CN105892358B - 车载供电及智能监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载供电及智能监控系统，所述系统包括：安装于车内部总电源处的车载供电管理单元，用于实现各路用电设备的电流采集，同时根据各路的最大与最小电流阀值自动报警与自动应急处理；连接于所述车载供电管理单元且设于车内的车载电子设备，通过各类车载电子设备的供电端口取电，供电电流被车载供电管理单元采集监测；与所述车载供电管理单元通过网络通信的监控管理平台，该平台用于实时记录、监测各路车载电子设备的工作电流。该车载供电系统智能监控系统解决了车内安装电子设备的安全供电实时监测，对电流异常情况实施断电控制。

Description

车载供电及智能监控系统及方法

技术领域

本发明涉及车载控制领域，具体涉及一种车载供电及智能监控系统及方法。

背景技术

现有的公交车辆上的车载电子设备种类繁多，除了保障车辆自身运行的预装电子设备，如车辆动力系统、控制系统、照明系统等；另外，为了提高公交运营服务水平，后装了许多电子设备，主要包括GPS、IC卡、车内显示屏、语音报站机、路腰尾牌、视频监控和车载电视等设备。受限于车辆自身的结构及用电设备的电气特性，各电子设备的供电线路粗细、长短不一，基本上遍布车辆全身。这些电子设备，尤其是对于后装的各类应用系统，存在各自独立在车辆内部从主电源取电，缺少统一的供电监测及管理的状况。

另一方面，车辆供电线路上的电流较大，简单的熔断保险对间歇性的短路放电或有限过流情况无法实现有效的保护和告警。由于电源线路老化和线路破损导致的搭铁短路，往往都是随着车辆的震动和颠簸引起的间歇性短路，加之线路表面氧化等原因，短路点存在接触电阻，短路电流可能不会引起保险熔断，却伴随有放电打火，这种情况会带来极大的安全隐患，具体为供电线路故障和车载设备故障。

另外，目前对车辆供电系统健康状况的检测也存在管理缺失，当车载电瓶、发电机出现故障或失效时，表现为输出电压波动频繁、幅度增大，严重时造成车载设备的损坏。同时，车载电子设备尤其是信息化设备大都连接ACC控制线，钥匙门关闭后，即使电源不断电设备也会自行关闭。在特殊情况下则要求关键设备在钥匙门关闭后继续工作，即给设备提供一路后台可控的ACC控制线，正常情况下与车辆ACC控制线连接，遇紧急情况ACC电平由后台控制。

综上所述，对于车载设备供电管理与供电质量优化的推进，已经大大落后于各项车载信息化系统应用的发展，迫切需要可提供精细化供电管理的专有设备以解决上述问题，满足车载应用系统的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种车载供电及智能监控系统，该车载供电系统智能监控系统以解决车内安装电子设备的安全供电实时监测，对电流异常情况实施断电控制，达到精细化供电管理为目的，填补车载设备供电管理的空白。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种车载供电及智能监控系统，所述系统包括：

安装于车内部总电源处的车载供电管理单元，用于实现各路用电设备的电流采集，同时根据各路的最大与最小电流阀值自动报警与自动应急处理；

连接于所述车载供电管理单元且设于车内的车载电子设备，通过各类车载电子设备的供电端口取电，供电电流被车载供电管理单元采集监测；

与所述车载供电管理单元通过网络通信的监控管理平台，该平台用于实时记录、监测各路车载电子设备的工作电流，实现车辆用电设备状态与故障的综合分析与集中管理控制。

具体的优选方案为，所述车载供电管理单元包括MCU管理模块、供电控制模块、电子设备接口组、通信模块以及电源输入模块；

所述MCU管理模块用于存储着各个受电电子设备设定的过流告警阈值，对供电控制模块实施配置，存储各路供电通道的历史数据，并按预定的逻辑流程协同各个模块执行相应动作；

所述供电控制模块通过数据总线和电路连接所述MCU管理模块和电子设备接口组，用于接收MCU管理模块的命令后向电子设备接口组下达相应的命令；所述供电控制模块的电路上还设有过流检测电路，用于采集相应的电流信息并反馈至MCU管理模块和供电控制模块；

