CN108965044B - 一种电动汽车充电设施通信数据链路健康状态测试装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试装置、系统和方法，电动汽车充电设施包括通过CAN总线连接通信的计费控制单元和充电桩主控板；测试装置包括通信模拟和故障检测单元、CAN收发器、人机交互单元以及电源；测试装置通过CAN收发器接入CAN总线；用户通过人机交互模块向通信模拟和故障检测单元发送测试命令信号；通信模拟和故障检测单元根据测试命令信号，选择计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块执行相应测试，进而得到包括CAN通信链路故障状态、故障类型和故障位置的测试结果数据；测试装置的通信模拟和故障检测单元将测试结果数据，传输至人机交互模块进行输出。本发明可降低链路测试的人力资源成本，提高测试质量和效率。

Description

一种电动汽车充电设施通信数据链路健康状态测试装置、系 统和方法
技术领域
本发明涉及CAN总线通信测试技术领域，特别是一种电动汽车充电设施通信数据链路健康状态测试装置、系统和方法。
背景技术
CAN总线作为一种现场总线，广泛应用于工业控制领域中，具有高性能、高可靠性、易开发且低成本的优点。由于在应用系统设计、调试和使用的过程中，充电桩主控板和计费控制单元之间的CAN通讯或因为异常干扰等原因，使得CAN总线系统不能正常工作。现场实际使用过程中，需要确保CAN总线处于正常工作状态并且能够在通讯出现问题的情况下检测出故障原因。
另外在通常CAN总线测试中，都是采用人工收发报文进行测试。手工测试中，由于人工的参与，这个过程中会存在识别遗漏、测试遗漏的现象，效率低、易出错，而且不同的测试人员会出现不同程度、不同方面的漏测现象。
发明内容
本发明的目的是，提出一种电动汽车充电设施通信数据链路健康状态测试装置、系统和方法，针对电动汽车充电桩主控板和计费控制单元之间的CAN总线通信进行故障排查和诊断，解决人工反复测试过程容易出现的疲劳和漏测，降低人力资源成本，提高测试质量和效率。
本发明采取的技术方案为：一种电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试装置，包括通信模拟和故障检测单元、CAN收发器、人机交互单元以及电源；通信模拟和故障检测单元包括用于连接CAN收发器的CAN收发端口，以通过CAN收发器接入CAN总线，与CAN总线上的计费控制单元或充电桩主控板连接通信；
人机交互单元上设有供用户选择测试类型的测试功能选择区；所述测试类型包括计费控制单元测试和充电桩主控板测试；人机交互单元根据用户选择向通信模拟和故障检测单元发送测试命令信号；
通信模拟和故障检测单元包括计费控制单元检测模块和充电桩主控板检测模块；通信模拟和故障检测单元根据接收到的测试命令信号对应的测试类型，选择计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块执行相应测试，其中：
计费控制单元检测模块用于模拟充电桩主控板，与计费控制单元之间通过CAN总线进行报文收发，并根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；充电桩主控板检测模块用于模拟计费控制单元，与充电桩主控板之间通过CAN总线进行报文收发，并根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；
通信模拟和故障检测单元将计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块的测试结果数据，传输至人机交互模块进行输出。
优选的，计费控制单元检测模块执行的测试内容包括：对应各交互过程的报文收发、报文对比以及故障诊断；计费控制单元检测模块中预存储有，模拟充电桩主控板与计费控制单元进行交互时，对应各交互过程的报文收发参考数据；计费控制单元检测模块将实际的报文收发数据与预存储的报文收发参考数据进行对比，进而根据报文对比结果进行故障诊断。
优选的，充电桩主控板检测模块执行的测试内容包括：对应各交互过程的报文收发、报文对比以及故障诊断；充电桩主控板检测模块中预存储有，模拟计费控制单元与充电桩主控板进行交互时，对应各交互过程的报文收发参考数据；充电桩主控板检测模块将实际的报文收发数据与预存储的报文收发参考数据进行对比，进而根据报文对比结果进行故障诊断。
优选的，本发明测试装置还包括存储单元，通信模拟和故障检测单元将故障检测结果数据发送至存储单元进行存储。可方便后期数据调取。
优选的，本发明测试装置还包括以太网通讯模块，通信模拟和故障检测单元通过以太网通讯模块接入以太网。
优选的，本发明测试装置还包括串口通讯模块，通信模拟和故障检测单元通过串口通讯模块与外部设备进行串口通信。
