基于手機(jī)平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充換電管理系統(tǒng)＊

王軍，于慶瑞，黃文輝

（甘肅長(zhǎng)城氫能源工程研究院有限公司，甘肅 天水 741024）

純電動(dòng)汽車(chē)是可靠性和性價(jià)比高、工藝技術(shù)成熟的新能源汽車(chē)。純電動(dòng)汽車(chē)使用電池作為儲(chǔ)能源單元，無(wú)排放，不依賴燃油。“里程焦慮”是阻礙電動(dòng)汽車(chē)快速發(fā)展的核心問(wèn)題?！袄锍探箲]”問(wèn)題又可分為“續(xù)航里程短”和“充電時(shí)間長(zhǎng)”兩大問(wèn)題。隨著電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)步，“續(xù)航里程短”的問(wèn)題已經(jīng)基本解決了。在生活節(jié)奏快的今天，“充電時(shí)間長(zhǎng)”問(wèn)題是致命的。

電動(dòng)汽車(chē)充電類似于常規(guī)汽車(chē)加油，電動(dòng)汽車(chē)電池饋電后只有充電后才能繼續(xù)使用，為了滿足電動(dòng)汽車(chē)充電需求，國(guó)內(nèi)建造了相當(dāng)規(guī)模的充電站。但每次充電需要幾個(gè)小時(shí)，而且加快充電速度與電池特性背道而馳。隨著電動(dòng)汽車(chē)電能容量的不斷加大，充電慢的缺陷越來(lái)越明顯，于是就有了快速換電的解決方案。

盧薦胤等學(xué)者從電動(dòng)汽車(chē)充電樁手機(jī)APP的應(yīng)用現(xiàn)狀、功能概述等方面對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電手機(jī)支付的應(yīng)用做了介紹[1]。楊茜等學(xué)者提出了電動(dòng)汽車(chē)公共服務(wù)互動(dòng)平臺(tái)構(gòu)建設(shè)想，并對(duì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案、架構(gòu)以及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究[2]。王東琴研究開(kāi)發(fā)了電動(dòng)汽車(chē)充電樁移動(dòng)平臺(tái)客戶端，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)定位、充電站地址檢索、充電站信息查詢、汽車(chē)導(dǎo)航和預(yù)約充電等功能[3]。陳義星研究并設(shè)計(jì)了一套電動(dòng)汽車(chē)智能充電管理系統(tǒng)軟件，通過(guò)該軟件可實(shí)現(xiàn)充電樁查詢、汽車(chē)導(dǎo)航、充電管理和在線支付等功能[4]。周宇和鞏洋分別對(duì)充電樁查看、預(yù)約、收藏，充電樁線路導(dǎo)航，充電樁推薦、個(gè)人信息管理和充電樁監(jiān)控管理等方面進(jìn)行了技術(shù)研究[5－6]。張梅提出了電動(dòng)汽車(chē)充電支付、充電樁管理和推廣的微型公眾號(hào)平臺(tái)方案[7]。

為了滿足電動(dòng)汽車(chē)快速充換電的需要，結(jié)合當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)充換電的發(fā)展情況和眾多學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，本文開(kāi)發(fā)了基于手機(jī)平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充換電管理系統(tǒng)。通過(guò)手機(jī)平臺(tái)，可以隨時(shí)隨地為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主提供充換電的相關(guān)服務(wù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)流程規(guī)劃

在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，首先進(jìn)行了市場(chǎng)調(diào)研和需求分析，并確定了設(shè)計(jì)編程軟件，編寫(xiě)了項(xiàng)目可行性分析文件；其次對(duì)系統(tǒng)總體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，對(duì)模塊功能進(jìn)行了規(guī)劃；然后對(duì)不同模塊進(jìn)行詳細(xì)的功能設(shè)計(jì)、代碼編寫(xiě)和軟件調(diào)試；最后模塊整合后進(jìn)行了系統(tǒng)整體調(diào)試，并邀請(qǐng)一定數(shù)量的電動(dòng)車(chē)車(chē)主進(jìn)行了客戶體驗(yàn)測(cè)試，并根據(jù)客戶體驗(yàn)的反饋結(jié)果對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該電動(dòng)汽車(chē)充換電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程規(guī)劃圖如圖1所示。

圖1 電動(dòng)汽車(chē)充換電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程規(guī)劃圖