所述电源输入模块的电路输出端与其他模块电连接，用于从公交车的主电源取电，作为自身的电源输入；

所述电子设备接口组用于为车载电子设备提供标准接口；

所述通信模块通过通信接口与车载通信设备连接，实现与其他电子设备或后台监控中心的信息交互。

其中优选的方案为，所述电源输入模块与MCU管理模块的连接电路的输入端设有过压或欠压保护模块，用于应对车辆供电时产生的高压/低压情况，为车载供电管理单元提供安全的供电环境。

其中优选的方案为，所述电源输入模块与MCU管理模块的连接电路上设有直流滤波模块，各电子设备的所述供电控制模块的电路通过所述直流滤波模块与所述MCU管理模块实现电路连接，所述直流滤波模块用于实现大带宽高衰减的干扰信号清除，提供良好的电源供给。

其中优选的方案为，所述系统还包括有本地控制告警显示设备，所述车载供电管理单元还包括控制显示模块接口，用于接入本地控制告警显示设备，在出现设备供电接口过流、电源输入状态异常等情况时，产生声光等方式的告警，并指示具体告警信息。

进一步地，所述本地控制告警显示设备包括有MCU处理器、与所述MCU处理器相连接且外露于设备的液晶显示屏、键盘、扬声器、报警显示灯以及第二控制显示模块接口，所述第二控制显示模块接口通过数据总线和电线与所述MCU处理器相连接。

本发明另一方面还提供了一种车载供电及智能监控方法，包括以下步骤：

S1、车载供电管理单元的某一路过流检测电路检测到电路过流；

S2、过流检测电路生成过流保护信号并上传至供电控制模块，供电控制模块切断该路供电，同时过流事件及相关的信息上传至监控管理平台；

S3、监控管理平台中的异常处理策略模块会通过汇聚相关来源信息对异常事件进行综合分析，并与其策略模式进行匹配，匹配成功至步骤S4,否则至步骤S5；

S4、策略模式匹配成功，监控管理平台依据策略模式向车辆发出异常恢复指令重启动供电；

S5、策略模式匹配不成功，相关信息提交到监控管理平台的人工处理流程，通过人工介入排除故障后重新启动设备供电。

进一步地，步骤S2中供电控制模块切断该路供电时，所述MCU处理模块接收过流事件及相关信息，根据其预设的联动保护策略向供电控制模块下达切断其他电路的指令。

进一步地，所述供电控制模块执行指令后，将联动结果经通信模块上报至监控管理平台。

更进一步地，步骤S2中，过流事件及相关的信息经MCU处理模块上传至本地控制告警显示设备，该设备产生声光等方式的告警，并指示具体告警信息。

本发明的优点和有益效果在于：

1、整个系统由车载电子设备供电管理单元硬件设备和后台监控管理软件平台两部分构成。车载电子设备供电管理单元安装于公交车内部总电源处，各个车载电子设备通过其供电端口取电，供电电流被采集监测。采集的电流数据在设备内部进行初步判断，超出阈值(可设定)的即时关断设备供电，以保障安全；同时采集的数值可通过通信接口，借助车载通信设备上传至后台监控管理平台。

通过本发明系统还可降低并杜绝车载电子设备的用电隐患：对每一路供电接口，提供精细的电流监测，判断设备的供电异常状态，发出告警，确保安全。同时对车载供电系统的输出电压提供监测，实时反应发电机和电瓶工作情况，当电压出现异常时，发出告警，确保安全。

2、车载电子设备供电管理单元可配置本地控制显示模块，实时查询各路供电状态，显示告警信息，并可对设备实施简单的控制。

3、监控管理平台实时记录、监测各路车载电子设备的工作电流，通过大数据的积累可得到设备在各种工作及异常状态下的电流值，形成数学模型，准确判断设备当前状态，进而起到杜绝事故隐患，及时发现设备的工作异常状况，为设备维保提供依据的作用。