本发明测试装置适用于非在线式的电动汽车充电设施现场测试，测试过程中原计费控制的单元与充电桩主控板之间的通信链路为断开状态。现有技术中，计费控制单元与充电桩主控板之间进行交互的各个过程的报文收发为现有技术，本发明报文收发的模拟同样包括了各种交互过程的报文收发模拟。通信模拟和故障检测单元可采用现有微控制器，如单片机、DSP等。
本发明还公开一种基于上述测试装置的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试系统，电动汽车充电设施包括通过CAN总线连接通信的计费控制单元和充电桩主控板；
测试装置通过CAN收发器接入CAN总线；
测试装置的人机交互模块根据用户选择，向通信模拟和故障检测单元发送对应计费控制单元测试或充电桩主控板测试的测试命令信号；
测试装置的通信模拟和故障检测单元根据接收到的测试命令信号，选择计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块执行相应测试，进而得到包括CAN通信链路故障状态、故障类型和故障位置的测试结果数据；
测试装置的通信模拟和故障检测单元将测试结果数据，传输至人机交互模块进行输出。
优选的，测试系统还包括远程监测装置，测试装置还包括以太网通信模块，测试装置通过以太网通信模块与远程监测装置通信，以传输测试结果数据。
本发明还公开基于上述测试系统的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试方法，包括：
S1，断开待测计费控制单元与充电桩主控板之间的CAN总线连接；
S2，用户通过测试装置的人机交互模块选择测试类型，人机交互模块根据被选择的测试类型向通信模拟和故障检测单元发送相应的测试命令信号；
S3，通信模拟和故障检测单元根据接收到的测试命令信号，执行相应的测试，包括：
S31，调用并执行计费控制单元检测模块程序：模拟充电桩主控板，与计费控制单元之间通过CAN总线进行各交互过程的报文收发，根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；
S32，调用并执行充电桩主控板检测模块程序：模拟计费控制单元，与充电桩主控板之间通过CAN总线进行各交互过程的报文收发根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；
S4，根据S3的测试结果生成测试记录，并输出。
优选的，S4中，测试记录的输出包括：输出至人机交互单元进行显示输出，以及通过以太网传输至远程监测装置。
有益效果
本发明的通信链路健康状态测试装置、系统和方法，通过模拟充电桩主控板或计费控制单元，与待测链路上的计费控制单元或充电桩主控板之间，通过待测CAN总线链路进行报文收发实验，进而通过报文对比实现故障的诊断，可解决现有技术中人工反复测试过程容易出现的疲劳和漏测，降低人力资源成本，同时大大提高测试准确度和测试效率。
附图说明
图1所示为本发明测试系统结构示意图；
图2所示为本发明测试方法流程示意图；
图3所示为本发明计费控制单元与充电控制器交互主流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
实施例1
参考图1，本实施例的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试装置，包括通信模拟和故障检测单元、CAN收发器、人机交互单元以及电源；通信模拟和故障检测单元包括用于连接CAN收发器的CAN收发端口，以通过CAN收发器接入CAN总线，与CAN总线上的计费控制单元或充电桩主控板连接通信；
人机交互单元上设有供用户选择测试类型的测试功能选择区；所述测试类型包括计费控制单元测试和充电桩主控板测试；人机交互单元根据用户选择向通信模拟和故障检测单元发送测试命令信号；
通信模拟和故障检测单元包括计费控制单元检测模块和充电桩主控板检测模块；通信模拟和故障检测单元根据接收到的测试命令信号对应的测试类型，选择计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块执行相应测试，其中：
计费控制单元检测模块用于模拟充电桩主控板，与计费控制单元之间通过CAN总线进行报文收发，并根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；充电桩主控板检测模块用于模拟计费控制单元，与充电桩主控板之间通过CAN总线进行报文收发，并根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；
通信模拟和故障检测单元将计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块的测试结果数据，传输至人机交互模块进行输出。