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

智能手機(jī)客戶端與后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行通訊后，從服務(wù)端獲取充換電站位置、電池型號(hào)和庫(kù)存量等信息，客戶端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理并友好顯示?？蛻舳藢⒊鋼Q電站信息查詢和地圖服務(wù)相結(jié)合，在應(yīng)用LBS和地圖服務(wù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)充換電站信息查詢包括備換電池的型號(hào)、生產(chǎn)日期、數(shù)量等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)地圖服務(wù)如實(shí)時(shí)定位、路徑導(dǎo)航等。為便于用戶對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充換電，提供對(duì)空閑充換電站的預(yù)約功能，完成對(duì)充電記錄信息和個(gè)人信息的管理。整個(gè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖2所示[8]。

圖2 電動(dòng)汽車(chē)充換電系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)功能規(guī)劃

2.1 個(gè)人中心功能

個(gè)人中心包括注冊(cè)登錄、賬戶安全管理和個(gè)人信息管理等。用戶注冊(cè)可以用手機(jī)號(hào)注冊(cè)，也可以用微信注冊(cè)或者單獨(dú)注冊(cè)用戶名，用戶名可以是數(shù)字、字母、漢字或者其組合都可以，密碼為6位以上的數(shù)字和字母組合，還可以設(shè)置保存用戶名、密碼和自動(dòng)登錄。賬戶安全管理中可進(jìn)行密碼修改，可以將注冊(cè)用戶和其微信、手機(jī)號(hào)、郵箱號(hào)、支付寶和銀聯(lián)卡等進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如果忘記密碼，可以通過(guò)關(guān)聯(lián)的手機(jī)號(hào)、微信或者郵箱重置密碼并進(jìn)行密碼修改。在個(gè)人信息管理中可以對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行完善和維護(hù)。

2.2 地圖系統(tǒng)功能

地圖系統(tǒng)功能包括車(chē)主定位、充換電站顯示和導(dǎo)航功能。打開(kāi)系統(tǒng)應(yīng)用地圖模塊可顯示車(chē)主自己所在的具體位置，同時(shí)顯示屏幕顯示范圍內(nèi)的所有充換電站的具體位置。根據(jù)用戶需要可以為用戶提供導(dǎo)航服務(wù)，根據(jù)實(shí)時(shí)路況信息進(jìn)行行程規(guī)劃，提供推薦的導(dǎo)航路線和相應(yīng)路線的預(yù)估行程及耗時(shí)供用戶選擇。用戶也可以根據(jù)自己的使用習(xí)慣切換到手機(jī)終端中安裝第三方地圖軟件中，進(jìn)行導(dǎo)航等相關(guān)操作。

2.3 在線支付功能

在線支付功能包括系統(tǒng)充值、掃描二維碼支付、付款碼支付和歷史支付查詢等功能。用戶可以提前通過(guò)支付寶、微信或者銀聯(lián)卡給賬戶充值用于支付充換電費(fèi)用，也可以直接用關(guān)聯(lián)的支付寶進(jìn)行支付。付費(fèi)方式可以通過(guò)掃描充換電站的收款二維碼支付或者讓充換電站掃描系統(tǒng)生成的用戶賬戶付款碼完成支付操作。系統(tǒng)具有歷史記錄功能，對(duì)用戶的歷史付費(fèi)進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)。

2.4 充換電模塊功能

充換電模塊功能包括充換電預(yù)約、充換電方式選擇、充換電評(píng)價(jià)和歷史充換電記錄等功能。用戶可以通過(guò)系統(tǒng)查詢用戶附近的充換電站。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算車(chē)主到達(dá)目標(biāo)充換電站的時(shí)間和充換電站的客戶密度，并推薦有適合車(chē)主車(chē)型的電池型號(hào)給車(chē)主，車(chē)主可根據(jù)需要進(jìn)行充電或換電預(yù)約。充電時(shí)可在定時(shí)長(zhǎng)、定點(diǎn)量、定費(fèi)用、直接充滿等充電模式中進(jìn)行選擇，然后通過(guò)在線支付操作后完成充換約定并在充電完成后自動(dòng)扣費(fèi)完成交易。用戶可對(duì)充換電服務(wù)、充換電質(zhì)量等進(jìn)行評(píng)價(jià)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)充換電的行駛公里數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，系統(tǒng)還會(huì)對(duì)車(chē)主的充換電偏好進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并在下次充換電的時(shí)候進(jìn)行推薦提醒。

2.5 通訊和幫助功能

通訊和幫助功能包括充換電預(yù)約和建議評(píng)價(jià)等信息的上傳、充換電站信息及路況等查詢信息的調(diào)取、軟件系統(tǒng)的設(shè)置和軟件系統(tǒng)的更新。系統(tǒng)的整體功能規(guī)劃圖如圖3所示。