4、此外，该系统还可协助查找车载电子设备供电事故原因：记录车载电子设备的供电历史数据，在意外事故发生后，可追查历史数据快速定位故障源，分析故障原因。

附图说明

图1是车载供电及智能监控系统的实施方式的结构示意图；

图2是车载供电管理单元的一种实施方式的结构示意图；

图3是本地控制告警显示设备的一种实施方式的结构示意图；

图4是车载供电及智能监控方法的实施方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种车载供电及智能监控系统，通过两大部分分别实现电流采集供电管理、电流数据分析与集中管控。如附图1所示，第一部分为安装于车内部总电源处的车载供电管理单元100，用于实现各路用电设备的电流采集，同时根据各路的最大与最小电流阀值自动报警与自动应急处理。该设备实施状态下可安装于公车上，介于车载电源与用电设备之间，但并不对车载电源进行二次变电，仅仅是在每路供电通路上进行电流采样与通断控制。

所述系统还包括连接于所述车载供电管理单元100且设于车内的车载电子设备200，通过各类车载电子设备200的供电端口取电，供电电流被车载供电管理单元100采集监测。

第二部分为与所述车载供电管理单元100通过网络通信的监控管理平台300，该平台用于实时记录、监测各路车载电子设备200的工作电流，实现车辆用电设备状态与故障的综合分析与集中管理控制。该部分结构是整个解决方案实现智能控制的重要部分；由于车辆数辆众多，采集数据较为庞大，因此该管理平台300采用了服务器集群与大数据处理体系结构，以支撑众多车辆的实时监管、大量数据的存储以及实现时数据流处理。

该系统实现运营车辆的各路用电设备的实时状态监控、各车各路用电设备的电流采样数据的存储管理，各车各路的用电设备的电流变化综合分析，用电设备的状态分析与故障预警提示，以及受权下的用电设备的远程供电控制功能。

其中，图2所示，所述车载供电管理单元100包括MCU管理模块110、供电控制模块120、电子设备接口组130、通信模块140、电源输入模块150、过压或欠压保护模块160、直流滤波模块170以及控制显示模块接口180。

所述MCU管理模块110用于存储着各个受电电子设备设定的过流告警阈值，对供电控制模块实施配置，存储各路供电通道的历史数据，并按预定的逻辑流程协同各个模块执行相应动作。MCU管理模块110是车载电子设备供电管理单元的“大脑”，采用高性能的单片机，配以RTOS实时操作系统，具备良好的应用扩展能力。它存储着各个受电电子设备设定的过流告警阈值，对供电控制模块实施配置，并存储各路供电通道的历史数据。完成与后台监控管理平台30以及本地控制告警显示模块400的通信控制和指令执行操作，进行通信协议的适配，协同其他模块响应后台或本地发出的指令，并实施操作。实时监测各个模块的运行情况，对突发事件，按预定的逻辑流程协同各个模块执行相应动作。

所述供电控制模块120通过数据总线和电路连接所述MCU管理模块110和电子设备接口组130，用于接收MCU管理模块110的命令后向电子设备接口组130下达相应的命令；所述供电控制模块120的电路上还设有过流检测电路121，用于采集相应的电流信息并反馈至MCU管理模块110和供电控制模块120。

所述电源输入模块150的电路输出端与其他模块电连接，用于从公交车的主电源取电，作为自身的电源输入。

所述电子设备接口组130用于为车载电子设备200提供标准接口。其每一路供电可独立设定电流阈值，当出现过流时，及时切断设备供电，避免灾害的发生。在车辆断开电源时，通过后备电源可不间断的为选定的设备供电。模块采用高精度电流传感器采集供电电流，可为设备运行状态提供判别的辅助手段；同时可采集并监测车辆供电系统发电机和电瓶的工作状况，防止电瓶过度放电而导致损害。

所述通信模块140通过通信接口与车载通信设备连接，实现与其他电子设备或后台监控中心的信息交互。

所述电源输入模块150与MCU管理模块110的连接电路的输入端设有过压或欠压保护模块160，用于应对车辆供电时产生的高压/低压情况，为车载供电管理单元100提供安全的供电环境。

