CN105141490A - 一种基于485总线的电动车控制系统及地址分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电动车控制领域，提供了一种基于485总线的电动车控制系统，包括主设备和从设备；所述主设备，用于接收用户的操作指令并通过485总线传输至相应的从设备，所述从设备根据接收到的操作指令进行相应的操作；所述主设备还用于接收所述从设备反馈的操作结果及状态信息进行处理并显示，同时将处理结果进行存储并传输至外部系统。本发明将工业控制领域应用成熟可靠的485总线技术引入自行车设计，将一个主节点和多个从节点连接起来形成总线网络，充分发挥总线控制的稳定性和实时性，并且极大的拓展了车身设备的可扩展性，使功能更强，走线更少更美观，系统运行更可靠，降低车辆维护成本；更加智能化，所以操控更简单，骑行体验更好。

Description

一种基于485总线的电动车控制系统及地址分配方法

技术领域

本发明属于电动车控制领域，尤其涉及一种基于485总线的电动车控制系统及地址分配方法。

背景技术

在现代电动自行车尤其是助力自行车、智能自行车中，车身设备随着人们对自行车各功能需求的不断提高也在逐渐地增加，从电动机控制，安全保证系统，报警系统，码表，及提高骑行舒适性和娱乐性而做出的各种努力，使电动车电气系统形成一个复杂的系统，而传统电动车电气控制系统中几乎没有通信通道，所有的控制信号靠线缆传输，无论从成本还是复杂度、美观度上都难以应对。有些高端电动车或助力车配有码表，但是与码表通信只是通过简单串口，传输速度、可靠性、抗干扰性都存在很大问题，更无法应对水、沙尘、高频电磁波等外界恶劣环境的影响。对车身电控系统盲目的增加设备但无法获取其工作状态，使其无法发挥最大效用，更无法根据工作环境及时对设备进行参数调整，特别是锂电池，对工作时充放电的电压电流有严格要求，简陋的使用管理方式可能对电芯造成极大损害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于485总线的电动车控制系统及地址分配方法，旨在解决现有电动车没有通信通道，在增加设备时无法获取其工作状态，无法对车载电池进行保护的问题。

本发明是这样实现的，一种基于485总线的电动车控制系统，包括：

用作主设备的码表单元；

分别通过485总线与所述码表单元相连接，用作从设备的控制器单元、电源管理单元、车灯单元、监控与调试单元和安全单元；

所述码表单元用于接收用户的操作指令并通过485总线传输至相应的从设备，所述从设备根据接收到的操作指令进行相应的操作并将操作结果通过485总线反馈给所述码表单元；所述主设备还用于接收所述从设备反馈的操作结果及状态信息进行处理，同时将处理结果进行存储并传输至外部系统。

进一步地，所述控制器单元包括：

第一485总线通信模块，与所述码表单元通过485总线相连接，用于与所述码表单元进行信息交互；

控制器模块，与所述第一485总线通信模块相连接，用于根据从所述第一485总线通信模块接收的来自所述码表单元的控制指令，控制电动车的电机进行启动、运转或停止的操作。

进一步地，所述控制器单元还包括与所述控制器模块相连接的转把调速器；

所述转把调速器，用于根据用户的转把调节操作，生成一分压信号传输至所述控制器模块以控制所述电机的转速。

进一步地，所述控制器单元还包括与所述控制器模块相连接的助力传感器；

所述助力传感器，用于检测用户骑行时产生的动态踩踏力矩，用以生成相应比例助力信号传输至所述控制器模块以控制所述电机。

进一步地，电源管理单元包括锂电池、第二485总线通信模块；还包括充放电管理模块、电池监测模块和温度采集模块中的一个或多个；

所述第二485总线通信模块通过485总线与所述码表单元相连接，用于与所述码表单元进行信息交互；

所述电池监测模块，与所述锂电池和所述第二485总线通信模块相连接，用于监测所述锂电池的电池参数，并将监测到的参数信息通过所述第二485总线通信模块传输至所述码表单元；