圖3 電動(dòng)汽車(chē)充換電管理系統(tǒng)功能規(guī)劃圖

3 主要模塊設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是電子化數(shù)據(jù)文件，這些數(shù)據(jù)文件可以為多個(gè)用戶共享，通過(guò)系統(tǒng)可以對(duì)文件進(jìn)行新建、修改、查詢、調(diào)閱和刪除，數(shù)據(jù)庫(kù)是軟件中相對(duì)獨(dú)立的模塊[9]。在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)采用自上而下的方法，重點(diǎn)應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)，特別是如何快捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入和讀取及如何少占資源等。電動(dòng)汽車(chē)充換電管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括用戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)CC_User（用于存放用戶信息）、充換電站信息數(shù)據(jù)庫(kù)CC_station（用于存放充換電站的相關(guān)信息）。另外還有充換電歷史記錄、客戶評(píng)價(jià)、客戶預(yù)約和充換電狀態(tài)等數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

手機(jī)端的通訊傳輸采用5G或者WIFI，對(duì)車(chē)主用戶而言，用5G網(wǎng)絡(luò)的情況最常見(jiàn)。考慮到每個(gè)車(chē)主用戶可能會(huì)有多個(gè)手機(jī)號(hào)，因此選用3參數(shù)函數(shù)ServerSoc ket（Int port,Int blacklog,Inet Address bindaddr）,通過(guò)bindAddr設(shè)置想要監(jiān)聽(tīng)的IP地址[10]。ServerSocket函數(shù)可調(diào)用accept函數(shù)，逐一從服務(wù)器端獲得相應(yīng)充換電站的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3 在線支付設(shè)計(jì)

在線支付選用普遍使用的支付寶做為支付功能的拓展。具體步驟如下：

（1）在支付寶的螞蟻金服平臺(tái)中注冊(cè)帳號(hào)，上傳軟件產(chǎn)品說(shuō)明并通過(guò)審核后，即完成開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的申請(qǐng)。

（2）再通過(guò)OpenSSL創(chuàng)建相應(yīng)的密鑰，進(jìn)行上傳作為公用密鑰。

（3）然后對(duì)所需要的SDK資源進(jìn)行下載使用，其中包括alipaysdk．jar、alipayutdid.jar以及alipaysecsdk.jar并轉(zhuǎn)換為項(xiàng)目的libs。

（4）檢查三個(gè)開(kāi)發(fā)包是否成功導(dǎo)入并且加載完成后，在文件清單中加入PKC5密鑰，并完成相應(yīng)的密鑰配置[11]。

（5）最后，在對(duì)應(yīng)的 Android清單中的 XML文件中，向其中加入所需要的權(quán)限語(yǔ)句，調(diào)試無(wú)誤后即實(shí)現(xiàn)了與支付寶支付功能的成功對(duì)接，此時(shí)即可按照功能的需要對(duì)其進(jìn)行配置、修改和調(diào)用[11]。

3.4 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車(chē)充換電管理系統(tǒng)涉及的界面比較多，包括注冊(cè)界面、登錄界面、密碼管理界面、個(gè)人信息維護(hù)界面、充換電站選擇界面、充換電站推薦界面、導(dǎo)航界面、充換電方式選擇界面、充電監(jiān)控界面、支付二維碼界面、支付掃碼界面等。

4 系統(tǒng)調(diào)試

電動(dòng)汽車(chē)充換電管理系統(tǒng)在調(diào)試過(guò)程中，考慮到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率小、對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求不高且不需要進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，故選用http方式與服務(wù)器端進(jìn)行模擬通信測(cè)試。在電腦端借助網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手進(jìn)行調(diào)試，在手機(jī)端上發(fā)送信息，電腦端會(huì)成功接收并顯示出相應(yīng)的信息。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了基于智能手機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)充換電管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由五大模塊組成，分別是個(gè)人中心、地圖系統(tǒng)、在線支付、充換電管理、通訊與幫助等功能模塊。通過(guò)手機(jī)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端和充換電站之間的數(shù)據(jù)交換，也可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)主用戶對(duì)充換電站的查詢、充換電服務(wù)預(yù)約、充換電站服務(wù)評(píng)價(jià)、充換電歷史記錄查詢等。經(jīng)調(diào)試和隨機(jī)用戶使用體驗(yàn)征明，本系統(tǒng)能夠滿足電動(dòng)車(chē)主快速充換電的使用需求。