基于MVC的电动汽车充电站信息管理系统研究
摘 要： 为解决现有电动汽车充电站存在的地理位置分散、数量有限及缺乏统一调度等问题，研究并设计了电动汽车充电站信息管理系统。系统采用B/S架构设计，将基于MVC设计模式的Joomla！框架引入到系统开发中，基于LAMP开发平台进行了系统的设计与实现。系统实现了区域内全部充电站实时信息的集中管理与发布、电动汽车和充电桩的统一调度、电动汽车用户充电预约、路径引导、在线支付等功能。该系统有效地解决了电动汽车充电难问题，提高了充电设施的利用率，对电动汽车的大面积推广具有良好的推动作用。
关键词： 充电站； 信息管理系统； 数据库； MVC； Joomla！； LAMP
中图分类号： TP302 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）02?0143?04
Research on MVC?based information management system of
electric vehicle charging station
MENG Ying， CAO Yilong， ZENG Jundong
（Shanghai University of Electric Power， Shanghai 200090， China）
Abstract： In order to solve the problems that the electric vehicle charging station has dispersed geographic position and limited number， and lacks unified management， the information management system of the electric vehicle charging station was researched and designed， in which the B/S architecture design is adopted， and the Joomla！ framework based on MVC design pattern is introduce into the system development. The system was designed and realized based on LAMP development platform. The system can realize the functions of real?time information centralized management and issuing， unified schedule for electric vehicles and charging points， battery charging appointment for electric vehicle users， route guidance and online payment for all charging stations in the certain region. The system can effectively solve the problem for charging difficulty of the electric vehicles， improve the utilization ratio of the charging facilities， and has perfect promotion effect for popularization of the electric vehicles.
Keywords： charging station； information management system； database； MVC； Joomla！； LAMP
随着社会的发展，能源与环境带来的压力越来越大，新型电动汽车因其“零排放”、噪声小、使用成本低等优点得到了大力推广。充电站作为电动汽车使用过程中不可缺少的能源基础设施，伴随着电动汽车的发展和普及而被广泛建设。然而现有电动汽车充电站存在地理位置分散、数量有限及缺乏统一调动等问题，严重影响了电动汽车充电的便捷性，同时造成了大量充电站资源的浪费[1?3]。因此如何高速便捷地为电动汽车寻找合适的充电站进行能量补给，成为一个急需解决的问题。
