CN109325565A - 一种电动自行车智能管理系统及专用电子车牌 - Google Patents

一种电动自行车智能管理系统及专用电子车牌 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动自行车专用车牌，其包括车牌壳体，车牌壳体内部设有电路板，车牌壳体上设有对外接口，对外接口通过线束与电动自行车中控系统连接，电路板上设有有源RFID模块、Lora模块、三轴加速度模块、电源模块，有源RFID模块分别通过SPI接口与Lora模块和三轴加速度模块相连；电源模块为有源RFID模块、Lora模块以及三轴加速度模块提供直流电；本发明还公开了电动自行车智能管理系统，其除了电动车牌，还包括有源RFID信号接收基站、Lora网关、分别与有源RFID信号接收基站和Lora网关形成数据传输的后台服务器、以及配置有非接触式读卡器的移动稽查设备。本发明能有效、智能化地管理电动自行车。

Description

一种电动自行车智能管理系统及专用电子车牌
技术领域
本发明涉及短距离无线通信和近距离身份识别技术领域，具体而言，涉及一种电动自行车智能管理系统及专用电子车牌。
背景技术
电动自行车，是指以蓄电池作为辅助能源在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具。电动自行车环保，低能耗，是绿色环保，净化空气污染的最好交通产物。目前我国已成为电动自行车的产销大国，产销量占比达全球的90%。截止2015年中国电动自行车保有量超过2亿辆。
电动自行车给人们带来方便的同时，对城市交通和公民的生命安全也带来了诸多问题。由于电动自行车不像机动车拥有全国唯一的车牌和保险，一旦发生交通事故，无法第一时间进行勘察和理赔；同时针对电动自行车和电池的偷盗案件一直持续发生；电动自行车超速、逆行及闯红灯现象普遍存在。目前还没有有效的电动车智能化管理解决方案。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种电动自行车专用车牌，包括车牌壳体，车牌壳体外表面设有一组可见的数字，车牌壳体内部设有电路板，车牌壳体上设有与电路板电连接的对外接口，对外接口通过线束与电动自行车中控系统连接，电路板上设有有源RFID模块、Lora模块、三轴加速度模块、电源模块，所述的有源RFID模块分别通过SPI接口与Lora模块和三轴加速度模块相连；所述的电源模块为有源RFID模块、Lora模块以及三轴加速度模块的正常工作提供所需的直流电。
作为本发明的改进，所述的RFID模块包括射频电路、MCU和NFC模块；所述的射频电路的一接口连接有用于发射带有位置信息的射频信号的ANT天线，射频电路另一接口与MCU连接，NFC模块的一端口连接有用于发射带有NFC ID信息的射频信号的ANT天线，NFC模块的另一端口与MCU连接，所述的Lora模块包括Lora射频电路，所述的Lora射频电路连接有用于发射带有电动自行车运行状态的射频信号的ANT天线；所述的三轴加速度模块与MCU连接且将检测到的垂直于电动自行车车身方向的加速度的变化信息传输给MCU。
作为本发明的改进，所述的对外接口包括电源正负极以及串口UART；所述电源正负极对内连接电源模块，电源正负极对外通过线束与电动自行车中控系统连接，串口UART对内连接MCU，串口UART对外通过线束与电动自行车中控系统连接。
另一个发明目的：本发明提供了一种电动自行车智能管理系统，可以实时采集电动自行车的速度、电池温度、运行轨迹、是否跌倒，真正达到有效、智能化地管理电动自行车。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种电动自行车智能管理系统，包括安装于电动自行车上使用的电子车牌、安装于交叉路口处的有源RFID信号接收基站、安装于道路上的Lora网关、分别与有源RFID信号接收基站和Lora网关形成数据传输的后台服务器、以及配置有非接触式读卡器的移动稽查设备，
所述电子车牌包括有源RFID模块、Lora模块、电源模块、三轴加速度模块以及对外接口，所述的有源RFID模块分别通过SPI接口与Lora模块和三轴加速度模块相连；所述的电源模块为有源RFID模块、Lora模块以及三轴加速度模块的正常工作提供所需的直流电，
