CN105564353B - 基于gprs和微功率无线的电力集抄系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于GPRS和微功率无线的电力集抄系统，包括超声波测距板、超声波倒车防撞雷达和飞思卡尔IMX6处理器等，其在各终端电能表上设置微功率无线模块，以及在集中器上设置微功率无线基站，通过微功率无线传输将各终端电能表的数据传输至集中器，并通过集中器上设置的GPRS模块最终传输至集抄主站。本发明可自动组网，自动路由，自动修复，安装方便，成本低，不受电力线路故障和环境影响，可靠性较高。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种基于GPRS和微功率无线的电力集抄系统。
背景技术
目前，电力集抄业务大多采用集中器与采集器的结构，将采集器采集到的电表数据通过电力线载波上传至集中器，并通过集中器中设置的GPRS(分组无线服务技术，General Packet Radio Service)通道将相关电表数据上传至集抄主站。
由于现有的电力集抄业务大多采用电力线载波作为数据集抄通道，因此存在以下缺点：易受线路及环境的影响，导致抄表成功率不高；数据传输的速度慢，传输比特率只有几百bps(bit/s，每秒比特数)。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种基于GPRS和微功率无线的电力集抄系统，设置于基于雷达测距的多功能电动汽车，所述电动汽车包括超声波测距板、超声波倒车防撞雷达和飞思卡尔IMX6处理器，超声波测距板用于测量电动汽车车头距离前方障碍物的距离，超声波倒车防撞雷达用于测量电动汽车车尾距离后方障碍物的距离，飞思卡尔IMX6处理器与超声波测距板和超声波倒车防撞雷达分别连接，基于超声波测距板和超声波倒车防撞雷达的测量结果确定对电动汽车的控制策略。
更具体地，在所述基于雷达测距的多功能电动汽车中，包括：超声波测距板，设置在电动汽车车头中央位置，测量电动汽车车头距离前方障碍物的距离以作为实时前方距离输出，超声波测距板的最大测量距离为5米；左前侧超声波传感器，设置在电动汽车车头左侧位置，测量电动汽车车头左侧距离附近障碍物的距离以作为实时左前侧距离输出，左前侧超声波传感器的最大测量距离为4米；右前侧超声波传感器，设置在电动汽车车头右侧位置，测量电动汽车车头右侧距离附近障碍物的距离以作为实时右前侧距离输出，右前侧超声波传感器的最大测量距离为4米；超声波倒车防撞雷达，设置在电动汽车车尾中央位置，测量电动汽车车尾距离后方障碍物的距离以作为实时后方距离输出，超声波倒车防撞雷达的最大测量距离为2米；温度传感器，设置在电动汽车的外侧，用于检测电动汽车所在环境的实时温度；直流电机驱动器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于接收制动信号，并基于制动信号确定直流电机控制信号；电动推杆控制器，设置在电动汽车的驱动车轮的上方，由直流有刷电机、减速机构和推杆结构组成，直流有刷电机与直流电机驱动器连接以接收直流电机控制信号，并基于直流电机控制信号控制直流有刷电机的转动速率，减速机构与直流有刷电机和推杆结构分别连接，将直流有刷电机的转动转变为对推杆结构的推动；制动主缸，设置在电动汽车的驱动车轮的上方，与推杆结构连接，用于在推杆结构对制动主缸的活塞的推动下，产生制动液压力；盘式制动器，设置在电动汽车的驱动车轮的上方，与制动主缸和电动汽车的驱动车轮分别连接，用于基于制动主缸处的制动液压力对电动汽车的驱动车轮执行制动操作；无线接收设备，设置在电动汽车的外侧，用于基于电动汽车的当前GPS位置从远端的充电站管理服务器处接收电动汽车的当前GPS位置附近各个充电站的占用百分比；GPS收发设备，用于接收GPS定位卫星实时发送的、电动汽车的当前GPS位置，还用于接收GPS电子地图中、电动汽车的当前GPS位置附近各个充电站的GPS位置；电量检测设备，设置在电动汽车的蓄电池上，用于检测蓄电池的实时剩余电量；飞思卡尔IMX6处理器，与无线接收设备、电量检测设备和GPS收发设备分别连接，当实时剩余电量小于等于预设电量阈值时，进入自动导航模式；其中，飞思卡尔IMX6处理器在自动导航模式中，启动无线接收设备和GPS收发设备，从GPS收发设备处接收当前GPS位置和附近各个充电站的GPS位置，将当前GPS位置发送给无线接收设备以获得附近各个充电站的占用百分比，基于当前GPS位置和附近各个充电站的GPS位置确定当前GPS位置到附近各个充电站的GPS位置的各个充电站GPS距离，基于附近每一个充电站的占用百分比、占用百分比权重、附近每一个充电站的GPS距离和距离权重计算附近每一个充电站的便利程度，占用百分比越低，便利程度越高，GPS距离越短，便利程度越高，选择便利程度最高的附近充电站作为目标充电站；飞思卡尔IMX6处理器还与超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达分别连接，当接收到的实时前方距离、实时左前侧距离、实时右前侧距离或实时后方距离小于各自的预设警戒距离时，飞思卡尔IMX6处理器发送制动信号；超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达都基于超声波在空气中的传播速度来实现距离测量；超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达都与温度传感器连接，用于基于电动汽车所在环境的实时温度确定超声波在空气中的传播速度。
更具体地，在所述基于雷达测距的多功能电动汽车中：飞思卡尔IMX6处理器根据目标充电站的GPS距离确定实时控制速度。
更具体地，在所述基于雷达测距的多功能电动汽车中：预设电量阈值、占用百分比权重和距离权重为预设固定数值。
更具体地，在所述基于雷达测距的多功能电动汽车中，还包括：静态存储器，用于预先存储占用预设电量阈值、百分比权重和距离权重。
更具体地，在所述基于雷达测距的多功能电动汽车中：飞思卡尔IMX6处理器设置在电动汽车的前端仪表盘内。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于雷达测距的多功能电动汽车的结构方框图。
图2为根据本发明实施方案示出的基于雷达测距的多功能电动汽车的无线接收设备的结构方框图。
附图标记：1超声波测距板；2超声波倒车防撞雷达；3飞思卡尔IMX6处理器；4无线接收器；5无线发送器；6微控制器
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于雷达测距的多功能电动汽车的实施方案进行详细说明。
超声波测距原理如下：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s＝340t/2。这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。
然而，实际上，超声波在空气中的传播速度是一个变量，根据周围环境温度的不同，超声波在空气中的传播速度也不同，因此，为了提高超声波测距的准确性，首先需要根据周围环境温度计算超声波在空气中的传播速度，然后在基于超声波在空气中的传播速度实现测距功能。
现有技术中的电动汽车的雷达测距设备数量少，且没有基于环境温度进行周围目标的测距环节，导致电动汽车的测距机制不完善，测距精度不高，另外，现有技术中的电动汽车也缺乏自动制动设备以根据雷达测距结果进行相应的制动，同时，现有技术中的电动汽车缺乏充电站导航机制和充电站选择机制，导致在电动汽车剩余电量不足的情况下无法自动选择最合适的充电站进行充电。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于雷达测距的多功能电动汽车，在电动汽车的车身周围增加超声波测距设备，对每一个超声波测距设备增加基于温度的超声波传播速度计算环节，而且增加了自动制动设备、充电站导航设备和充电站选择设备，从而能够实现高精度雷达测距、汽车自动制动以及充电站自动锁定功能。
图1为根据本发明实施方案示出的基于雷达测距的多功能电动汽车的结构方框图，所述电动汽车包括超声波测距板、超声波倒车防撞雷达和飞思卡尔IMX6处理器，超声波测距板用于测量电动汽车车头距离前方障碍物的距离，超声波倒车防撞雷达用于测量电动汽车车尾距离后方障碍物的距离，飞思卡尔IMX6处理器与超声波测距板和超声波倒车防撞雷达分别连接，基于超声波测距板和超声波倒车防撞雷达的测量结果确定对电动汽车的控制策略。
接着，继续对本发明的基于雷达测距的多功能电动汽车的具体结构进行进一步的说明。
所述电动汽车包括：超声波测距板，设置在电动汽车车头中央位置，测量电动汽车车头距离前方障碍物的距离以作为实时前方距离输出，超声波测距板的最大测量距离为5米。
所述电动汽车包括：左前侧超声波传感器，设置在电动汽车车头左侧位置，测量电动汽车车头左侧距离附近障碍物的距离以作为实时左前侧距离输出，左前侧超声波传感器的最大测量距离为4米。
所述电动汽车包括：右前侧超声波传感器，设置在电动汽车车头右侧位置，测量电动汽车车头右侧距离附近障碍物的距离以作为实时右前侧距离输出，右前侧超声波传感器的最大测量距离为4米。