计费控制单元检测模块执行的测试内容包括：对应各交互过程的报文收发、报文对比以及故障诊断；计费控制单元检测模块中预存储有，模拟充电桩主控板与计费控制单元进行交互时，对应各交互过程的报文收发参考数据；计费控制单元检测模块将实际的报文收发数据与预存储的报文收发参考数据进行对比，进而根据报文对比结果进行故障诊断。
充电桩主控板检测模块执行的测试内容包括：对应各交互过程的报文收发、报文对比以及故障诊断；充电桩主控板检测模块中预存储有，模拟计费控制单元与充电桩主控板进行交互时，对应各交互过程的报文收发参考数据；充电桩主控板检测模块将实际的报文收发数据与预存储的报文收发参考数据进行对比，进而根据报文对比结果进行故障诊断。
本实施例中，计费控制单元检测模块和充电桩主控板检测模块分别为运行于通信模拟和故障检测单元中的软件模块。
测试装置还包括存储单元，通信模拟和故障检测单元将故障检测结果数据发送至存储单元进行存储。可方便后期数据调取。
测试装置还包括以太网通讯模块，通信模拟和故障检测单元通过以太网通讯模块接入以太网。
测试装置还包括串口通讯模块，通信模拟和故障检测单元通过串口通讯模块与外部设备进行串口通信。
本发明测试装置适用于非在线式的电动汽车充电设施现场测试，测试过程中原计费控制的单元与充电桩主控板之间的通信链路为断开状态。现有技术中，计费控制单元与充电桩主控板之间进行交互的各个过程的报文收发为现有技术，本发明报文收发的模拟同样包括了各种交互过程的报文收发模拟。通信模拟和故障检测单元可采用现有微控制器，如单片机、DSP等。
实施例2
本实施例为基于实施例1测试装置的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试系统，其中：电动汽车充电设施包括通过CAN总线连接通信的计费控制单元和充电桩主控板；
测试装置通过CAN收发器接入CAN总线；
测试装置的人机交互模块根据用户选择，向通信模拟和故障检测单元发送对应计费控制单元测试或充电桩主控板测试的测试命令信号；
测试装置的通信模拟和故障检测单元根据接收到的测试命令信号，选择计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块执行相应测试，进而得到包括CAN通信链路故障状态、故障类型和故障位置的测试结果数据；
测试装置的通信模拟和故障检测单元将测试结果数据，传输至人机交互模块进行输出。
测试系统还包括远程监测装置，测试装置还包括以太网通信模块，测试装置通过以太网通信模块与远程监测装置通信，以传输测试结果数据。
实施例3
本实施例为基于实施例1和实施例2的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试方法，参考图2，包括：
S1，断开待测计费控制单元与充电桩主控板之间的CAN总线连接；
S2，用户通过测试装置的人机交互模块选择测试类型，人机交互模块根据被选择的测试类型向通信模拟和故障检测单元发送相应的测试命令信号；
S3，通信模拟和故障检测单元根据接收到的测试命令信号，执行相应的测试，包括：
S31，调用并执行计费控制单元检测模块程序：模拟充电桩主控板，与计费控制单元之间通过CAN总线进行各交互过程的报文收发，根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；
S32，调用并执行充电桩主控板检测模块程序：模拟计费控制单元，与充电桩主控板之间通过CAN总线进行各交互过程的报文收发根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；
S4，根据S3的测试结果生成测试记录，并输出。
S4中，测试记录的输出包括：输出至人机交互单元进行显示输出，以及通过以太网传输至远程监测装置。
利用本发明进行通信链路测试时，一种测试流程具体如下：
1）连接：充电桩主控板和计费控制单元之间的CAN总线通信考虑保密性无法设置监听，需要断开二者之间的CAN总线通信链路，分别连接通信链路故障检测装置，选择测试装置的测试类型为充电桩主控板测试或者计费控制单元测试；
2）自动报文收发测试程序：通信模拟和故障检测单元微处理器接收包含测试类型数据的测试指令数据，调用相应的报文收发测试程序，检测交互过程中各阶段报文收发是否符合要求，交互过程如图3所示；
3）故障诊断：通过报文收发实验判断CAN通信链路是否发生故障；
4）生成测试记录：根据自动报文收发实验和故障诊断结果，生成测试记录，并保存在SD卡中，便于之后的操作和调用；
5）上传：通过以太网将报文测试记录上传到后台充电设施远程监测与诊断系统；
6）结束。
本发明参照国网企标《电动汽车充电计费控制单元第2部分：与充电桩充电控制器通信协议》制订了电动汽车充电设施通信数据链路检测方案。参考图3所示，具体实施方法包括以下步骤：
步骤（一）测试充电控制器与计费控制单元的信息通信地址是否正确。设备上电运行截取双方通信报文，分析控制器与计费控制单元的逻辑地址，计费控制单元的逻辑地址为0x8A；充电控制器的逻辑地址为0xF6。
