CN105576798A

CN105576798A - 一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统及其实施方法

Info

Publication number: CN105576798A
Application number: CN201510990168.6A
Authority: CN
Inventors: 周健; 孙浩; 钱蓉; 孙晓玮
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-05-11

Abstract

本发明公开了一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统及其实施方法，其特征在于所述的管理系统由供能单元、电控单元、储能单元和机械翻转机构组成；其中供能单元由晶体硅太阳电池串联组成；电控单元包括中央控制单元，充放电单元，无线收发单元，电机控制单元和睡眠－唤醒模块；所提供的系统特色是：1、可以收集锂电池的电量和寿命信息；2、可以实现自动翻转功能；3、摇控距离远，可以在100m以外自动控制地锁的“开”或“关”；4、采用高效光伏电池、电控单元和储能电池组组成可以连续供能的能源系统，为智能地锁供能，无需外来供电；5、可以承载110Mpa压强，采用先进格栅设计实现地锁抗压功能；6、具有地锁防撞功能。

Description

一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统及其实施方法

技术领域

本发明具体涉及一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统及其实施方法，属于电子技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车已成为广大市民出门的交通工具的优选之一，因此汽车的车位与小区的车位数有限之间的矛盾日益突出，从而导致流动车辆抢占固定车位的事件日益增多。安装地锁车位有固定车位车主的较好的应对之策。目前市场上车位地锁有两种，一种是机械地锁，优点是接个便宜，缺点是每次都需要人下车开锁和上锁，非常不方便，易损坏，用户体验差，另一种摇控车锁，需要引电线，安装的时候很不方便，有时车位附近没有电源，安装会遇到麻烦，另一个缺点是载荷小，易被压坏。迫切需要一种可以自供能的低功耗、可遥控的、耐高荷载地锁装置，以满足市场需求。本发明所述一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统及其实施方法，正是基于上述考虑而提出的。

居民小区固定车位地锁的安装具有安装地点分散、随意性很强，已有不少报道小区的居民为争夺有力的停车位和装地锁，引起不少纠纷。且常规地锁所需要的电能通常由市电提供，导致安装的不便。本申请采用引入太阳电池、控制器和储能电池，形成独立供电的小型能源系统，克服了对常规有线电网的依赖，减少施工难度和不便，又节省了电能。

国外专利查询(freepatents.com)方面，查询到HongXiao的专利Parkinglotmanagementsystem(US20120299749)主要是用于区域停车位管理，采用代以车位服务多个车主的协调管理的方法，提供了排序和信息公开，满足多用户需求，但该系统采用布设电缆方式供电，存在安装工程复杂，费用高等缺点，管理信息传递也采用有线方式，增加了施工难度。

调查发现Pshare公司的智能车位锁可以实现车位锁无线控制，但是无法实现自供电，需要附近有电源，且需要挖开地面安装，这无疑很不方便。

在国家知识产权网(中外专利数据库)上，搜索“光伏”and“自供能”and“传输”等关键词，发现专利0项。

在国家知识产权网(中外专利数据库)上，搜索“光伏”and“摇控”等关键词，发现专利0项

在国家知识产权网(中外专利数据库)上，搜索“摇控”and“自供能”等关键词，发现专利0项

在国家知识产权网(中外专利数据库)上，搜索“摇控”and“地锁”，查询到“一种基于移动终端摇控地锁的车位分享系统(201510511584.3)”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统及其实施方法，本发明所述的一种光伏自供能、遥控车位的地锁管理系统，是由供能单元、电控单元、储能单元和机械翻转机构组成。其中，供能单元由9片高效光晶体硅太阳电池(效率大于21％，0.72V)串联形成，输出功率56W，输出电压10V；电控单元包括中央控制单元，充放电单元，无线收发单元，电机控制单元和睡眠—唤醒模块；储能单元由容量为10Ah，电压为7.4V，充电电流2A的锂电池组成；射频无线模块双向收发数据，通过TA7257芯片驱动电机转动，同时以LTC4015为核心的充电控制电路控制太阳能电池板对锂电池充电，管理系统工作电流2A。各单元间互联：供能单元与电控单元相连，为电控单元提供电能，电控单元通过智能充放电单元与储能单元之间相连，控制太阳电池对锂电池的充电过程，判断储能电池是否满，如果否，则对储能单元充电，如果已满，则停止充电，储能单元与机械翻转机构相连，电控单元与机械翻转结构相连，当电控单元发出翻转指令时，机械结构翻转，实现“开”或“关”动作。电控单元包括中央控制单元、无线收发单元、智能充放电单元、电机控制单元和睡眠－唤醒模块，中央控制单元作为支撑基板，通过插针与无线收发单元、智能充放电单元、电机控制单元和睡眠－唤醒模块相连。