为了解决上述问题，本文在对系统进行需求分析的基础上，提出了一种基于MVC的电动汽车充电站信息管理方案，研究并设计了系统数据库，并基于Joomla！ 2.5和LAMP开发平台进行了电动汽车充电站信息管理系统的开发与实现。
该系统对所属区域内所有的充电设施进行集中管理，对电动汽车和充电设施进行统一调度，同时能为电动汽车用户提供充电装置查询、充电预约、路线引导、在线支付等服务。电动汽车充电站信息管理系统有效解决了电动汽车用户充电不便的问题，同时提高了充电设施的利用率。
1 系统介绍
电动汽车充电站信息管理系统采用浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构。B/S结构分为浏览器、Web服务器、数据库服务器三层，具有客户端消肿、界面友好、标准开放、开发和维护成本低等优点[4]。电动汽车充电站信息管理系统架构如图1所示。
图1 电动汽车充电站信息管理系统架构图
电动汽车充电站信息管理系统的工作机制为：各充电站内的数据控制器通过互联网将站内充电桩的实时运行数据传输给电动汽车充电站信息中心的数据库服务器，同时处理来自信息中心应用服务器的命令请求。电动汽车用户使用移动终端登录电动汽车充电服务系统，通过互联网与信息中心进行通信，进行充电设备的实时信息查询、充电预约等操作。信息中心接收并发布来自各充电站的实时信息，响应用户服务请求，并按照任务队列智能安排调度。管理员通过网络对充电站、充电桩、注册用户等进行管理。
2 系统需求分析及功能设计
需求分析阶段的主要任务是确定系统应具备的功能与特性。电动汽车充电站信息管理系统采用网络化技术，对区域内所有的电动汽车充电站实行网络化的信息集中管理，并为电动汽车用户提供充电站网络服务。根据其业务需求及工作流程，该管理系统主要分为用户管理、充电站管理、充电桩管理、电动汽车管理、预约管理、付费管理和充值管理等功能模块，每个功能模块下又有与之对应的细分功能，从而为电动汽车用户的查询、预约、路径引导及在线支付等功能提供支持。系统的主要功能模块如图2所示。
3 系统数据库设计与实现
电动汽车充电站信息管理系统涉及大量的数据存储、处理和查询，而且这些数据间有严格的约束关系。因此，合理的数据库建设是实现系统功能的关键基础。
3.1 数据库概念设计
数据库概念设计是将需求分析阶段得到的用户需求抽象为信息结构，即概念模型的过程。该设计过程在对象集中抽取实体，在定义对象的属性中抽取基本数据元素，在对象的结构中抽取实体间的关系[5]。电动汽车充电站信息管理系统中的实体主要包括充电站、充电桩、电动汽车、车型、用户、账户、消费记录、充值记录等。各实体间的关系为：充电站包括充电桩，用户拥有电动汽车，账户属于用户，账户包括消费记录和充值记录，用户和充电桩之间通过预约活动建立联系，电动汽车和充电桩之间通过充电活动建立联系。通过分析各实体属性、属性数据类型和主关键字，根据E?R图设计的真实性、避冗余性以及合适性原则，将上述实体以及实体间关系转化为系统概念E?R图，如图3所示。
图2 电动汽车充电站信息管理系统功能模块
图3 电动汽车充电站信息管理系统概念E?R图
3.2 数据库逻辑设计
数据库逻辑设计是在数据库概念设计的基础上，利用转换规则得到初始关系模式集，然后利用关系规范化理论对关系模式进行优化，以获得优良的数据库设计的过程[6]。电动汽车充电站智能信息管理系统数据库概念E?R图可转换成如图4所示的10个关系模式表。
图4 关系模式表
图4所示关系模式集中用户、账户、消费记录等为10个实体，表格内为各实体属性，添加下划线的属性为主键。用户表、账户表、消费记录表、充值记录表、充电桩表、充电站表、电动汽车表、车型表为实体表，包括各个实体的关键字和属性。用户与账户为一对一联系；账户与消费记录为一对多联系；账户与充值记录为一对多联系；用户与电动汽车为一对多联系；车型与电动汽车为一对多联系；充电站与充电桩为一对多联系；用户与充电桩为多对多联系；充电桩与电动汽车为多对多联系。预约表为用户和充电桩的中间表，其主键由用户和充电桩的主键组合构成。充电表为充电桩和电动汽车的中间表，其主键由充电桩和电动汽车的主键组合构成。该数据库关系模式集中每个实体的属性都属于简单属性，即每个属性都不可以再分，同时不存在部分函数依赖关系，并且每个非主属性不传递依赖于关系模式的候选码，因此该数据库设计满足3NF的要求。
3.3 数据库实现
