基于微信公眾平臺的充電樁管理系統研究

羅金生 鐘樂海 邢偉寅 韓正勇

摘要：以新能源汽車直流快速充電樁為研究對象，采用物聯網技術和微信公眾號平臺相結合的模式，開發出一種基于微信公眾平臺的充電管理系統。利用STM32開發應用層數據與充電樁控制模塊采集充電樁運行數據，并利用服務器與數據庫的信息傳遞來進行數據存取，用戶在關注微信公眾號后可查詢充電地理位置信息；同時具備GPS定位、路線導航、預約充電、掃碼支付和停止充電等功能。該系統具有操作簡單、支付方便等特點。

關鍵詞：微信公眾平臺；充電樁信息采集；掃碼支付

中圖分類號：TP311.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）04-0247-03

新能源汽車是人們出行的一個非常重要的交通工具，由于它有不污染環境、能源利用率高和噪聲小等優點深受大眾喜愛。雖然新能源汽車優點多，但是配套的充電樁少、充電難等問題卻一直困擾者消費者。目前，消費者在購買電動汽車時最為關心的問題就是對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給。在使用的過程中，消費者需要知道去哪里能夠快速充電、是快速充電樁還是慢速充電樁、充電樁工作是否正常、能不能手機支付？

基于上述問題，介紹一種基于微信公眾號的新能源汽車充電樁管理系統，具備手機便捷查找、自動導航、網上預約充電、手機支付等功能。這對于電動汽車充電樁的推廣和普及具有重要的意義。1

1 系統設計

1.1 系統功能設計

基于微信公眾號的新能源汽車充電樁管理系統主要包括微信公眾號、服務器數據庫管理和充電樁三個部分組成。微信公眾號提供車子位置定位、查詢充電樁狀態、路線導航、預約充電、掃碼支付和停止充電等功能。服務器數據庫管理平臺實現充電運營和綜合查詢功能。數據庫服務器和微信服務器完成數據對接。充電運營實現充電計費、收費和狀態監控等功能；綜合查詢指對管理及運營的數據進行采集存儲查詢等功能。充電樁實現電能轉化、信息采集、電能計費、無線通信、狀態監控、故障診斷和防雷保護等功能。

本系統以特來電TCDZ-DC0.75/8直流快速充電樁為研究對象，對直流快速充電樁上層通信協議進行研究后，通過STM32微控制器串口采集電表數據后和其他控制指令，然后通過4G模塊發送給服務器。同時，STM32解析服務器下發的數據轉發給充電樁實現數據交互。Stm32微控制加載usosII實時操作系統，能夠不斷上傳充電樁數據，同時能快速響應了應用層下發的控制指令。新能源汽車直流快速充電樁管理系統功能框圖如圖1所示。

1.2 技術路線

對沒有連網功能的充電樁進行改進，利用STM32控制采集充電樁應用層數據，然后通過4G模塊傳送給中間層。服務器為中間層，它承擔了整個系統的運算、數據存儲等任務，服務器使用php5.5腳本語言，進行網站的展示、數據庫的操作、以及與微信小程序端的API接口通信，與充電樁API接口通信。微信小程序為頂層。小程序使用AJAX的方式，用較安全的https發送JSON格式數據，服務器也同樣返回JSON格式數據。

中間層和底層交互使用http協議，底層每隔兩秒請求一次指定的API接口地址，并附帶自身電樁的ID參數，服務器收到后進行處理，并進行相應的解析，獲取當中的指令，下發至充電樁，執行指令，如充電和計費等功能，充電結束后上傳本次服務的所有數據。服務器為一個中間件，任何命令都得由它轉發，當微信小程序端發送指定后，如需要操作底層，就會短暫的標記起來，在下次和底層交互時反饋出來，底層獲取到指令并進行相應操作。

1.3 手機微信客戶端小程序設計

將微信用戶的openid與微信小程序綁定，使得微信小程序能夠唯一識別每一個用戶，該用戶第一次進去小程序，會被提示先注冊唯一的賬號與微信號綁定，之后該微信號的所有操作都是關于該賬號的，微信小程序發送請求指令到服務器，服務器讀取數據庫中的數據發送回微信小程序并解析處理。指令和返回消息數據使用的是JSON格式數據，服務器端使用PHP語言作為交互的腳本語言，對客戶端發送的指令進行解析與判斷，預先建立一個知識庫系統，用于實現對特定語句的回應，比如本系統中微信小程序發送請求指令“掃碼充電”，服務器收到信息后先判斷該充電樁狀態，如果空閑則會開啟掃碼充電樁進行充電并生成訂單；當微信小程序發送請求指令“停止充電”，服務器收到信息后停止指定充電樁的充電操作，并完成訂單信息，并顯示具體消費情況，交給用戶支付，余額充足的情況下，點“支付”會自動扣除余額，余額不足的情況，則會在線微信支付。具體的阿里云服務器、微信服務器和客戶端的通信原理如圖 2 所示。