所述直流滤波模块170设于电源输入模块150与MCU管理模块110的连接电路上，各电子设备的所述供电控制模块120的电路通过所述直流滤波模块170与所述MCU管理模块110实现电路连接，所述直流滤波模块170用于实现大带宽高衰减的干扰信号清除，提供良好的电源供给。

所述系统还包括有本地控制告警显示设备400，用于接在控制显示模块接口180上，本地控制告警显示模块400在出现设备供电接口过流、电源输入状态异常等情况时，产生声光等方式的告警，并指示具体告警信息。通过本模块可实现对当前设备工作状态，供电电流情况等信息的查询。在切断外接设备供电告警状态下，可手动恢复外接设备供电，实现对供电管理单元的基本配置。

本发明系统在具体实施中，采用车载级的嵌入式MCU为处理核心，ADC精确度到12位，电流采样选择精确到十毫安级的霍尔电流传感器件，该种传感器基于电磁感应原理，对用电电子设备供电干扰减到最小的同时可以为电流的综合分析提供足够精度电流数据。通信模块140的通信接口为内嵌10/100M的以太网接口，该以太网网络接口可以接入到车载上的无线网络转发设备，将采设备采集的各路电流数据实时的、持续的发送到监控管理平台中，同时接收平台发送到设备的控制指令与参数配置指令。

本发明的系统在工作时，车载供电管理单元100的电源输入模块150的接口从公交车的主电源取电，作为自身的电源输入。输入的电源首先经过过压或欠压保护模块160，以应对车辆供电时产生的高压/低压情况，给本设备提供安全的供电环境。由于车辆内电机、火花塞等大量干扰源的存在，使电源线上耦合着各种频率、幅度的脉冲信号，滤除不好会造成电子设备的误操作、误码等严重问题，专用的直流滤波模块170可实现大带宽高衰减的干扰信号清除，提供良好的电源供给。

图3所示，在另一个实施方案中，所述本地控制告警显示设备400包括有MCU处理器401、与所述MCU处理器401相连接且外露于设备的液晶显示屏402、键盘403、扬声器404、报警显示灯405以及第二控制显示模块接口406，所述第二控制显示模块接口406通过数据总线和电线与所述MCU处理器401相连接。

另一方面，本发明的车载供电及智能监控方法的一个实施方式如图4所示，包括以下步骤：

S1、车载供电管理单元100的某一路过流检测电路121检测到电路过流；

S2、过流检测电路121生成过流保护信号并上传至供电控制模块120，供电控制模块120切断该路供电，同时过流事件及相关的信息上传至监控管理平台300；

S3、监控管理平台300中的异常处理策略模块会通过汇聚相关来源信息对异常事件进行综合分析，并与其策略模式进行匹配，匹配成功至步骤S4,否则至步骤S5；

S4、策略模式匹配成功，监控管理平台300依据策略模式向车辆发出异常恢复指令重启动供电；

S5、策略模式匹配不成功，相关信息提交到监控管理平台300的人工处理流程，通过人工介入排除故障后重新启动设备供电。

其中，步骤S2供电控制模块120切断该路供电时，所述MCU处理模块110接收过流事件及相关信息，根据其预设的联动保护策略向供电控制模块120下达切断其他电路的指令。

所述供电控制模块110执行指令后，将联动结果经通信模块140上报至监控管理平台300。

在步骤S2中，过流事件及相关的信息经MCU处理模块110上传至本地控制告警显示设备400，该设备产生声光等方式的告警，并指示具体告警信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种车载供电及智能监控系统，其特征在于，所述系统包括：

安装于车内部总电源处的车载供电管理单元（100），用于实现各路用电设备的电流采集，同时根据各路的最大与最小电流阀值自动报警与自动应急处理；

连接于所述车载供电管理单元（100）且设于车内的车载电子设备（200），通过各类车载电子设备（200）的供电端口取电，供电电流被车载供电管理单元（100）采集监测；

与所述车载供电管理单元（100）通过网络通信的监控管理平台（300），该平台用于实时记录、监测各路车载电子设备（200）的工作电流，实现车辆用电设备状态与故障的综合分析与集中管理控制；

