为true，并通过$cfg['Servers'][$i]['password']设置新密码。

第四，在KSWeb中通过phpMyAdmin访问MySQL，检测服务器系统是否正常，其界面如图3所示。

第五，将PHP页面复制到KSWeb默认的WWW目录，创建数据库、创建数据表、输入初始化信息。该系统的数据库为charge，数据表如表1所列。

表1 主要数据表

3.2 上下位机通信

上下位机的通信包括两个部分：

① Android手机服务器中的Java串口通信程序。其功能是定时扫描MySQL数据库，根据Records表中的任务，通过蓝牙方式发送出去。这里采用Android Studio的BlueToothAdapter、BlueToothSocket两个类来实现[11]。

② STC89C52与HC-06的串口通信程序。该蓝牙模块与STC89C52的RXD(接收)、TXD(发送)相接，采用波特率9 600 bps、数据位8位、无校验的方式接收服务器的指令。指令格式为：引导码，插座编号，开关控制，结束码。其中，引导码和结束码均为255；插座编号由两个8字节的字符拼接而成，例如1050号插座就是10、50；开关控制设置为1开、0关。

3.3 底层硬件的控制

4 实物测试

用户注册、存钱后，就可以随时进行便捷的充电。首先，用户推车到充电区域并接入某插座时，插座未启用是不带电的。然后，用户通过智能手机访问 KSWeb服务器(192.168.1.102)，选择插座、设定起始时间后，提交即可。最后，到了对应的起始时间，上位机程序将指令发送给下位机，对线路通断进行控制。充电页面如图4所示。

图4 充电页面

从图4中可以看出，充电系统的计费精度可达到0.01元，充电时间的精度达到1分钟，灵活方便。另外，系统默认时间为当前时刻，默认插座为第一个空闲插座，默认充电时间为300分钟。用户可以手动选择修改，无需输入任何内容，即可点击提交，非常方便。到了用户设定的时间，5号插座立即通电，如图5所示。在实践测试中，该系统运行稳定可靠，使用方便，安全性良好。

图5 线路控制效果

结 语

[1] 电动车时代网.电动车保有量超2亿辆[EB/OL].[2016-08].http://www.evtimes.cn/html/201502/57587.html.

[2] 伊可文.电动车火灾频发三大陋习埋下隐患[J].安全与健康,2016,31(6):35-36.

[3] 凤凰网.小伙去电动车快充站充电差点被电死[EB/OL]. [2016-08].http://js.ifeng.com/news/city/detail_2015_04/21/3810891_0.shtml.

[4] 全刘辉,欧阳玉梅,郑皓洪.基于RFID技术的电动车充电系统[J].科技视界,2016,31(3).

[5] 李东辉.基于物联网技术的电动车智能充电管理系统[J].物联网技术,2015,5(10):67-69.

[6] 技术宅.便携为上,打造移动式服务器[J].电脑爱好者,2014(17):20-21.

[7] 薛果.基于HC-06模块的手机遥控玩具设计[J].企业技术开发,2015,34(8):7-8.

[8] 邢益良,韩宝如,裴云,等.一种使用Web技术快速搭建Android PHP应用运行环境的方法[J].软件导刊,2015,14(11):11-13.

[9] 徐松,蒋伟.电动车无线充电系统设计[J].电力电子技术,2015,49(10):89-91.

[10] 杨成慧,王书志,何佑星,等.一种基于STC89C52的智能窗帘控制系统设计[J].自动化与仪器仪表,2016,36(10):246-250.

[11] 薛凯,高俊强.利用Android蓝牙实现全站仪数据传输的分析[J].交通科技与经济,2016,18(3):64-67.

[12] Microchip.MCP23016[EB/OL]. [2016-08].http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/194581/MICROCHIP/MCP23016.html.

包敬海(副教授)，研究方向为智能控制系统、Web信息系统。

Intelligent Charging Management System Based on KSWeb

Bao Jinghai

(Qinzhou University,Qinzhou 535000,China)

In view of the problems of the traditional charging management system using trouble and security is not enough,a new idea of intelligent charging management system based on KSWeb is proposed.In the area of LAN WiFi range,Android mobile phone is used as the control core to build PHP server through the KSWeb,so can provide for the users with charging service.After receiving the instruction from the user,the server communicates with the bottom STC89C52 via the HC-06 Bluetooth module and controls the timing of the corresponding circuit.The experiment results show that the system has the advantages of convenient,security and low cost.

KSWeb;charging management;Android;STC89C52;bluetooth communication

广西教育厅科研项目，基于云智能的大蚝养殖监控系统的设计(KY2016YB489)；广西高校临海机械装备设计制造及控制重点实验室课题，面向移动终端的港口电机无线实时监测系统的设计(GXLH2014ZD-03)。

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2016-08-11)