CN107104723A - 基于无人机的电动汽车信息无线收集系统 - Google Patents

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孙金磊
王谱宇
杨飞
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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，包括搭载在无人机上的主机终端和搭载在电动汽车上的从机终端：主机终端用于向从机终端发送控制指令，接收来自从机终端的电动汽车运行状态信息；从机终端用于接收来自主机终端的控制指令，并将整车控制器、电池管理系统传输到从机终端的运行状态信息通过无线方式发送给主机终端。本发明在无接触的条件下可以快速有效收集电动汽车运行状态信息，解决了电动汽车运行状态信息收集需要人力而且耗费时间长的问题。

Description

基于无人机的电动汽车信息无线收集系统
技术领域
本发明属于无线信息收集和数据压缩领域，具体涉及一种基于无人机的电动汽车信息无线收集系统。
背景技术
对于电动汽车的运行状态信息，如电池电压、剩余电量、健康状态以及电动汽车故障信息等对于电动汽车定期维护和状态监控至关重要。
目前所采用的方法是在车辆定期维护时读取上述信息，维护人员根据电动汽车关键状态对车辆进行维护。显然，这种方式需要电动汽车终端配备较大存储空间，而且这种方式信息收集效率低，只有定期维护时才能够发现问题，无法对电动汽车运行状态信息进行早期发现和诊断，当电动汽车数量大时不适合采用该方法。
发明内容
为了解决现有电动汽车运行状态信息收集依靠人力，收集效率低，不适用于大量电动汽车信息收集的实际问题，本发明提供一种基于无人机的电动汽车信息无线收集系统。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，包括搭载在无人机上的主机终端和搭载在电动汽车上的从机终端：
主机终端用于向从机终端发送控制指令，接收来自从机终端的电动汽车运行状态信息；
从机终端用于接收来自主机终端的控制指令，并将整车控制器、电池管理系统传输到从机终端的运行状态信息通过无线方式发送给主机终端。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
(1)本发明基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，结合电动汽车电池管理系统和整车控制系统以及电动汽车行车记录仪可以收集电动汽车电池电压、温度、电流、所经历故障、剩余电量、健康状态的数据信息，解决了电动汽车关键状态信息收集需要人力而且耗费时间长的问题；(2)电动汽车上从机终端供电来自于电动汽车辅助供电系统，每个从机终端都有固定的标识代码，在不进行数据收集时保持休眠状态节约能源；当无人机飞进从机终端所在区域时，无人机搭载的主机终端发出广播信号唤醒无线覆盖范围内的所有从机终端，并接收来自各个从机终端的电动汽车关键运行数据信息，这种方式在无接触的条件下就可以快速有效收集电动汽车关键运行信息。
附图说明
图1为本发明基于无人机的电动汽车信息无线收集系统示意图。
图2为无人机搭载的无线收发主机终端功能框图。
图3为电动汽车搭载的无线收发从机终端功能框图。
图4为本发明的无线信息收集方法流程图。
具体实施方式
结合图1，本发明提供一种基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，包括搭载在无人机上的主机终端和搭载在电动汽车上的从机终端：
主机终端用于向从机终端发送控制指令，接收来自从机终端的电动汽车运行状态信息；
从机终端用于接收来自主机终端的控制指令，并将整车控制器、电池管理系统传输到从机终端的电动汽车运行状态信息通过无线方式发送给主机终端。
进一步的，所述主机终端由第一微处理器、第一电源转换单元、第一无线收发单元和终端存储器构成，所述第一微处理器用于向第一无线收发单元发出控制指令，使第一无线收发单元向所覆盖范围发送无线广播信号，以及接收来自电动汽车从机终端的电动汽车运行状态信息，第一电源转换单元用于将电源转换成第一微处理器、第一无线收发单元和终端存储器所需电压，终端存储器用于存储来自不同从机终端的电动汽车运行状态信息。
进一步的，每一个从机终端都具有唯一固定的识别码，所述从机终端包括第二微处理器、有线总线收发单元、第二无线收发单元、第二电源转换单元和存储单元；有线总线用于同电动汽车整车控制器和电池管理系统进行信息交互，并将电动汽车运行状态信息存储在存储单元中；第二电源转换单元将车载12V电源通过电能变换转换为第二微处理器、有线总线收发单元、第二无线收发单元、存储单元所需的电压等级；第二无线收发单元在无人机搭载的主机终端无线广播覆盖范围内时，与主机终端进行通讯，并将存储单元中的信息发送给主机终端。
进一步的，所述电动汽车运行状态信息包括车辆号码信息、单体电池电压信息、单体电池剩余电量信息、单体电池健康状态信息、电池故障信息和电动汽车故障信息。
进一步的，上述电动汽车运行状态信息中数据压缩的内容包括电动汽车电池组单体电池电压信息、单体电池剩余电量信息、单体电池健康状态信息，电池组有单体串联构成，其中大部分单体上述参数基本相同，只有个别单体存在差异，所以为了减少数据存储量和传输量，存储和传输的信息只要包括单体电池电压信息、单体电池剩余电量信息、单体电池健康状态信息的平均值和各自单体与平均值的差值，这样就可以有效的减少数据存储量。