本系统采用MySQL关系数据库进行数据存储。MySQL数据库简单、小巧，为多用户应用提供了充足的保护措施，可以有效地阻止冲突并防止错误产生，能够高效地为多用户分配可用资源[7]。使用Power Designer将数据库设计得到的关系模式集转换为数据库物理数据模型，如图5所示。数据库的物理数据模型对数据的存储机构和访问机制进行了更高层次的描述。由物理数据模型进一步生成数据源文件ecms.sql，将该数据源文件与由MySQL的可视化操作软件MySQL Workbench建立的空数据库进行连接后即可生成数据库中的表，至此完成数据库的创建。
图5 电动汽车充电站信息管理系统物理数据模型
4 系统实现
4.1 系统技术方案
电动汽车充电站信息管理系统采用B/S网络架构设计，通过基于模型?视图?控制器（Model?View?Controller，MVC）设计模式的Joomla！框架开发实现。MVC设计模式将应用的输入、处理、输出按照Model，View，Controller的方式进行分离，将应用分成模型层、视图层和控制层[8] 。
本系统采用的MVC结构如图6所示，其设计模式将系统的业务模型和用户界面相分离，提高了代码的可复用性，减少了代码的维护量[9?10]。
图6 电动汽车充电站信息管理系统的MVC框架结构
MVC设计模式的多层架构思想能够很好地应用在B/S系统体系结构中，但MVC设计模式本身比较复杂。因此，选用基于MVC设计模式的Joomla！内容管理系统进行设计开发。
Joomla！功能强大、界面简单、易学好用，使用Joomla！进行开发设计可以使模块、组件、插件等扩展的开发更加容易，而且由于网页外观设计远离了核心代码，可以实现外观布局的自由设计[11]。
4.2 开发环境搭建
本系统选用Joomla！2.5版本进行系统开发，该版本扩展较多，稳定可靠，便于开发。开发环境选择经典的LAMP（Linux?Apache?MySQL?PHP）组合。LAMP具有通用、跨平台、高性能、低价格的优势，在网站开发中得到了广泛应用。在开发环境的搭建过程中，首先使用VMware Workstation创建虚拟机，然后安装Ubuntukylin嵌入式操作系统。之后在Ubuntu系统下配置Apache HTTP服务器、MySQL数据库和PHP服务器端脚本解释器，从而完成了运行环境的搭建。
4.3 系统实现
电动汽车充电站信息管理系统通过赋予不同用户组不同权限，实现了对不同用户访问内容的控制。各级别用户组的访问功能权限如表1所示。
表1 用户组访问功能表
为提高开发速度，本系统采用在现有模板基础上进行开发的模式。Joomla！程序逻辑和表现层页面分离的模板设计机制，为美工设计提供了极大便利。通过使用CSS+HTML定义网站字体效果、图片效果、色彩效果、浏览效果等，完成了网站的外观设计[10]。网站首页布局图如图7所示。
图7 网站首页布局图
本系统的站点导航条由指定菜单station_top_menu中的菜单项构成。图片展示使用S5 Image and Content Fader v3模块开发实现，可滚动展示多张图片。新闻阅览功能通过网站图片新闻模块进行开发实现，主要用于发布关于充电桩、充电站、电动汽车等的最新行业新闻，用户可通过点击相应标题进行详细阅览。登录模块使用网站自带的登录模块进行设计，为用户提供登录、注册、密码找回等功能。系统首页如图8所示，同时该页面也是公众用户进入系统后默认的显示页面。
图8 电动汽车充电站信息管理系统首页
除以上基本功能外，该系统还通过使用RSForm！组件实现了充电桩信息查询以及充电桩预约等功能；使用百度地图API开发了地图导航模块，实现了电动汽车用户的路径导航功能；使用支付宝接口实现了在线支付功能。此外，通过给不同用户组赋予不同权限，实现了不同用户登陆系统后导航栏菜单项的不同，进而提供不同的功能服务。
5 结 语
本文通过对现有充电站运作模式及用户需求进行充分分析，提出了一种电动汽车充电站信息管理系统的设计方案，设计了系统数据库并基于Joomla！ 2.5以及LAMP开发平台完成了系统的开发与实现。该系统实现了对所辖区域内所有充电设施的集中管理，对电动汽车和充电设施实行了统一调度，同时为电动汽车用户提供了充电装置查询、充电预约、路线引导、在线支付等一系列服务。该系统有效解决了电动汽车用户充电不便的问题，并提高了充电设施的利用率，对电动汽车的进一步推广具有良好的推动作用。
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