所述电动汽车包括：超声波倒车防撞雷达，设置在电动汽车车尾中央位置，测量电动汽车车尾距离后方障碍物的距离以作为实时后方距离输出，超声波倒车防撞雷达的最大测量距离为2米。
所述电动汽车包括：温度传感器，设置在电动汽车的外侧，用于检测电动汽车所在环境的实时温度。
所述电动汽车包括：直流电机驱动器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于接收制动信号，并基于制动信号确定直流电机控制信号；电动推杆控制器，设置在电动汽车的驱动车轮的上方，由直流有刷电机、减速机构和推杆结构组成，直流有刷电机与直流电机驱动器连接以接收直流电机控制信号，并基于直流电机控制信号控制直流有刷电机的转动速率，减速机构与直流有刷电机和推杆结构分别连接，将直流有刷电机的转动转变为对推杆结构的推动。
所述电动汽车包括：制动主缸，设置在电动汽车的驱动车轮的上方，与推杆结构连接，用于在推杆结构对制动主缸的活塞的推动下，产生制动液压力；盘式制动器，设置在电动汽车的驱动车轮的上方，与制动主缸和电动汽车的驱动车轮分别连接，用于基于制动主缸处的制动液压力对电动汽车的驱动车轮执行制动操作。
如图2所示，所述电动汽车包括：无线接收设备，设置在电动汽车的外侧，用于基于电动汽车的当前GPS位置从远端的充电站管理服务器处接收电动汽车的当前GPS位置附近各个充电站的占用百分比。其中，无线接收设备包括无线接收器、无线发送器和微控制器，微控制器与无线接收器、无线发送器分别连接。
所述电动汽车包括：GPS收发设备，用于接收GPS定位卫星实时发送的、电动汽车的当前GPS位置，还用于接收GPS电子地图中、电动汽车的当前GPS位置附近各个充电站的GPS位置；电量检测设备，设置在电动汽车的蓄电池上，用于检测蓄电池的实时剩余电量。
所述电动汽车包括：飞思卡尔IMX6处理器，与无线接收设备、电量检测设备和GPS收发设备分别连接，当实时剩余电量小于等于预设电量阈值时，进入自动导航模式。
其中，飞思卡尔IMX6处理器在自动导航模式中，启动无线接收设备和GPS收发设备，从GPS收发设备处接收当前GPS位置和附近各个充电站的GPS位置，将当前GPS位置发送给无线接收设备以获得附近各个充电站的占用百分比，基于当前GPS位置和附近各个充电站的GPS位置确定当前GPS位置到附近各个充电站的GPS位置的各个充电站GPS距离，基于附近每一个充电站的占用百分比、占用百分比权重、附近每一个充电站的GPS距离和距离权重计算附近每一个充电站的便利程度，占用百分比越低，便利程度越高，GPS距离越短，便利程度越高，选择便利程度最高的附近充电站作为目标充电站。
其中，飞思卡尔IMX6处理器还与超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达分别连接，当接收到的实时前方距离、实时左前侧距离、实时右前侧距离或实时后方距离小于各自的预设警戒距离时，飞思卡尔IMX6处理器发送制动信号。
其中，超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达都基于超声波在空气中的传播速度来实现距离测量；超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达都与温度传感器连接，用于基于电动汽车所在环境的实时温度确定超声波在空气中的传播速度。
可选地，在所述电动汽车中：飞思卡尔IMX6处理器根据目标充电站的GPS距离确定实时控制速度；预设电量阈值、占用百分比权重和距离权重为预设固定数值；所述电动汽车还包括：静态存储器，用于预先存储占用预设电量阈值、百分比权重和距离权重；以及飞思卡尔IMX6处理器还可以设置在电动汽车的前端仪表盘内。
另外，由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业要求。
为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。他们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部有两个压电晶片和一个共振板。当他的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时他就成为超声波接收器了。