本发明基于无人机的电动汽车信息无线收集系统的收集方法，包括以下步骤：
步骤1，当无人机搭载的主机终端没有进行信息收集时处于睡眠状态；
当无人机搭载的主机终端发出广播指令后，无线覆盖区域内的电动汽车从机终端被唤醒，并通过与主机终端进行匹配操作，识别从机后，从机终端将从机存储器中的车号信息读取出来并在存储器中为不同车号开辟相应的存储空间；将电动汽车其他运行状态信息进行数据压缩后无线传输给主机终端；主机终端无线覆盖范围内的从机终端同时或逐一向主机终端传输信息，当无线覆盖区域内所有从机终端信息传输完毕后，无人机按照路线进入下一个信息收集点；
步骤2，在主机和从机进行数据传输时，如果遇到数据传输中断，启动断点重传，重新建立连接并从断点继续传输数据；如仍未能建立连接，就在区域所有其他从机结束传输后单独针对该从机节点进行重新连接和传输数据。如果仍然无法连接则报传输错误。
无人机具有定向搜索功能，可以由人工指定飞行轨迹和高度，搜索无人机经过路径无线覆盖范围内的电动汽车，并接收和保存电动汽车从机发送来的信息。
无人机具有自动返航功能，当无人机完成指定路径的搜索后自动返航，回到操作者遥控所在位置。或者当主机终端存储信息已满时自动返航。
下面将结合附图和实施例对本发明加以详细说明。
实施例
一种基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，采用无人机搭载无线收发终端与无线覆盖范围内的电动汽车信息收集从机终端进行信息交互。系统结构示意图如图1所示，包括搭载在无人机上的主机终端和搭载在电动汽车上的从机终端；
无人机是在现有四旋翼无人机基础上改造而成。无人机可以是大疆或小米等具有自主飞行功能的无人机。无人机具有定向飞行功能，可选取自动驾驶模式和手动驾驶模式，并可自由切换。主机终端固定在无人机上，飞行时实现空中非接触式无线通讯，终端供电来自于无人机电源系统。
无人机搭载主机终端，其结构如图2所示，包括第一微处理器、第一电源转换单元、终端存储器和第一无线收发单元。
第一微处理器选用数字信号处理器DSP。本实施例中选取DSP28035型号的数字信号处理芯片，I/O端口与第一无线收发单元和终端存储器相应控制引脚相连，控制第一无线收发单元发送从机唤醒广播，与从机终端进行数据通信；控制终端存储器写入和读取数据。
终端存储器用于存储电动汽车从机终端发送过来的电动汽车运行状态信息。由于考虑到电动汽车数量大，需要存储信息量大的特点，选用通用512G的Flash芯片。
第一无线收发单元采用基于Nrf24L01P的2.4G无线收发模块实现，供电电压1.8V-3.6V，通过SPI方式与主控处理器进行通讯，功耗低，接口简单。作为主机终端的无线收发单元，具有唯一的主机识别码。
第一电源转换单元为DC-DC转换芯片，实现5V，3.3V，1.8V稳定电源输出，满足第一微处理器、第一无线收发单元和终端存储器的供电需求。
电动汽车上的从机终端的结构如图3所示，包括第二微处理器、第二电源转换单元、存储单元、第二无线收发单元和CAN总线收发单元。
第二微处理器选用NXP公司的9S08DZ60，该芯片I/O端口丰富，各种控制接口齐全，包含SPI总线、CAN总线、I2C总线。I/O端口与第二无线收发单元和存储单元以及CAN总线收发单元相应控制引脚相连，实现与主机之间的数据通讯、利用CAN总线与整车控制器和电池管理系统建立通讯、将电动汽车运行和使用过程中的关键电压、电流、温度以及整车状态信息进行保存，以便发送给主机终端。
存储单元用于存储来自电动汽车整车控制器和电池管理系统的电动汽车运行状态信息。由于采用了数据压缩技术，存储量无需太大，所以选用通用2G的Flash芯片。
第二无线收发单元，同样采用基于Nrf24L01P的2.4G无线收发模块实现，供电电压1.8V-3.6V，通过SPI方式与主控处理器进行通讯，功耗低，接口简单。作为从机终端的无线收发单元，每一个从机都有唯一的识别码便于管理和识别。
第二电源转换单元采用DC-DC转换芯片，从机终端电源来自车载供电电瓶，第二电源转换单元将12V直流电转换为5V，3.3V，1.8V稳定电源输出，满足第二微处理器、有线总线收发单元、第二无线收发单元、存储单元的供电需求。
CAN总线收发单元，采用CTM1050隔离CAN总线收发器，内部自带隔离功能，实现通信隔离。
如图4所示，基于无人机的电动汽车信息无线收集系统的工作过程如下：
将整个系统上电运行，从机终端处于休眠状态。此时无人机手动起飞运行，并指定飞行路径和信息收集区域，切换到自动驾驶模式。此时，主机终端开始工作，控制无线收发单元发出广播指令，唤醒无线覆盖范围内的所有从机终端，并统计需要传输数据的电动汽车数量和数据总量。从机终端在车辆运行过程中将一些关键时刻的电动汽车运行状态信息通过CAN总线上传到从机终端，包括电动汽车故障运行状态信息、电池电压和电流信息、电池温度信息、剩余电量、健康状态状态信息，并将这些信息存储在各自从机终端的存储器内。当被主机唤醒后，主机同时或逐一与从机进行数据通讯，传输并存储来自各从机的电动汽车运行状态信息。在传输过程中，如遇到传输中断则与下一个从机建立连接并传输数据，所有从机传输结束后再与中断传输节点重新建立连接并传输数据，如连续10次无法与该从机传输成功则记录传输故障。当无线覆盖区域范围内的电动汽车运行状态信息收集完成，则进入下区域进行相同操作，当整个区域数据收集完成时无人机自动返航，并将大容量存储器内的数据下载到计算机进行后续处理。