本发明涉及一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统，其特征在于数据采集与管理系统采用自供能模式供电，无需外来有线供电。采用高效太阳电池为储能锂电池供电，只要户外有阳光，就可以为储能电源充电，保证锂电池能量充足，常规地锁多采用有线供电，其主要缺点是需要开挖地沟，产生额外费用，施工还需要就近处有电源，否则昂贵的电缆费用会大大超过地锁的安装费用，而且长期使用需要交电费，而且电缆也有一定寿命，维护成本也是困扰用户的一大问题。

本发明涉及一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统，其特征在于数据采集与管理系统采用睡眠-苏醒模式控制，降低系统功耗，使得微型能源系统全天候供能。常规的车位地锁通常不具备睡眠－苏醒功能，功耗较大，容易消耗大量电能，产生不必要的浪费。

本发明涉及一种光伏自供能、遥控车位地锁数据采集管理系统，其特征在于所述的数据采集与管理系统采用轻质镁合金框架作为翻转机构，电机控制单元可以实现电机带动镁合金框架自动迅速翻转；轻质镁合金框架的特点是结构件较轻，由于目前现有的翻转结构通常采用铁质结构，采用人工翻转，质量大，虽然抗压，但翻转难度较大或较慢，如果用电机带动也会消耗较多电能，产生不必要的浪费。轻质镁合金材质比Al合金还要轻，大大减轻结构质量，提高翻转速度，减少翻转时间。

本发明涉及一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统，其特征在于数据采集与管理系统可以在100m之外摇控地锁自动开启和关闭；所述无线通讯模块为433MHz模块，发射功率10mw，在城市环境完全阻挡下，波特率2.4k，收发端天线增益合计5db时，可靠传输距离大于100m。常规摇控地锁不具备摇控开关功能。

本发明涉及一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统，其特征在于所述的数据采集与管理系统可以收集太阳电池、地锁开启和关闭、和锂电池寿命数据，提供报警功能；中心控制单元具有数据存储功能，将实时收集到的太阳电池的短路电流，开路电压，光照数据，锂电池的充放电电流，电压数据实时记录在数据存储单元(flash)中，以备日后查询，常规的地锁不具备数据记录和查询功能。

本发明涉及一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统，其特征在于数据采集与管理系统采用先进格栅(如图1)设计和轻质高强度镁合金材料，实现地锁抗压功能，可以承载110MPa压强。安装在车位上的地锁使用时难免会受到汽车的碾压，采用先进格栅(如图1)设计可以保证电池片不会被直接碾压，有效保护电池片不会被压坏，轻质镁合金材料具有较高的抗压强度，可以有效承载车身重量。常规的地锁采用强度较低的Al合金或铸铁作为支撑杆，在收到重压后，往往变形损坏。

本发明涉及一种光伏自供能、遥控车位地锁数据采集和管理系统，其特征在于所述数据采集与管理中心具有地锁防撞设计，停车入位过程中，首先车辆安装智能标签信息，判断车位是否为车位拥有者，然后，车位锁发出打开车位信息后，自动降下车位锁让车辆停发在车位上，停车完成；驶离车位过程：智能车位锁感应到车辆驶离被保护的车位，等待标签信息不再被车位锁接收到时，延时25s，车位锁自动升起，开始保护车位，等待下一次停靠。常规地锁一种是手动开启关闭，比较麻烦，费时费力。

本发明涉及一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统的实施方法，其特征在于包括如下步骤：1)、设计地锁管理系统构架图(如图1)；2)、地锁防撞设计；3)、建立地锁管理系统；4)、完成地锁的抗压力结构设计与制作；5)、安装地锁，并对地锁进行功能调试(详细具体实施方式)。

本发明所提供的系统主要特征在于：1、可以收集锂电池的电量和寿命信息，在电量不足以开锁或关锁时自动报警，光伏供电可以保证连续阴天20天锂电池能正常工作；2、可以实现自动翻转功能；3、摇控距离远，可以在100m以外自动控制地锁的“开”或“关”；4、采用高效光伏电池、控制器和储能电池组组成可以连续供能的能源系统，为智能地锁供能，无需外来供电；5、可以承载110Mpa压强，采用先进格栅设计实现地锁抗压功能；6、具有地锁防撞功能。