APP 具備如下功能：

（1） 查詢功能

用戶可從中獲取充電相關數據。有顯示充電時間、充電費用及剩余金額等功能。

（2） 控制功能

利用控制命令可設置和控制智能充電裝置，有取消預約、開始充電和停止充電等功能。

（3） 支付功能

系統具有充電結算功能，通過將賬戶和微信、支付寶賬戶綁定，可實現多種方式的智能充電，比如定時、定量、定額等。

（4） 狀態顯示功能

手機 APP 可顯示出智能充電樁的各種狀態，比如已預約、正在使用、故障、空閑等。

（5） 地圖功能

其具有地圖應用功能，能夠通過地圖及導航查詢充電樁的位置信息。

（6） 自動導航

手機的導航部分采用微信地圖 API 作為平臺的地理信息系統的處理支撐平臺，基本原理是通過在智能硬件設備上獲取定位數據，傳給服務端進行處理，最后在手機軟件內進行地圖、路線規劃、POI 檢索、軌跡追蹤等功能展示。使用微信API定位后，得到經緯度，然后匹配各充電樁，得出距離，由用戶選擇較近的充電樁預約，然后導航前去。

（7） 掃碼支付

用戶操作小程序掃碼，掃碼后得到該充電樁編碼，點擊”解鎖充電”按鈕，小程序向服務器發送充電指令，并附帶電樁編碼，服務器在收到了請求和編碼后，處理下，標記它的命令狀態信息，待到底層請求時反饋給底層，采用http協議，底層請求時間間隔很短，可以忽略。底層收到后即開始充電操作，同時服務器會創建訂單，當用戶點擊”結束充電時”，小程序發送解鎖指令給服務器，服務器更改狀態信息，待底層下次請求即發送給它，底層在收到停止充電命令后，停止完成后會向服務器發送充電信息，服務器接收到了就保存起來，完善訂單信息，同時小程序端，刷新頁面，重新請求一次，即可看到完整訂單信息。充電樁管理系統信息交互流程圖如圖3所示。

2 軟件界面

用戶關注微信公眾號，注冊充值，地圖上會顯示本地所有的充電樁地理位置，選中想要的充電樁，系統會顯示最近的導航線路。用戶到達充電樁位置，當充電槍和汽車充電接口連接成功后，在軟件上點擊掃碼充電，然后點擊解鎖即可開始充電，結束充電后，系統便會把用戶本次充電的金額從賬戶上面扣除，也可以通過微信支付方式支付本次費用。部分界面如圖4、圖5和圖6所示。

3 結論

本文研究互聯網+下的新能源汽車充電樁管理系統，對特來電TCDZ-DC0.75/8直流快速充電樁進行了改造。系統由微信公眾平臺、服務器數據庫管理平臺和充電樁3個部分組成。系統通過實際驗證測試，能夠實現通過微信小程序充電樁狀態查詢、定位導航和在線支付等功能；服務器數據庫管理平臺可以實現充電管理、充電運營、綜合查詢功能；充電樁的狀態數據采集和實時采集和遠程監控。該系統對充電樁的普及和推廣有重要意義。

參考文獻：

[1] 王清品，電動汽車充電樁充電管理系統設計[J].機械設計與制造工程.2016，45（3）：57-60.

[2] 陳琦，基于Webpy+Apache HTTP Server的微信小程序架構搭建研究[J]，無線互聯科技，2017（18）：50-51.

[3] 胡勇，基于WebGIS的分布式電動汽車充電樁運營管理系統設計與實現[J].電力建設.2014.1.35（1）：98-103.

[4] 邢偉寅.基于互聯網+新能源汽車充電導航系統設計[J].價值工程.2018.1.37（1）：127-128.

[5] 蘇舒，孫近文，林湘寧，李咸善.電動汽車智能充電導航[J].中國機電工程學報.2013，33（S）.59-67.

[6] 龔桃榮，劉瑞，秦曉敏，李濤.面向互聯網的電動汽車智能充電系統設計與應用[J].電力建設.2015，36（7）.222-226.

[7] 韓如坤.曲愛玲.基于物聯網的電動汽車充換電站智能服務平臺設計[J].電子科學技術.2016，3（4）.512-517.

[8] 潘明宇，賀家勝，遲忠軍，等.電動汽車智能服務平臺的設計與實現[J].電力信息與通信技術.2014，12（1）.78-81.

[9] 楊天貴.基于無線傳感器網絡的智能電動汽車充電站[J].ELECTRIC POWER ICT，2013，11（9）：7-10.

【通聯編輯：梁書】