Claims (5)

1.一种基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，其特征在于，包括搭载在无人机上的主机终端和搭载在电动汽车上的从机终端；
主机终端用于向从机终端发送控制指令，接收来自从机终端的电动汽车运行状态信息；
从机终端用于接收来自主机终端的控制指令，并将整车控制器、电池管理系统传输到从机终端的运行状态信息通过无线方式发送给主机终端。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，其特征在于，所述主机终端由第一微处理器、第一电源转换单元、第一无线收发单元和终端存储器构成，所述第一微处理器用于向第一无线收发单元发出控制指令，使第一无线收发单元向所覆盖范围发送无线广播信号，以及接收来自电动汽车从机终端的电动汽车运行状态信息，第一电源转换单元用于将电源转换成第一微处理器、第一无线收发单元和终端存储器所需电压，终端存储器用于存储来自不同从机终端的电动汽车运行状态信息。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，其特征在于，每一个从机终端都具有唯一固定的识别码，所述从机终端包括第二微处理器、有线总线收发单元、第二无线收发单元、第二电源转换单元和存储单元；有线总线用于同电动汽车整车控制器和电池管理系统进行信息交互，并将电动汽车运行状态信息存储在存储单元中；第二电源转换单元将车载12V电源通过电能变换转换为第二微处理器、有线总线收发单元、第二无线收发单元、存储单元所需的电压等级；第二无线收发单元在无人机搭载的主机终端无线广播覆盖范围内时，与主机终端进行通讯，并将存储单元中的信息发送给主机终端。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，其特征在于，所述电动汽车运行状态信息包括车辆号码信息、单体电池电压信息、单体电池剩余电量信息、单体电池健康状态信息、电池故障信息和电动汽车故障信息。
5.根据权利要求4所述的基于无人机的电动汽车信息无线收集系统，其特征在于，单体电池电压信息、单体电池剩余电量信息、单体电池健康状态信息进行压缩后保存，压缩后的信息包括单体电池电压信息、单体电池剩余电量信息、单体电池健康状态信息的平均值以及各自单体与平均值的差值。
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