采用本发明的基于雷达测距的多功能电动汽车，针对现有技术中电动汽车内部结构和辅助设备不完善的技术问题，为电动汽车增加了无线接收设备、电量检测设备、GPS收发设备、超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达以实现电动汽车高精度的雷达测距、自动制动和附近充电站的比较和锁定，从而解决了上述技术问题。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (1)
1.一种基于GPRS和微功率无线的电力集抄系统，设置于基于雷达测距的多功能电动汽车，所述电动汽车包括超声波测距板、超声波倒车防撞雷达和处理器，超声波测距板用于测量电动汽车车头距离前方障碍物的距离，超声波倒车防撞雷达用于测量电动汽车车尾距离后方障碍物的距离，所述处理器与超声波测距板和超声波倒车防撞雷达分别连接，基于超声波测距板和超声波倒车防撞雷达的测量结果确定对电动汽车的控制策略；
其特征在于，所述电动汽车包括：
超声波测距板，设置在电动汽车车头中央位置，测量电动汽车车头距离前方障碍物的距离以作为实时前方距离输出，超声波测距板的最大测量距离为5米；
左前侧超声波传感器，设置在电动汽车车头左侧位置，测量电动汽车车头左侧距离附近障碍物的距离以作为实时左前侧距离输出，左前侧超声波传感器的最大测量距离为4米；
右前侧超声波传感器，设置在电动汽车车头右侧位置，测量电动汽车车头右侧距离附近障碍物的距离以作为实时右前侧距离输出，右前侧超声波传感器的最大测量距离为4米；
超声波倒车防撞雷达，设置在电动汽车车尾中央位置，测量电动汽车车尾距离后方障碍物的距离以作为实时后方距离输出，超声波倒车防撞雷达的最大测量距离为2米；
温度传感器，设置在电动汽车的外侧，用于检测电动汽车所在环境的实时温度；
直流电机驱动器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与所述处理器连接，用于接收制动信号，并基于制动信号确定直流电机控制信号；
电动推杆控制器，设置在电动汽车的驱动车轮的上方，由直流有刷电机、减速机构和推杆结构组成，直流有刷电机与直流电机驱动器连接以接收直流电机控制信号，并基于直流电机控制信号控制直流有刷电机的转动速率，减速机构与直流有刷电机和推杆结构分别连接，将直流有刷电机的转动转变为对推杆结构的推动；
制动主缸，设置在电动汽车的驱动车轮的上方，与推杆结构连接，用于在推杆结构对制动主缸的活塞的推动下，产生制动液压力；
盘式制动器，设置在电动汽车的驱动车轮的上方，与制动主缸和电动汽车的驱动车轮分别连接，用于基于制动主缸处的制动液压力对电动汽车的驱动车轮执行制动操作；
无线接收设备，设置在电动汽车的外侧，用于基于电动汽车的当前GPS位置从远端的充电站管理服务器处接收电动汽车的当前GPS位置附近各个充电站的占用百分比；
GPS收发设备，用于接收GPS定位卫星实时发送的、电动汽车的当前GPS位置，还用于接收GPS电子地图中、电动汽车的当前GPS位置附近各个充电站的GPS位置；
电量检测设备，设置在电动汽车的蓄电池上，用于检测蓄电池的实时剩余电量；
所述处理器与无线接收设备、电量检测设备和GPS收发设备分别连接，当实时剩余电量小于等于预设电量阈值时，进入自动导航模式；
其中，所述处理器在自动导航模式中，启动无线接收设备和GPS收发设备，从GPS收发设备处接收当前GPS位置和附近各个充电站的GPS位置，将当前GPS位置发送给无线接收设备以获得附近各个充电站的占用百分比，基于当前GPS位置和附近各个充电站的GPS位置确定当前GPS位置到附近各个充电站的GPS位置的各个充电站GPS距离，基于附近每一个充电站的占用百分比、占用百分比权重、附近每一个充电站的GPS距离和距离权重计算附近每一个充电站的便利程度，占用百分比越低，便利程度越高，GPS距离越短，便利程度越高，选择便利程度最高的附近充电站作为目标充电站；
其中，所述处理器还与超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达分别连接，当接收到的实时前方距离、实时左前侧距离、实时右前侧距离或实时后方距离小于各自的预设警戒距离时，所述处理器发送制动信号；
其中，超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达都基于超声波在空气中的传播速度来实现距离测量；
其中，超声波测距板、左前侧超声波传感器、右前侧超声波传感器和超声波倒车防撞雷达都与温度传感器连接，用于基于电动汽车所在环境的实时温度确定超声波在空气中的传播速度。
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