基于微信公众平台的充电桩管理系统研究

罗金生 钟乐海 邢伟寅 韩正勇

摘要：以新能源汽车直流快速充电桩为研究对象，采用物联网技术和微信公众号平台相结合的模式，开发出一种基于微信公众平台的充电管理系统。利用STM32开发应用层数据与充电桩控制模块采集充电桩运行数据，并利用服务器与数据库的信息传递来进行数据存取，用户在关注微信公众号后可查询充电地理位置信息；同时具备GPS定位、路线导航、预约充电、扫码支付和停止充电等功能。该系统具有操作简单、支付方便等特点。

关键词：微信公众平台；充电桩信息采集；扫码支付

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）04-0247-03

新能源汽车是人们出行的一个非常重要的交通工具，由于它有不污染环境、能源利用率高和噪声小等优点深受大众喜爱。虽然新能源汽车优点多，但是配套的充电桩少、充电难等问题却一直困扰者消费者。目前，消费者在购买电动汽车时最为关心的问题就是对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给。在使用的过程中，消费者需要知道去哪里能够快速充电、是快速充电桩还是慢速充电桩、充电桩工作是否正常、能不能手机支付？

基于上述问题，介绍一种基于微信公众号的新能源汽车充电桩管理系统，具备手机便捷查找、自动导航、网上预约充电、手机支付等功能。这对于电动汽车充电桩的推广和普及具有重要的意义。1

1 系统设计

1.1 系统功能设计

基于微信公众号的新能源汽车充电桩管理系统主要包括微信公众号、服务器数据库管理和充电桩三个部分组成。微信公众号提供车子位置定位、查询充电桩状态、路线导航、预约充电、扫码支付和停止充电等功能。服务器数据库管理平台实现充电运营和综合查询功能。数据库服务器和微信服务器完成数据对接。充电运营实现充电计费、收费和状态监控等功能；综合查询指对管理及运营的数据进行采集存储查询等功能。充电桩实现电能转化、信息采集、电能计费、无线通信、状态监控、故障诊断和防雷保护等功能。

本系统以特来电TCDZ-DC0.75/8直流快速充电桩为研究对象，对直流快速充电桩上层通信协议进行研究后，通过STM32微控制器串口采集电表数据后和其他控制指令，然后通过4G模块发送给服务器。同时，STM32解析服务器下发的数据转发给充电桩实现数据交互。Stm32微控制加载usosII实时操作系统，能够不断上传充电桩数据，同时能快速响应了应用层下发的控制指令。新能源汽车直流快速充电桩管理系统功能框图如图1所示。

1.2 技术路线

对没有连网功能的充电桩进行改进，利用STM32控制采集充电桩应用层数据，然后通过4G模块传送给中间层。服务器为中间层，它承担了整个系統的运算、数据存储等任务，服务器使用php5.5脚本语言，进行网站的展示、数据库的操作、以及与微信小程序端的API接口通信，与充电桩API接口通信。微信小程序为顶层。小程序使用AJAX的方式，用较安全的https发送JSON格式数据，服务器也同样返回JSON格式数据。

中间层和底层交互使用http协议，底层每隔两秒请求一次指定的API接口地址，并附带自身电桩的ID参数，服务器收到后进行处理，并进行相应的解析，获取当中的指令，下发至充电桩，执行指令，如充电和计费等功能，充电结束后上传本次服务的所有数据。服务器为一个中间件，任何命令都得由它转发，当微信小程序端发送指定后，如需要操作底层，就会短暂的标记起来，在下次和底层交互时反馈出来，底层获取到指令并进行相应操作。

1.3 手机微信客户端小程序设计

将微信用户的openid与微信小程序绑定，使得微信小程序能够唯一识别每一个用户，该用户第一次进去小程序，会被提示先注册唯一的账号与微信号绑定，之后该微信号的所有操作都是关于该账号的，微信小程序发送请求指令到服务器，服务器读取数据库中的数据发送回微信小程序并解析处理。指令和返回消息数据使用的是JSON格式数据，服务器端使用PHP语言作为交互的脚本语言，对客户端发送的指令进行解析与判断，预先建立一个知识库系统，用于实现对特定语句的回应，比如本系统中微信小程序发送请求指令“扫码充电”，服务器收到信息后先判断该充电桩状态，如果空闲则会开启扫码充电桩进行充电并生成订单；当微信小程序发送请求指令“停止充电”，服务器收到信息后停止指定充电桩的充电操作，并完成订单信息，并显示具体消费情况，交给用户支付，余额充足的情况下，点“支付”会自动扣除余额，余额不足的情况，则会在线微信支付。具体的阿里云服务器、微信服务器和客户端的通信原理如图 2 所示。

APP 具备如下功能：

（1） 查询功能

用户可从中获取充电相关数据。有显示充电时间、充电费用及剩余金额等功能。

（2） 控制功能

利用控制命令可设置和控制智能充电装置，有取消预约、开始充电和停止充电等功能。

（3） 支付功能

系统具有充电结算功能，通过将账户和微信、支付宝账户绑定，可实现多种方式的智能充电，比如定时、定量、定额等。

（4） 状态显示功能

手机 APP 可显示出智能充电桩的各种状态，比如已预约、正在使用、故障、空闲等。

（5） 地图功能

其具有地图应用功能，能够通过地图及导航查询充电桩的位置信息。

（6） 自动导航

手机的导航部分采用微信地图 API 作为平台的地理信息系统的处理支撑平台，基本原理是通过在智能硬件设备上获取定位数据，传给服务端进行处理，最后在手机软件内进行地图、路线规划、POI 检索、轨迹追踪等功能展示。使用微信API定位后，得到经纬度，然后匹配各充电桩，得出距离，由用户选择较近的充电桩预约，然后导航前去。

（7） 扫码支付

用户操作小程序扫码，扫码后得到该充电桩编码，点击”解锁充电”按钮，小程序向服务器发送充电指令，并附带电桩编码，服务器在收到了请求和编码后，处理下，标记它的命令状态信息，待到底层请求时反馈给底层，采用http协议，底层请求时间间隔很短，可以忽略。底层收到后即开始充电操作，同时服务器会创建订单，当用户点击”结束充电时”，小程序发送解锁指令给服务器，服务器更改状态信息，待底层下次请求即发送给它，底层在收到停止充电命令后，停止完成后会向服务器发送充电信息，服务器接收到了就保存起来，完善订单信息，同时小程序端，刷新页面，重新请求一次，即可看到完整订单信息。充电桩管理系统信息交互流程图如图3所示。

2 软件界面

用户关注微信公众号，注册充值，地图上会显示本地所有的充电桩地理位置，选中想要的充电桩，系统会显示最近的导航线路。用户到达充电桩位置，当充电枪和汽车充电接口连接成功后，在软件上点击扫码充电，然后点击解锁即可开始充电，结束充电后，系统便会把用户本次充电的金额从账户上面扣除，也可以通过微信支付方式支付本次费用。部分界面如图4、图5和图6所示。

3 结论

本文研究互联网+下的新能源汽车充电桩管理系统，对特来电TCDZ-DC0.75/8直流快速充电桩进行了改造。系统由微信公众平台、服务器数据库管理平台和充电桩3个部分组成。系统通过实际验证测试，能够实现通过微信小程序充电桩状态查询、定位导航和在线支付等功能；服务器数据库管理平台可以实现充电管理、充电运营、综合查询功能；充电桩的状态数据采集和实时采集和远程监控。该系统对充电桩的普及和推广有重要意义。

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【通联编辑：梁书】