所述的RFID模块包括射频电路、MCU和NFC模块；所述的射频电路的一接口连接有用于发射带有位置信息的射频信号的ANT天线，射频电路另一接口与MCU连接，NFC模块的一端口连接有用于发射带有NFC ID信息的射频信号的ANT天线，NFC模块的另一端口与MCU连接，
所述的Lora模块包括Lora射频电路，所述的Lora射频电路连接有用于发射带有电动自行车运行状态的射频信号的ANT天线；
所述的三轴加速度模块与MCU连接且将检测到的垂直于电动自行车车身方向的加速度的变化信息传输给MCU，
所述的对外接口包括电源正负极以及串口UART；所述电源正负极对内连接电源模块，电源正负极对外通过线束与电动自行车中控系统连接，串口UART对内连接MCU，串口UART对外通过线束与电动自行车中控系统连接；
所述的后台服务器通过网络分别与有源RFID信号接收基站、Lora网关连接；所述的有源RFID信号接收基站接有有源RFID射频信号接收ANT天线，有源RFID信号接收基站将接收到的来自电子车牌的带有位置信息的射频信号上传至后台服务器；所述的Lora网关接有Lora射频信号接收ANT天线，Lora网关将接收到的带有电动自行车运行状态的射频信号上传至后台服务器；所述的后台服务器分别接收并处理来自有源RFID信号接收基站的有源RFID信号和来自Lora网关的Lora信号，并将处理后的信号发送给交通部门、公安部门以及电动自行车车主；
所述移动稽查设备通过非接触读卡方式获得电子车牌中存储的车主身份信息。
采用上述方案，本发明中安装有电子车牌的电动自行车，在城市及周边道路行驶时，电子车牌内的有源RFID模块不断发射有源RFID信号，将自身有源RFID信号上报到有源RFID信号接收基站，不同的有源RFID信号接收基站根据接收到的有源RFID信号，记录电动自行车的进入和离开时间，并把数据上报到后台服务器，后台服务器根据相关数据运算出电动自行车的运行轨迹。同时电子车牌内的Lora模块不断发射Lora信号，将电动自行车的速度、电池温度以及是否跌倒的信息上报到Lora网关，Lora网关将相关数据上报到后台服务器，后台服务器实时显示电动自行车的运行状态，并将电动自行车的运行状态信息发送给交通部门、公安部门以及电动自行车用户。有源RFID手持机以及带NFC功能的手机通过扫描安装在电动自行车上的电子车牌，进行稽查车辆是否合法及工作状态是否正常等。
作为本发明的改进，所述的移动稽查设备为RFID手持机或者带有NFC功能的手机。
作为本发明的改进，所述的有源RFID模块采用高集成度的SOC芯片NRF52832，该SOC芯片NRF52832集成有NFC模块。
作为本发明的改进，所述的三轴加速度模块采用KX023，三轴加速度分别为±2g、±4g、±8g。
作为本发明的改进，所述的Lora模块采用SX1278芯片。
作为本发明的改进，所述的电子车牌与电动自行车一一对应，电动车牌具有唯一ID号，所述的唯一ID号包括有源RFID ID和Lora ID以及NFC ID；所述的有源RFID ID和LoraID以及NFC ID号码保持一致，有源RFID ID和Lora ID以及NFC ID分别存储于有源RFID模块、Lora模块、NFC模块中。
附图说明
图1是本发明具体实施例中电动自行车的电子车牌的外观示意图；
图2是本发明具体实施例中电动自行车的电子车牌的电路图；
图3是本发明具体实施例中一套电动自行车智能管理系统的应用场景图。
具体实施方式
本发明的具体实施例如图1所示是电动自行车的电子车牌，包括一个外部可见的数字编码、塑料壳体以及一个对外接口。外部可见的数字编码如D123456，编码以D开头，D是电动自行车，电的简称，数字部分也可以是英文字母；电子车牌与电动自行车一一对应，电动车牌具有唯一ID号，所述的唯一ID号包括有源RFID ID和Lora ID以及NFC ID；所述的有源RFID ID和Lora ID以及NFC ID号码保持一致，有源RFID ID和Lora ID以及NFC ID分别存储于有源RFID模块、Lora模块、NFC模块中。