所述温度采集模块，与所述锂电池和所述第二485总线通信模块相连接，用于采集所述锂电池的温度信息通过所述第二485总线通信模块传输至所述码表单元；

所述充放电管理模块，与所述锂电池和所述第二485总线通信模块相连接，用于根据所述第二485总线通信模块传输的充放电操作指令，对所述锂电池进行充电和放电操作。

进一步地，所述安全单元包括第三485总线通信模块、分别与所述第三485总线通信模块相连接的报警模块和车身电子锁；

所述第三485总线通信模块通过485总线与所述码表单元相连接，用于与所述码表单元进行信息交互；

所述报警模块，用于在通过所述第三485总线通信模块接收到报警指令时，进行相应的报警响应；

所述车身电子锁，用于在通过所述第三485总线通信模块接收的开解锁指令时，进行车身上锁或解锁操作。

进一步地，所述车灯单元包括第四485总线通信模块、分别与所述第四485总线通信模块相连接的车灯模块和车把振动器；

所述第四485总线通信模块通过485总线与所述码表单元相连接，用于与所述码表单元进行信息交互；

所述车灯模块，用于在通过所述第四485总线通信模块接收到车灯照明指令后，根据所述车灯照明指令进行车灯照明、导航照明、夜市照明的一种或多种操作；

所述车把振动器，用于在接收到所述第四485总线通信模块传输的导航指令后，用于产生震动提醒。

进一步地，所述码表单元包括码表、及安装于所述码表内部的定位模块和通信模块；

所述码表单元，用于接收用户的操作指令并传输至从设备的各单元；同时还接收来自各从设备传输的信息进行显示；

所述码表单元，还用于将通过所述定位模块获取的电动车的位置信息，结合各从设备传输的信息通过所述通信模块传输至外部系统。

进一步地，所述监控与调试单元包括第五485总线通信模块、分别与所述第五485总线通信模块相连接的实时监控模块和故障检测与调试模块；

所述实时监控模块实现对系统各单元的实时监控，并对异常的状态或信息进行恢复、保护或触发告警的操作；

所述故障检测与调试模块实现车身系统的故障检测、故障诊断、提示与报警，以及产测和安装调试阶段的系统及各单元的测试及调试。

本发明还提供了一种485系统中从设备的地址分配方法，步骤包括：

步骤A，主设备向从设备进行定期轮询，所述从设备在接收到所述问询后进行反馈；

步骤B，主设备根据接收到反馈讯息的先后顺序，从未被使用的地址中按照由小到大的顺序对各从设备进行定址，并将定址信息存入已知设备列表；

步骤C，若主设备在一定时间内未收到从设备的反馈信息，则将该从设备的定址信息从所述设备列表中删除，并将删除的地址作为未被使用的地址；

步骤D，新加入485总线的从设备接收到来自主设备的探询信息之后，予以回应；

步骤E,主设备在收到新加入的从设备的回应之后，将未被使用的地址中最小的一个作为新加入的从设备的地址，并存入已知设备列表。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明简化了控制信号传输方式，走线更美观；信号传输速度更快、可靠性更高、抗干扰性更强；降低车辆维护成本；操控更简单，更加智能化；车身电控系统记录所有设备的工作状态，使其发挥最大效用，根据工作环境及时对设备进行参数调整；实时获取各种参数信息，保护车身设备，特别是锂电池；将工业控制领域应用成熟可靠的485总线技术引入自行车设计，将一个主节点和多个从节点连接起来形成总线网络，充分发挥总线控制的稳定性和实时性，并且极大的拓展了车身设备的可扩展性，使功能更强，走线更少更美观，系统运行更可靠，降低车辆维护成本；更加智能化，所以操控更简单，骑行体验更好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于485总线的电动车控制系统的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种485系统中从设备的地址分配方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是基于485总线的电动助力自行车控制系统和控制方法，将485总线技术引入自行车，将一个主节点和多个从节点连接起来形成总线网络，充分发挥总线控制的稳定性和实时性，并且极大的拓展了车身设备的可扩展性。

基于上述原因，本发明实施例提供了一种基于485总线的电动车控制系统，包括用作主设备的码表单元1；分别通过485总线与所述码表单元相连接，用作从设备的控制器单元2、电源管理单元3、车灯单元4、监控与调试单元5和安全单元6；

所述主设备，用于接收用户的操作指令并通过485总线传输至相应的从设备，所述从设备根据接收到的操作指令进行相应的操作；所述主设备还用于接收所述从设备反馈的操作结果及状态信息进行处理并显示，同时将处理结果进行存储并传输至外部系统。

在本实施例所述的电动车控制系统中：

485主设备节点为：码表单元

485从设备节点包括：控制器单元、电源管理单元、车灯单元、监控与调试单元及安全单元等，所有设备都内置485总线通信模块，直接挂在电动车控制系统的485总线上，每个从设备均对外提供485总线通信功能，可以与485主设备节点实现远程通信，接收并处理主设备节点发来的指令，向主设备节点反馈操作结果及状态信息，存储需要保存的信息。