附图说明

图1、无线遥控地锁结构俯视图(左)、侧视图(右)。

图2、电控单元结构示意图。

图3、电控单元连接侧视图(左)，俯视图(右)。

图4、供能单元(太阳电池器件)连接的仰视图(左)、侧视图(右)。

图5、地锁镁合金边框测试图

图1—图5中各标号的物理含义为：

1、太阳电池器件；2、电控单元；3、储能单元；4、可转动镁合金口型框；5电机；6、无线收发单元；7、智能充放电单元；8、中央控制单元；9、电机控制单元；10、睡眠－唤醒模块；11、焊带；12、焊点，13、镁合金边框。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步阐述本发明的实质性特点和显著的进步。但本发明绝非仅局限于实施例。

实施例1本发明所述地锁管理系统实施方法，主要包括：

1)、设计地锁结构图(如图1)；地锁结构由供能单元、电控单元、储能单元、机械翻转机构组成。供能单元由9片高效晶体硅太阳电池(效率大于21％，0.72V)串联形成，输出功率56W，输出电压10V；电控单元包括无线收发单元、智能充放电单元；中央控制单元；电机控制单元；储能单元是由容量为10Ah，电压为7.4V，充电电流2A的锂电池组成；射频无线模块双向收发数据，通过TA7257芯片驱动电机转动，同时以LTC4015为核心的充电控制电路控制太阳能电池板对锂电池充电，管理系统工作电流2A。各单元间互联：供能单元与电控单元通过电线相连，为电控单元提供电能，电控单元与储能单元之间通过电线相连，控制太阳电池对锂电池的充电过程，判断储能电池是否满，如果否，则对储能单元充电，如果已满，则停止充电，储能单元与机械翻转机构通过电线相连，电控单元与机械翻转结构通过电线相连，当电控单元发出翻转指令时，机械结构翻转，实现“开”或“关”动作。电控单元内，中央控制单元作为支撑地板，通过插针与无线收发单元、智能充放电单元、电机控制单元、睡眠－唤醒模块相连。

2)、地锁防撞设计，停车入位过程：首先车辆安装智能标签信息，判断车位是否为车位拥有者，然后，车位锁发出打开车位信息后，自动降下车位锁让车辆停在车位上，停车完成；驶离车位过程：智能车位锁感应到车辆驶离被保护的车位，等待标签信息不再被车位锁接收到时，延时25s，车位锁自动升起，开始保护车位，等待下一次停靠。

3)、建立地锁管理系统。A、电池模组采用中科院上海微系统所研制的效率高于21％的太阳电池56W/10V；采用深圳市中圳能源科技有限公司ZZ-DL7.4-10C型锂电，容量为10Ah，电压为7.4V，充电电流2A；B、硬件方面采用Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328,使用上海诠诺物联网技术有限公司的433MHz射频模块_QN13-17-433射频无线模块双向收发数据，通过TA7257芯片驱动电机转动，同时以LTC4015为核心的充电控制电路控制太阳能电池板对锂电池充电，管理系统工作电流2A，采用睡眠－唤醒电路，实现低功耗功能，管理系统待机电流20mA。用宁波声光电机有限公司的TG-38型微型减速电机，额定功率3.6W，额定电压6-24V，额定电流0.2A。软件设计方面，基于Arduino软件实现了_QN13-17-433的最优化配置，基于Arduino嵌入式开发平台完成了车位锁的密匙收发程序、开闭锁控制程序、充电控制程序和睡眠唤醒程序等的设计。

4)、完成地锁的抗压力结构设计与制作，采用镁合金格栅型抗压结构(图1)，保护结构抗压110Mpa。采用先进格栅(如图1)设计中电池片位于镁合金框中，当车轮行驶到镁合金框架上时，保证车轮承载与镁合金框上，电池尺寸选用125×125mm²型电池，电池上表面距离边框上沿2cm，车轮宽度145～255mm，可以保证车轮重量承载在镁合金框上。采用轻质高强度镁合金AM50a型号材料抗压强度110Mpa，实现地锁抗压功能。

5)、安装地锁，车位锁安装在停车位中间入口的1/3处，选择平整水泥地，为防止积水，底座高出地面2cm。如果小区停车位是花砖或彩砖地面，要求砖的厚度在5cm以上，若达不到要求时，可以提前进行水泥预制安装地面，预制面积要根据车位锁的外形尺寸而定。安装方法：1、用卷尺量好摆放位置再摆正；2、接好电源，先用电钻对准螺丝孔轻轻打个印记，再拿开锁对准印记打孔，深度应于螺丝长度差不多；3、重新摆正锁，把螺丝对准插入用铁锤打入，最后用螺母套扭紧。