步骤（二）测试充电控制器与计费控制单元信息交互流程的建立过程。测试通信超时后计费控制单元是否主动发送版本校验指令；测试版本校验帧的发送周期；测试协议版本校验机制。计费控制单元在上电初始化完成后，或通讯超时后，向充电控制器发送“版本校验帧”指令；充电控制器接收该指令后，首先进行“计费控制单元心跳帧”接收超时判断，在“计费控制单元心跳帧”接收正常情况下，再回送“版本校验应答帧”指令。计费控制单元仅在接收到的充电控制器发送“版本校验应答帧”指令中“充电控制器通信协议版本号”，与发送的“版本校验帧”指令中“计费控制单元通信协议版本号”一致时，才进行后续报文交互流程。充电控制器仅在接收到的计费控制单元发送“版本校验帧”指令中“计费控制单元通信协议版本号”，与发送的“版本校验帧”指令中“充电控制器通信协议版本号”一致时，才进行后续报文交互流程。
步骤（三）测试充电控制器与计费控制单元之间心跳报文。测试心跳帧的发送周期；测试心跳帧不发送情况下的故障处理；测试计费控制单元心跳帧；测试充电控制器心跳帧。心跳帧在计费控制单元与充电控制器上电启动后就开始发送。心跳帧交互正常是发送、接收和处理命令帧、状态帧、数据帧、错误帧的必要条件。
步骤（四）测试充电控制器与计费控制单元之间对时报文。测试计费控制单元定期主动下发对时指令；测试对时应答帧的准确性。计费控制单元采用定时间间隔或事件触发下发的方式，向充电控制器发送“下发对时帧”，执行对时操作；充电控制器在接收到该指令后，首先执行系统时钟对时操作，其次读取系统时间，最终回送“下发对时应答帧”指令。
步骤（五）测试充电控制器与计费控制单元之间参数确认报文。测试下发充电参数帧的准确性；测试回送下发参数应答帧的准确性；测试故障处理机制。在版本校验成功后5秒内，计费控制单元应向充电控制器发送“下发充电参数帧”指令。充电控制器接收到该指令后，首先进行“充电桩（机）编号”存储，再回送“下发充电参数应答帧”指令。
步骤（六）测试充电启动控制流程。测试启动充电指令和充电启动应答帧的准确性；测试充电启动完成帧和充电启动完成应答帧的准确性；测试启动失败下的故障处理机制。计费控制单元在需要启动充电时，向充电控制器发送“充电启动帧”；充电控制器接收到该报文后首先进行数据合法性校验，其次结合充电桩运行状态判断是否允许启动充电，最终向计费控制单元回送“充电启动应答帧”。充电控制器在成功完成充电启动后，向计费控制单元发送“充电启动完成帧”指令，计费控制单元接收后向充电控制器回送“充电启动完成应答帧”指令。
步骤（七）测试充电停止控制流程。测试充电停止指令和充电停止应答帧的准确性；测试充电停止完成帧和充电停止完成应答帧的准确性；测试停止失败下的故障处理机制。计费控制单元在需要停止充电时，向充电控制器发送“充电停止帧”指令， 充电控制器在收到该指令后回送“充电停止应答帧”指令。充电控制器在完成停止充电后向计费控制单元发送“充电停止完成帧”指令，计费控制单元接收该报文后回送“充电停止完成应答帧”指令。
步骤（八）测试充电功率调节报文。测试指定功率下发报文的准确性；测试功率调节反馈的准确性；测试调节功率失败故障处理机制。当计费控制单元需要控制输出功率时，发送“功率调节控制帧”指令；充电控制器收到计费控制单元发送的功率调节命令后，立即做出响应，并将执行结果进行反馈。功率调节指令可在充电前设定，也可在充电过程中设定，设定成功后，充电桩最大输出功率实际输出时不应超过设定值。
步骤（九）测试遥信数据报文。测试遥信报文发送周期；测试遥信数据项准确性。充电控制器向计费控制单元周期性发送遥信数据。遥信数据帧的发送在版本校验通过后开始周期性发送，通讯超时后停止发送。
步骤（十）测试遥测数据报文。测试遥测报文发送周期；测试遥测数据项准确性。充电控制器向计费控制单元周期性发送遥测数据遥测数据帧的发送在版本校验通过后开始周期性发送，通讯超时后停止发送。
通过对各交互过程中的报文进行比对测试，即可判断各交互过程是否发生故障，本发明所述故障类型也即故障所发生的交互过程阶段。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试装置，其特征是：包括通信模拟和故障检测单元、CAN收发器、人机交互单元以及电源；通信模拟和故障检测单元包括用于连接CAN收发器的CAN收发端口，以通过CAN收发器接入CAN总线，与CAN总线上的计费控制单元或充电桩主控板连接通信；
人机交互单元上设有供用户选择测试类型的测试功能选择区；所述测试类型包括计费控制单元测试和充电桩主控板测试；人机交互单元根据用户选择向通信模拟和故障检测单元发送测试命令信号；
通信模拟和故障检测单元包括计费控制单元检测模块和充电桩主控板检测模块；通信模拟和故障检测单元根据接收到的测试命令信号对应的测试类型，选择计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块执行相应测试，其中：