码表单元1作为485主设备节点，不断扫描其他485从设备节点，对作为485从设备节点的在位或不在位或损坏的状态及时做出相应，以便可以实现热插拔、激活、刷新等功能。同时码表单元1作为点空车控制系统的电源主控，可以控制整个系统的上电与关机，可以显示系统速度、里程、电池电量，可以通过蓝牙等近场通信方式与手机通信，或通过移动网络等远程通信方式与后台服务器通信，反馈信息，接收执行指令。码表单元1实现电动车控制系统运行的初始化及人机接口的实现，并实现对各个从设备单元的初始化、调用、状态查询。特别的，当应用于助力自行车上时，可以显示助力档位，调节助力档位。特别的，码表内部可以加装GPS模块与移动网络通信模块，通过定位功能，反馈位置信息，实现基于LBS的服务。

控制器单元2包括第一485总线通信模块、控制器模块、转把调速器、电机，其中控制器模块提供控制电机启动、运转、停止等操作；特别的，本系统可以用在电动助力自行车上，此时将转把调速器换为霍尔速度传感器或力矩传感器即可，将转把给出的分压速度信号换为助力传感器给出的相应比例助力的速度信号。所述转把调速器，用于接收用户的转把调节操作，转把内有变阻器或霍尔元件，输出给控制器一个电压信号，转动转把可在一定范围内调节转把输出电压的大小，控制器根据此电压值的不同，相应的控制所述电机的转速，实现转把调速功能。所述助力传感器，一般采用弹簧或其他类型的应变体，感应力的变化，用于检测用户脚踏产生的动态力矩，这样不同大小的力矩信号传输到控制器后，控制器产生与此力矩相应比例的速度控制信号传输至所述电机，调节电机速度，实现助力功能。

电源管理单元3，包括第二485总线通信模块、锂电池、充放电管理模块、电池监测模块和温度采集模块；所述电池监测模块进行电池基本参数检测，包括检测电池组电压、电流和电量的电压传感器、电流传感器和电量传感器，所述电池监测模块和温度采集模块将收集的电流、电压、电量和温度信息通过485总线传递给主设备节点码表单元1，码表单元1将电池的状态信息在显示屏显示，并根据电池监测模块和温度采集模块收集的电流、电压和温度信息计算出电池组的剩余电量，可以进行相应信息提示。通过实时检测得到的参数，以及对电池电流、电压管控，合理的释放，极大的提高了电池寿命及续航里程。

车灯单元4包括第四485总线通信模块、车灯模块和车把振动器；车灯模块包括车头灯、车尾灯、导航灯、矩形激光线框灯等，导航灯可以将导航信息直观地投射到车辆前方的路面上；矩形激光线框灯可以在夜晚方便骑行者区分平坦路面与坑洼路面；车把振动器可以作为导航转向等信息的振动提醒。

监控与调试单元5包括实时监控模块、故障检测与调试模块；实时监控模块实现对系统各单元的实时监控，并对异常的状态或信息进行恢复、保护或触发告警等操作；故障检测与调试模块实现车身系统的故障检测、故障诊断、提示与报警，以及产测和安装调试阶段的系统及各子模块的测试及调试。

安全单元6包括第三485总线通信模块、蜂鸣器、车身电子锁。结合实时监控模块反馈的信息，对异常的状态或信息进行保护或告警等操作；电子锁可以在安全单元的控制下进行自动解锁或锁车操作。

一般情况下，485通信仅支持一主多从的总线结构，总线上只能有一个主设备，多个从设备挂接在总线上。在同一时刻，只有一个设备可以占用总线发送数据，其他设备只能接收数据，当系统中加入新节点时，通讯必须由主设备发起，而主设备无法知道有新设备加入；当从设备发生损坏被替换或总线拓扑结构发生改变时，需要用人工方式来通知主设备系统结构的变化，这是非常繁琐而不切实际的。

基于上述原因，本发明还提供了一种从设备的地址分配方法，步骤包括：

S1,将所述从设备的地址进行初始化。在本步骤中，在初次使用时，将所接入的所有从设备的地址进行初始化，默认的地址初始化为0；对于定址完毕后的系统，在监测到有新的从设备插入时，将自动将该从设备的地址进行初始化。