Claims

1.一种光伏自供能、遥控车位地锁管理系统，其特征在于所述的管理系统由供能单元、电控单元、储能单元和机械翻转机构组成；其中供能单元由9片高效光晶体硅太阳电池串联组成；电控单元包括中央控制单元，充放电单元，无线收发单元，电机控制单元和睡眠－唤醒模块；储能单元由锂电池组成；射频无线模块双向收发数据，各单元间互联：供能单元与电控单元相连，为电控单元提供电能，电控单元通过智能充放电单元与储能单元之间相连，控制太阳电池对锂电池的充电过程；储能单元与机械翻转机构相连，电控单元与机械翻转结构相连；电控单元内部，中央控制单元作为支撑基板，通过插针与无线收发单元、智能充放电单元、电机控制单元、睡眠－唤醒模块相连。

2.按权利要求1所述的系统，其特征在于：

①电控单元发出翻转指令时，机械结构翻转，实现“开”或“关”动作；

②采用自供能模式供电，采用高效太阳电池为储能锂电池供电，无需外来有线供电；

③采用睡眠-苏醒模式控制，降低系统功耗，使得微型能源系统全天候供能。

3.按权利要求1所述的系统，其特征在于：

①所述的供能单元中的晶体硅太阳电池的效率大于21％，0.72V；输出功率56W，输出电压10V；

②所述的储能单元由容量为10Ah，电压为7.4V，充电电流为2A的锂电池组成；

③所述的射频无线模块双向收发数据通过TA7257芯片驱动电机转动，同时以LTC4015为核心的充电控制电路控制太阳能电池板对锂电池充电。

4.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述的管理系统采用轻质镁合金框架作为翻转机构，电机控制单元实现电机带动镁合金框架自动翻转，并可在100m之外遥控地锁自动开启和关闭。

5.按权利要求1所述的系统，其特征在于采用先进格栅设计和轻质高强度镁合金材料，实现地锁抗压功能，承载110Mpa压强。

6.实施按权利要求1-5任一项所述的地锁管理系统的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)、设计地锁管理系统构架图；由供能单元、电控单元、储能单元、机械翻转机构组成；供能单元由9片高效光晶体硅太阳电池串联形成，输出功率56W，输出电压10V；电控单元包括中央控制单元，充放电单元，无线收发单元，电机控制单元；储能单元由锂电池组成；射频无线模块双向收发数据，通过TA7257芯片驱动电机转动；

2)、地锁防撞设计，停车入位过程：首先车辆安装智能标签信息，判断车位是否为车位拥有者，然后，车位锁发出打开车位信息后，自动降下车位锁让车辆停发在车位上，停车完成；驶离车位过程：智能车位锁感应到车辆驶离被保护的车位，等待标签信息不再被车位锁接收到时，延时25s，车位锁自动升起，开始保护车位，等待下一次停靠；

3)、建立地锁管理系统：A、电池模组采用中科院上海微系统所研制的效率高于21％的太阳电池56W/10V；采用深圳市中圳能源科技有限公司ZZ-DL7.4-10C型锂电，容量为10Ah，电压为7.4V，充电电流2A；B、硬件方面采用Arduino平台的参考标准模板；UNO的处理器核心是ATmega328,使用上海诠诺物联网技术有限公司的433MHz射频模块_QN13-17-433射频无线模块双向收发数据，通过TA7257芯片驱动电机转动，同时以LTC4015为核心的充电控制电路控制太阳能电池板对锂电池充电，管理系统工作电流2A，采用睡眠－唤醒电路，实现低功耗功能，系统待机电流20mA；用宁波声光电机有限公司的TG-38型微型减速电机，额定功率3.6W，额定电压6-24V，额定电流0.2A；软件设计方面，基于Arduino软件实现了_QN13-17-433的最优化配置，基于Arduino嵌入式开发平台完成了车位锁的密匙收发程序、开闭锁控制程序、充电控制程序和睡眠唤醒程序等的设计；

4)、完成地锁的抗压力结构设计与制作，采用镁合金格栅型抗压结构，保护电池抗压110MPa；

5)、安装地锁，车位锁安装在停车位中间入口的1/3处，选择平整水泥地，为防止积水，底座高出地面2cm；如果小区停车位是花砖或彩砖地面，要求砖的厚度在5cm以上，若达不到要求时，可以提前进行水泥预制安装地面，预制面积要根据车位锁的外形尺寸而定；安装方法：1、用卷尺量好摆放位置再摆正；2、接好电源，先用电钻对准螺丝孔轻轻打个印记，再拿开锁对准印记打孔，深度应于螺丝长度差不多；3、重新摆正锁，把螺丝对准插入用铁锤打入，最后用螺母套扭紧。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于采用镁合金格栅设计中电池片位于镁合金框中，电池尺寸为125×125m²型电池，电池上表面距离边框上沿2cm，车轮重量承载在镁合金框上。

8.按权利要求6或7所述的方法，其特征在于选用的镁合金为AM50a型号材料，抗压强度1100MPa。