所述车载供电管理单元（100）包括MCU管理模块（110）、供电控制模块（120）、电子设备接口组（130）、通信模块（140）以及电源输入模块（150）；

所述MCU管理模块（110）用于存储着各个受电电子设备设定的过流告警阈值，对供电控制模块（120）实施配置，存储各路供电通道的历史数据，并按预定的逻辑流程协同各个模块执行相应动作；

所述供电控制模块（120）通过数据总线和电路连接所述MCU管理模块（110）和电子设备接口组（130），用于接收MCU管理模块（110）的命令后向电子设备接口组（130）下达相应的命令；所述供电控制模块（120）的电路上还设有过流检测电路（121），用于采集相应的电流信息并反馈至MCU管理模块（110）和供电控制模块（120）；

所述电源输入模块（150）的电路输出端与其他模块电连接，用于从公交车的主电源取电，作为自身的电源输入；

所述电子设备接口组（130）用于为车载电子设备（200）提供标准接口；

所述通信模块（140）通过通信接口与车载通信设备连接，实现与其他电子设备或后台监控中心的信息交互。

2.如权利要求1所述的车载供电及智能监控系统，其特征在于，所述电源输入模块（150）与MCU管理模块（110）的连接电路的输入端设有过压或欠压保护模块（160），用于应对车辆供电时产生的高压/低压情况，为车载供电管理单元（100）提供安全的供电环境。

3.如权利要求1所述的车载供电及智能监控系统，其特征在于，所述电源输入模块（150）与MCU管理模块（110）的连接电路上设有直流滤波模块（170），各电子设备的所述供电控制模块（120）的电路通过所述直流滤波模块（170）与所述MCU管理模块（110）实现电路连接，所述直流滤波模块（170）用于实现大带宽高衰减的干扰信号清除，提供良好的电源供给。

4.如权利要求1-3中任一项所述的车载供电及智能监控系统，其特征在于，所述系统还包括有本地控制告警显示设备（400），所述车载供电管理单元（100）还包括控制显示模块接口（180），用于接入本地控制告警显示设备（400），在出现设备供电接口过流、电源输入状态异常情况时，产生声光方式的告警，并指示具体告警信息。

5.如权利要求4所述的车载供电及智能监控系统，其特征在于，所述本地控制告警显示设备（400）包括有MCU处理器（401）、与所述MCU处理器（401）相连接且外露于设备的液晶显示屏（402）、键盘（403）、扬声器（404）、报警显示灯（405）以及第二控制显示模块接口（406），所述第二控制显示模块接口（406）通过数据总线和电线与所述MCU处理器（401）相连接。

6.一种应用于权利要求1所述系统的车载供电及智能监控方法，包括以下步骤：

S1、车载供电管理单元（100）的某一路过流检测电路（121）检测到电路过流；

S2、过流检测电路（121）生成过流保护信号并上传至供电控制模块（120），供电控制模块（120）切断该路供电，同时过流事件及相关的信息上传至监控管理平台（300）；

S3、监控管理平台（300）中的异常处理策略模块会通过汇聚相关来源信息对异常事件进行综合分析，并与其策略模式进行匹配，匹配成功至步骤S4，否则至步骤S5；

S4、策略模式匹配成功，监控管理平台（300）依据策略模式向车辆发出异常恢复指令重启动供电；

S5、策略模式匹配不成功，相关信息提交到监控管理平台（300）的人工处理流程，通过人工介入排除故障后重新启动设备供电。

7.如权利要求6所述的供电及智能监控方法，其特征在于，步骤S2中供电控制模块（120）切断该路供电时，MCU处理模块（110）接收过流事件及相关信息，根据其预设的联动保护策略向供电控制模块（120）下达切断其他电路的指令。

8.如权利要求7所述的供电及智能监控方法，其特征在于，所述供电控制模块（110）执行指令后，将联动结果经通信模块（140）上报至监控管理平台（300）。

9.如权利要求6所述的供电及智能监控方法，其特征在于，步骤S2中，过流事件及相关的信息经MCU处理模块（110）上传至本地控制告警显示设备（400），该设备产生声光方式的告警，并指示具体告警信息。