基于ESP8266 的智能充電樁及其控制系統(tǒng)設(shè)計

陳庭威, 李亞飛, 李亞軍, 趙冰飛

(1 鄭州大學 信息工程學院, 鄭州450000； 2 國網(wǎng)三門峽供電公司, 三門峽472001)

0 引 言

電動自行車已經(jīng)成為人們短距離出行的首選。但是問題也隨之而來,很多小區(qū)、學校以及單位的充電樁系統(tǒng)存在諸多問題,如設(shè)備更新?lián)Q代不及時、數(shù)量嚴重供給不足、故障維修不及時、充電過程不易管理等。

因此,本文設(shè)計了一款新的智能充電樁及其控制系統(tǒng),通過手機APP 來進行空閑充電樁的查詢、完成預(yù)約和充電等功能,使數(shù)量較少的充電樁能夠得到更為充分的利用。 從而滿足人們充電需要,減少空閑設(shè)備資源浪費,提升經(jīng)濟效益。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)采用C／S 架構(gòu),主要包含3 個部分：硬件電路設(shè)計、服務(wù)器設(shè)計以及手機APP 設(shè)計。 硬件部分主要是以ESP8266NodeMCU 開發(fā)板(以下簡稱NodeMCU)、繼電器以及AD-DC 降壓模塊來構(gòu)建的,通過NodeMCU 來完成繼電器的控制和數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。 服務(wù)器部分主要用于接收NodeMCU 和APP 信息,進行相應(yīng)的處理后再向NodeMCU 和APP 返回結(jié)果。 手機APP 主要用于實現(xiàn)查詢、預(yù)約和充電功能,通過與服務(wù)器通信來獲取充電樁狀態(tài)和發(fā)送執(zhí)行命令。 總體設(shè)計如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Structure of the system diagram

2 硬件電路設(shè)計

硬件主要采用ESP8266NodeMCU 開發(fā)板,其核心部分是ESP8266WIFI 芯片,該芯片具有32 位CPU,且能夠獨立運行。 整個系統(tǒng)利用220 V 交流電作為輸入電源,通過AC-DC 降壓模塊(220 V-5 V)將220 V 交流電轉(zhuǎn)為5 V 的直流電,接入NodeMCU 的VIN 和GND 接口來進行供電,接入DC＋和DC-來為5 V 繼電器供電。 NodeMCU 燒錄程序之后,可以通過數(shù)字端口和5 V 繼電器IN 口相連,控制繼電器吸合。 充電樁火線分別經(jīng)過5 V 繼電器的常開端口NO 和公用接口COM,通過信號輸入端口IN 輸入的高低電平來控制通電與斷電。 充電樁的零線與市電相連,火線經(jīng)過5 V 繼電器。 整個硬件的電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 硬件電路結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Hardware circuit structure diagram

3 服務(wù)器設(shè)計

云服務(wù)器是手機APP 與NodeMCU 進行無線通信必不可少的組成部分。 本系統(tǒng)的服務(wù)器使用Nodejs 開發(fā),在騰訊云上架構(gòu)了TCP Server、HTTP Server 以及MySQL 數(shù)據(jù)庫。 其中,TCP Server 是為了完成服務(wù)器和NodeMCU 通信,讀取NodeMCU 引腳信息并做相應(yīng)處理,向NodeMCU 發(fā)送控制命令等［1］。 HTTP Server 實現(xiàn)了手機APP 和服務(wù)器的信息交互,使用戶可以通過手機APP 向服務(wù)器發(fā)送命令。 本系統(tǒng)利用MySQL 數(shù)據(jù)庫對用戶信息和數(shù)據(jù)進行存儲,將MySQL 數(shù)據(jù)庫架設(shè)到服務(wù)器上,任何用戶的APP 均可以通過JDBC 連接,從而獲取個人的信息以及設(shè)備相關(guān)狀態(tài)。 TCP Server 也可以通過數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)分析,將相應(yīng)的控制命令發(fā)送給NodeMCU。 服務(wù)器的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

4 手機APP 設(shè)計

手機APP 使用Android Studio 來開發(fā),用戶可以通過APP 來完成相應(yīng)的功能。 這些功能包括注冊、查詢、預(yù)約、充電、查看充電狀態(tài)、提前結(jié)束充電、查詢歷史記錄、故障報修等等。 用戶先注冊獲得一個屬于自己的賬號,然后通過APP 執(zhí)行查詢功能,APP 根據(jù)指令去云服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中查詢到對應(yīng)信息,用戶可以根據(jù)顯示的結(jié)果進行預(yù)約或者使用充電功能［2］。 充電開始后,用戶可以在個人狀態(tài)頁看到充電狀態(tài),并可以提前結(jié)束充電。 在個人信息頁面可以查詢充電的歷史記錄,若是發(fā)現(xiàn)某個充電樁損壞還可以上報故障,提醒維修人員會維修。APP 功能圖如圖4 所示。

圖3 服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖Fig. 3 Server structure diagram

圖4 APP 功能圖Fig.4 APP function diagram

5 結(jié)束語

本文介紹了基于ESP8266 的智能充電樁及其控制系統(tǒng)的設(shè)計,采用C／S 架構(gòu),利用TCP 和HTTP通信協(xié)議,以服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫作為中間媒介,通過手機APP 即可完成對充電樁的查詢、預(yù)約、充電燈功能。 該系統(tǒng)很大程度上解決了查找空閑充電樁難和空閑充電樁資源大量浪費的問題,提高了空閑資源利用率,促進經(jīng)濟效益增長,具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。