塑料壳体内部有电路板和电池；电子车牌的对外接口通过线束与外部的电动自行车中控系统连接，实现从电动自行车电池取电和电动自行车车速及电池温度参数获取等功能。具体的，对外接口包括电源正负极和串口UART，电源正负极对内连接电源模块提供直流电源，串口UART对内与MCU连接便于将由电动自行车中控系统直接获取的关于电动自行车的速度以及电池温度参数提供给MCU。MUC将获取的参数整理并通过SPI线传输给Lora模块，并经由Lora的天线发射给Lora网关。
如图2所示，电子车牌的电路包括有源RFID模块、Lora模块、电源模块、三轴加速度模块以及对外接口，其中有源RFID模块又包括射频电路、MCU以及NFC模块。
电动自行车管理系统如图3所示，除了电子车牌，还包括安装于交叉路口如T字型、十字型等处的有源RFID信号接收基站、安装于道路上的Lora网关、分别与有源RFID信号接收基站和Lora网关形成数据传输的后台服务器、以及配置有非接触式读卡器的移动稽查设备。
上述电源模块为有源RFID模块、Lora模块以及三轴加速度模块的正常工作提供所需的直流电，电源模块包括可充电软包电池和电池充电电路，电池充电电路采用现有的通用电路设计结构即可，软包电池容量1000mAh，脱离电动自行车电池独立工作寿命为3年；电池充电电路输入范围为DC36V-60V，覆盖市场上大部分电动自行车电池电压。
有源RFID模块选用2.4GHZ RFID模块，该模块的射频电路发射功率为4dbm，约2.5mW，低于无线电管理委员会的10mW标准指标。同时，2.4GHZ RFID读取范围可达300米左右。而且，该2.4GHZ RFID模块采用高集成度SOC芯片NRF52832，集成NFC功能，而NFC模块的标准读卡距离为1-5cm。
射频电路连接有ANT天线，在电动自行车行驶过程中，射频电路的ANT天线实时发射带有位置信号的射频信号，并由有源RFID信号接收基站接收后上传至后台服务器运算电动自行车的行驶轨迹，有利于逆行和闯红灯的管理，2.4GHZ RFID模块的天线ANT为全向天线，增益为6dBi，频率范围为2400MHZ-2525MHZ。
Lora模块采用SX1278芯片，通信范围1000米左右。Lora 模块的天线ANT为全向天线，增益为6dBi，频率范围433MHZ-470MHZ；NFC模块的天线ANT频点13.56MHZ。
三轴加速度模块用于监测垂直于电动自行车车身方向的加速度的变化，并将检测到的信息传输给MCU，由MCU根据三轴加速度在垂直于电动自行车车身方向的加速度参数的一系列变化，判断电动自行车是否跌倒。MCU将判断后的结果信息通过SPI线传输给Lora模块，并经由Lora的天线发射给Lora网关，三轴加速度模块采用KX023，三轴加速度分别为±2g、±4g、±8g。
当将安装有电子车牌的电动自行车，在城市及周边道路行驶时，电子车牌内的2.4GHZ RFID模块不断发射有源RFID信号，将自身有源RFID信号上报到有源RFID基站，不同的有源RFID基站根据接收到的有源RFID信号，记录电动自行车的进入和离开时间，并把数据上报到后台服务器，后台服务器根据相关数据运算出电动自行车的运行轨迹。同时电子车牌内的Lora模块不断发射Lora信号，将电动自行车的速度、电池温度以及是否跌倒上报到Lora网关，Lora网关将相关数据上报到后台服务器，后台服务器实时显示电动自行车的运行状态，并将电动自行车的运行状态信息发送给交通部门、公安部门以及电动自行车用户。有源RFID手持机，以及带NFC功能的手机通过扫描安装在电动自行车上的电子车牌，进行稽查车辆是否合法及工作状态是否正常等。
作为另一种实施方式，当把布置在道路路口的有源RFID基站天线换成定向天线后，固定了行驶方向一个方向的，可实现对电动自行车逆行和闯红灯违法行为进行抓取。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动自行车专用车牌，包括车牌壳体，车牌壳体外表面设有一组可见的数字，车牌壳体内部设有电路板，车牌壳体上设有与电路板电连接的对外接口，对外接口通过线束与电动自行车中控系统连接，电路板上设有有源RFID模块、Lora模块、三轴加速度模块、电源模块，所述的有源RFID模块分别通过SPI接口与Lora模块和三轴加速度模块相连；所述的电源模块为有源RFID模块、Lora模块以及三轴加速度模块的正常工作提供所需的直流电。