S2，主设备向从设备进行定期轮询，所述从设备在接收到所述问询后进行反馈。

S3，主设备根据接收到反馈讯息的先后顺序，从未被使用的地址中按照由小到大的顺序对各从设备进行定址，并将定址信息存入已知设备列表。

S4，若主设备在一定时间内未收到从设备的反馈信息，则将该从设备的定址信息从所述设备列表中删除，并将删除的地址作为未被使用的地址。在本步骤中，主设备在一定时间内未收到从设备的反馈信息，将对该情况进行判断，若判断为该从设备从系统中移除，则将该从设备的定制信息从设备列表中删除。

S5，新加入485总线的从设备接收到来自主设备的探询信息之后，予以回应；

S6,主设备在收到新加入的从设备的回应之后，将未被使用的地址中最小的一个作为新加入的从设备的地址，并存入已知设备列表。

具体的，主设备节点采用如下方式实现从设备节点的自动探测和地址分配：

a,所有从设备节点初始地址为0；

b,主设备节点地址固定为128，其以一定时间间隔对从设备节点进行轮询，轮询的地址范围为0-127；

c,当新节点加入总线后，会受到来自主设备节点的探询，从设备节点予以回应；

d,主设备节点得知有新设备加入。则为该设备重新分配新地址；产生新地址的算法为，取地址1-127中未被使用的最小数值作为新设备的地址，同时，将该地址加入已知设备列表；

e,从设备节点不能主动发起通讯，而是由主设备节点不断对其进行轮询，若从设备节点未回应，则表明其处于关闭状态或已经撤出总线。

其中，已知设备列表定位为：当前挂接在485总线上的所有已知设备的地址的集合。当从设备节点关闭时，主设备节点的监控软件会得知该设备处于离线的不可用状态；当从设备节点被撤出总线，即物理断开时，主设备节点的软件会自动将该设备删除，该设备的地址也被从已知设备地址列表中删除。

通过本发明，能够简化控制信号传输方式，走线更美观；信号传输速度更快、可靠性更高、抗干扰性更强；降低车辆维护成本；操控更简单，更加智能化；车身电控系统记录所有设备的工作状态，使其发挥最大效用，根据工作环境及时对设备进行参数调整；实时获取各种参数信息，保护车身设备，特别是锂电池；将工业控制领域应用成熟可靠的485总线技术引入自行车设计，将一个主节点和多个从节点连接起来形成总线网络，充分发挥总线控制的稳定性和实时性，并且极大的拓展了车身设备的可扩展性，使功能更强，走线更少更美观，系统运行更可靠，降低车辆维护成本；更加智能化，所以操控更简单，骑行体验更好。

本发明运用机械、电子、传感器等学科领域中的成熟技术，力求实现方式的简单可靠，将工业控制领域应用成熟可靠的485总线技术引入自行车设计，将一个主节点和多个从节点连接起来形成总线网络，充分发挥总线控制的稳定性和实时性，并且极大的拓展了车身设备的可扩展性，使功能更强，走线更少更美观，系统运行更可靠，降低车辆维护成本；更加智能化，所以操控更简单，骑行体验更好。本发明适用于电动自行车、电动助力自行车、电动脚踏独轮车、平衡车、电动三轮车等轻型电动车辆。

特别的，不经系统授权，电池、码表等设备挂在485总线上无法通过验证，则无法使用，从而做到了系统安全，一定程度上避免了用户使用假冒零配件。当使用没有被码表主设备节点验证过的电池，骑行者无法打开系统，起到防盗作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于485总线的电动车控制系统，其特征在于，所述电动车控制系统包括：

用作主设备的码表单元；

分别通过485总线与所述码表单元相连接，用作从设备的控制器单元、电源管理单元、车灯单元、监控与调试单元和安全单元；

所述码表单元用于接收用户的操作指令并通过485总线传输至相应的从设备，所述从设备根据接收到的操作指令进行相应的操作并将操作结果通过485总线反馈给所述码表单元；所述主设备还用于接收所述从设备反馈的操作结果及状态信息进行处理，同时将处理结果进行存储并传输至外部系统。

2.如权利要求1所述的电动车控制系统，其特征在于，所述控制器单元包括：

第一485总线通信模块，与所述码表单元通过485总线相连接，用于与所述码表单元进行信息交互；

控制器模块，与所述第一485总线通信模块相连接，用于根据从所述第一485总线通信模块接收的来自所述码表单元的控制指令，控制电动车的电机进行启动、运转或停止的操作。