计费控制单元检测模块用于模拟充电桩主控板，与计费控制单元之间通过CAN总线进行报文收发，并根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；充电桩主控板检测模块用于模拟计费控制单元，与充电桩主控板之间通过CAN总线进行报文收发，并根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；
通信模拟和故障检测单元将计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块的测试结果数据，传输至人机交互单元进行输出。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试装置，其特征是：计费控制单元检测模块执行的测试内容包括：对应各交互过程的报文收发、报文对比以及故障诊断；计费控制单元检测模块中预存储有，模拟充电桩主控板与计费控制单元进行交互时，对应各交互过程的报文收发参考数据；计费控制单元检测模块将实际的报文收发数据与预存储的报文收发参考数据进行对比，进而根据报文对比结果进行故障诊断。
3.根据权利要求1所述的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试装置，其特征是：充电桩主控板检测模块执行的测试内容包括：对应各交互过程的报文收发、报文对比以及故障诊断；充电桩主控板检测模块中预存储有，模拟计费控制单元与充电桩主控板进行交互时，对应各交互过程的报文收发参考数据；充电桩主控板检测模块将实际的报文收发数据与预存储的报文收发参考数据进行对比，进而根据报文对比结果进行故障诊断。
4.根据权利要求1所述的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试装置，其特征是：还包括存储单元，通信模拟和故障检测单元将故障检测结果数据发送至存储单元进行存储。
5.根据权利要求1所述的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试装置，其特征是：还包括以太网通讯模块，通信模拟和故障检测单元通过以太网通讯模块接入以太网。
6.根据权利要求1所述的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试装置，其特征是：还包括串口通讯模块，通信模拟和故障检测单元通过串口通讯模块与外部设备进行串口通信。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述测试装置的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试系统，其特征是，电动汽车充电设施包括通过CAN总线连接通信的计费控制单元和充电桩主控板；
测试装置通过CAN收发器接入CAN总线；
测试装置的人机交互单元根据用户选择，向通信模拟和故障检测单元发送对应计费控制单元测试或充电桩主控板测试的测试命令信号；
测试装置的通信模拟和故障检测单元根据接收到的测试命令信号，选择计费控制单元检测模块或充电桩主控板检测模块执行相应测试，进而得到包括CAN通信链路故障状态、故障类型和故障位置的测试结果数据；
测试装置的通信模拟和故障检测单元将测试结果数据传输至人机交互单元进行输出。
8.根据权利要求7所述的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试系统，其特征是：测试系统还包括远程监测装置，测试装置还包括以太网通信模块，测试装置通过以太网通信模块与远程监测装置通信，以传输测试结果数据。
9.基于权利要求7或8所述测试系统的电动汽车充电设施通信数据链健康状态测试方法，其特征是：包括：
S1，断开待测计费控制单元与充电桩主控板之间的CAN总线连接；
S2，用户通过测试装置的人机交互单元选择测试类型，人机交互单元根据被选择的测试类型向通信模拟和故障检测单元发送相应的测试命令信号；
S3，通信模拟和故障检测单元根据接收到的测试命令信号，执行相应的测试，包括：
S31，调用并执行计费控制单元检测模块程序：模拟充电桩主控板，与计费控制单元之间通过CAN总线进行各交互过程的报文收发，根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；
S32，调用并执行充电桩主控板检测模块程序：模拟计费控制单元，与充电桩主控板之间通过CAN总线进行各交互过程的报文收发，根据报文收发数据判断CAN通信链路是否发生故障，以及所发生故障的类型和位置；
S4，根据S3的测试结果生成测试记录，并输出。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是：S4中，测试记录的输出包括：输出至人机交互单元进行显示输出，以及通过以太网传输至远程监测装置。
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