基于物联网的电动车蓄电池充电保护系统设计

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）的安全问题确鲜受关注，在电动车实际使用中，最为严重的安全问题当属自燃现象。电动车的核心部分就是蓄电池，在环境温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匮乏。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究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，和应用层监控端共三层架构设计。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。网关电路板的主控芯片选用的是STM32系列芯片，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、Keil MDK和Visual Basic。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，Visual Basic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匮乏的问题，课题具有较高的应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

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芯片特点

2．3 基于ZigBee的物联网技术

2．3．1 ZigBee技术的特点

2．3．2 ZigBee协议栈结构

2．3．3 ZigBee设备节点

2．3．4 ZigBee网络拓扑结构

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协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核心板硬件电路设计

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

5．2 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

作者简介及读研期间主要科研成果