2.根据权利要求1所述的电动自行车专用车牌，其特征在于：所述的RFID模块包括射频电路、MCU和NFC模块；所述的射频电路的一接口连接有用于发射带有位置信息的射频信号的ANT天线，射频电路另一接口与MCU连接，NFC模块的一端口连接有用于发射带有NFC ID信息的射频信号的ANT天线，NFC模块的另一端口与MCU连接，所述的Lora模块包括Lora射频电路，所述的Lora射频电路连接有用于发射带有电动自行车运行状态的射频信号的ANT天线；所述的三轴加速度模块与MCU连接且将检测到的垂直于电动自行车车身方向的加速度的变化信息传输给MCU。
3.根据权利要求1或2所述的电动自行车专用车牌，其特征在于：所述的对外接口包括电源正负极以及串口UART；所述电源正负极对内连接电源模块，电源正负极对外通过线束与电动自行车中控系统连接，串口UART对内连接MCU，串口UART对外通过线束与电动自行车中控系统连接。
4.一种电动自行车智能管理系统，包括安装于电动自行车上使用的电子车牌、安装于交叉路口处的有源RFID信号接收基站、安装于道路上的Lora网关、分别与有源RFID信号接收基站和Lora网关形成数据传输的后台服务器、以及配置有非接触式读卡器的移动稽查设备，
所述电子车牌包括有源RFID模块、Lora模块、电源模块、三轴加速度模块以及对外接口，所述的有源RFID模块分别通过SPI接口与Lora模块和三轴加速度模块相连；所述的电源模块为有源RFID模块、Lora模块以及三轴加速度模块的正常工作提供所需的直流电，
所述的RFID模块包括射频电路、MCU和NFC模块；所述的射频电路的一接口连接有用于发射带有位置信息的射频信号的ANT天线，射频电路另一接口与MCU连接，NFC模块的一端口连接有用于发射带有NFC ID信息的射频信号的ANT天线，NFC模块的另一端口与MCU连接，
所述的Lora模块包括Lora射频电路，所述的Lora射频电路连接有用于发射带有电动自行车运行状态的射频信号的ANT天线；
所述的三轴加速度模块与MCU连接且将检测到的垂直于电动自行车车身方向的加速度的变化信息传输给MCU，
所述的对外接口包括电源正负极以及串口UART；所述电源正负极对内连接电源模块，电源正负极对外通过线束与电动自行车中控系统连接，串口UART对内连接Lora模块，串口UART对外通过线束与电动自行车中控系统连接；
所述的后台服务器通过网络分别与有源RFID信号接收基站、Lora网关连接；所述的有源RFID信号接收基站接有有源RFID射频信号接收ANT天线，有源RFID信号接收基站将接收到的来自电子车牌的带有位置信息的射频信号上传至后台服务器；所述的Lora网关接有Lora射频信号接收ANT天线，Lora网关将接收到的带有电动自行车运行状态的射频信号上传至后台服务器；所述的后台服务器分别接收并处理来自有源RFID信号接收基站的有源RFID信号和来自Lora网关的Lora信号，并将处理后的信号发送给交通部门、公安部门以及电动自行车车主；
所述移动稽查设备通过非接触读卡方式获得电子车牌中存储的车主身份信息。
5.根据权利要求4所述的一种电动自行车智能管理系统，其特征在于：所述的移动稽查设备为RFID手持机或者带有NFC功能的手机。
6.根据权利要求4或5所述的一种电动自行车智能管理系统，其特征在于：所述的有源RFID模块采用高集成度的SOC芯片NRF52832，该SOC芯片NRF52832集成有NFC模块。
7.根据权利要求4或5所述的一种电动自行车智能管理系统，其特征在于：所述的三轴加速度模块采用KX023，三轴加速度分别为±2g、±4g、±8g。
8.根据权利要求4或5所述的一种电动自行车智能管理系统，其特征在于：所述的Lora模块采用SX1278芯片。
9.根据权利要求4或5所述的一种电动自行车智能管理系统，其特征在于：所述的电子车牌与电动自行车一一对应，电动车牌具有唯一ID号，所述的唯一ID号包括有源RFID ID和Lora ID以及NFC ID；所述的有源RFID ID和Lora ID以及NFC ID号码保持一致，有源RFIDID和Lora ID以及NFC ID分别存储于有源RFID模块、Lora模块、NFC模块中。
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