3.如权利要求2所述的电动车控制系统，其特征在于，所述控制器单元还包括与所述控制器模块相连接的转把调速器；

所述转把调速器，用于根据用户的转把调节操作，生成一分压信号传输至所述控制器模块以控制所述电机的转速。

4.如权利要求2所述的电动车控制系统，其特征在于，所述控制器单元还包括与所述控制器模块相连接的助力传感器；

所述助力传感器，用于检测用户骑行时产生的动态踩踏力矩，用以生成相应比例助力信号传输至所述控制器模块以控制所述电机。

5.如权利要求1所述的电动车控制系统，其特征在于，电源管理单元包括锂电池、第二485总线通信模块；还包括充放电管理模块、电池监测模块和温度采集模块中的一个或多个；

所述第二485总线通信模块通过485总线与所述码表单元相连接，用于与所述码表单元进行信息交互；

所述电池监测模块，与所述锂电池和所述第二485总线通信模块相连接，用于监测所述锂电池的电池参数，并将监测到的参数信息通过所述第二485总线通信模块传输至所述码表单元；

所述温度采集模块，与所述锂电池和所述第二485总线通信模块相连接，用于采集所述锂电池的温度信息通过所述第二485总线通信模块传输至所述码表单元；

所述充放电管理模块，与所述锂电池和所述第二485总线通信模块相连接，用于根据所述第二485总线通信模块传输的充放电操作指令，对所述锂电池进行充电和放电操作。

6.如权利要求1所述的电动车控制系统，其特征在于，所述安全单元包括第三485总线通信模块、分别与所述第三485总线通信模块相连接的报警模块和车身电子锁；

所述第三485总线通信模块通过485总线与所述码表单元相连接，用于与所述码表单元进行信息交互；

所述报警模块，用于在通过所述第三485总线通信模块接收到报警指令时，进行相应的报警响应；

所述车身电子锁，用于在通过所述第三485总线通信模块接收的开解锁指令时，进行车身上锁或解锁操作。

7.如权利要求1所述的电动车控制系统，其特征在于，所述车灯单元包括第四485总线通信模块、分别与所述第四485总线通信模块相连接的车灯模块和车把振动器；

所述第四485总线通信模块通过485总线与所述码表单元相连接，用于与所述码表单元进行信息交互；

所述车灯模块，用于在通过所述第四485总线通信模块接收到车灯照明指令后，根据所述车灯照明指令进行车灯照明、导航照明、夜市照明的一种或多种操作；

所述车把振动器，用于在接收到所述第四485总线通信模块传输的导航指令后，用于产生震动提醒。

8.如权利要求1所述的电动车控制系统，其特征在于，所述码表单元包括码表、及安装于所述码表内部的定位模块和通信模块；

所述码表单元，用于接收用户的操作指令并通过485总线传输至从设备的各单元；同时还接收来自各从设备传输的信息进行显示；

所述码表单元，还用于将通过所述定位模块获取的电动车的位置信息，结合各从设备传输的信息通过所述通信模块传输至外部系统。

9.如权利要求1所述的电动车控制系统，其特征在于，所述监控与调试单元包括第五485总线通信模块、分别与所述第五485总线通信模块相连接的实时监控模块和故障检测与调试模块；

所述实时监控模块实现对系统各单元的实时监控，并对异常的状态或信息进行恢复、保护或触发告警的操作；

所述故障检测与调试模块实现车身系统的故障检测、故障诊断、提示与报警，以及产测和安装调试阶段的系统及各单元的测试及调试。

10.一种485系统中从设备的地址分配方法，其特征在于，所述地址分配方法步骤包括：

步骤A，主设备向从设备进行定期轮询，所述从设备在接收到所述问询后进行反馈；

步骤B，主设备根据接收到反馈讯息的先后顺序，从未被使用的地址中按照由小到大的顺序对各从设备进行定址，并将定址信息存入已知设备列表；

步骤C，若主设备在一定时间内未收到从设备的反馈信息，则将该从设备的定址信息从所述设备列表中删除，并将删除的地址作为未被使用的地址；

步骤D，新加入485总线的从设备接收到来自主设备的探询信息之后，予以回应；

步骤E,主设备在收到新加入的从设备的回应之后，将未被使用的地址中最小的一个作为新加入的从设备的地址，并存入已知设备列表。