CN109606140A - 氢能源助力车中控系统及其控制方法 - Google Patents

氢能源助力车中控系统及其控制方法 Download PDF

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黄得云
许培
朱玉
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

本发明公开了一种氢能源助力车中控系统，其要点是：包括微控制单元、GPS模块、GPRS模块、GPRS天线、锁驱动模块、锁电机和蓝牙天线。蓝牙天线与微控制单元双向信号电连接。GPS模块与微控制单元信号电连接。GPRS模块与微控制单元双向信号电连接。GPRS天线与GPRS模块双向信号电连接。微控制单元与锁驱动模块信号电连接，锁驱动模块与锁电机信号电连接。GPRS模块与BMS控制器双向信号电连接，BMS控制器与氢燃料电池能量管理系统双向信号电连接。用户和后台服务器能更加及时的获取氢能源助力车中控系统的相关数据并进行相应的控制，提高用户的使用靠性。

Description

氢能源助力车中控系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及公共交通工具领域，具体是一种用于氢能源助力车中控系统及其控制方法。
背景技术
随着社会的发展，人类活动日趋频繁，活动范围也在不断扩大。对于跨城市的长途出行一般选择长途汽车、火车或者飞机；对于城市内的出行，一般选择驾车、出租车、公交和地铁。然而如今城市机动车数量的猛增，停车问题也成为了一个难题，因此驾车的人群中能够有越来越多的人选择出租车、公交和地铁等城市公共交通工具出行。由于公交和地铁受到线路的制约，只能在一定范围内满足人们的出行需要，为了在进一步解决出行问题，市场上出现了共享单车。共享单车是指企业在校园、地铁站点、公交站点、居民区、商业区、公共服务区等提供自行车单车共享服务，是一种分时租赁模式。共享单车是一种新型环保共享经济。共享单车作为一种便利又普遍的交通工具，解决人们一到三公里需求已得到市场的极大认可，但是单车本身依然存在其局限性，例如逆风、上坡时会很费力，长时间骑行会非常疲劳，而且无法很好的解决更长距离的出行需求，因此，需要助力车来更好地满足人们的需要。
随着人口的日益增长和越来越大的能源消耗，能源短缺问题逐渐加重，发展和使用绿色能源成为全球关注的热点。氢燃料电池是一种使用氢气作为燃料，通过与氧气的化学反应而产生电能的装置，其副产物只有水，因此氢能源助力车成为了一种理想的绿色出行交通工具。氢燃料电池的电堆反应是一个具有大滞后、不确定性和非线性等特性的化学过程，其中温度、压力等因素对电堆工作产生重要影响。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种用于氢能源助力车中控系统。
实现本发明第一目的的基本技术方案是：一种氢能源助力车中控系统，其结构特点是：包括微控制单元、GPS模块、GPRS模块、GPRS天线、锁驱动模块、锁电机和蓝牙天线。蓝牙天线与微控制单元双向信号电连接。GPS模块与微控制单元信号电连接。GPRS模块与微控制单元双向信号电连接。GPRS天线与GPRS模块双向信号电连接。微控制单元与锁驱动模块信号电连接，锁驱动模块与锁电机信号电连接。GPRS模块与BMS控制器双向信号电连接，BMS控制器与氢燃料电池能量管理系统双向信号电连接。
以上述基本技术方案为基础的技术方案是：还包括RFID读写模块和逻辑判断模块。RFID读写模块与逻辑判断模块信号电连接，逻辑判断模块与微控制单元信号电连接。通过RFID读写模块读取RFID卡的信息，并将数据发送至逻辑判断模块，逻辑判断模块将控制信号发送给微控制单元，再由微控制单元将控制信号发送至锁驱动模块，锁驱动模块控制锁电机做出相应的动作。
本发明的第二目的是提供一种用于氢能源助力车中控系统的控制方法。
实现本发明第二目的的技术方案的氢能源助力车中控系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：管理员通过后台服务器发送定位命令给中控系统，定时上报GPS数据；微控制单元请求GPS模块搜索卫星，微控制单元启动一个定时器，每隔一定时间，GPS模块将获得的经纬度信息上报给微控制单元，经过运算处理后，微控制单元把经纬度信息通过GPRS模块上报给后台服务器，后台服务器把经纬度信息转换为位置文字描述；通过GPRS天线，后台服务器还可以把位置描述发给氢能源助力车中控系统的GPRS模块；
步骤二：当用户需要使用公共氢能源助力车时，用手机或其他移动终端的蓝牙技术通过蓝牙天线与微控制单元进行双向信号电连接，对氢能源助力车进行控制，将氢能源助力车解锁后可以使用该车，需要停车时将氢能源助力车上锁；
步骤三：通过后台服务器查询氢能源助力车的氢燃料电池的储氢罐的氢气量；后台服务器下发指令，通过中控系统与BMS控制器通信；GPRS模块接到后台服务器的指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块直接到BMS控制器读取氢燃料电池当前状态，将采集的储氢罐的氢气量，通过GPRS模块发送至后台服务器；
步骤四：通过后台服务器查询氢能源助力车的氢燃料电池的辅助电池的电量；后台服务器下发指令，通过中控系统与BMS控制器通信；GPRS模块接到后台服务器的指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块直接到BMS控制器读取氢燃料电池当前状态，将采集的辅助电池的电量，通过GPRS模块发送至后台服务器；
步骤五：用户通过手机或其他移动终端查询氢能源助力车的氢燃料电池的运行状态；手机或其他移动终端下发指令，通过中控系统与BMS控制器通信；GPRS模块接到指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块直接到BMS控制器读取氢燃料电池当前运行状态的数据，将采集的氢燃料电池的电堆气体流量数据和电堆温度，通过蓝牙天线发送至用户手机或其他移动终端，从而方便用户了解氢能源助力车是否能正常运行。
进一步的技术方案是：步骤六：当用户手机通过蓝牙天线与微控制单元进行双向信号电连接后，此时可以通过用户手机建立与后台服务器的通信，从而后台服务器能从用户手机获取氢能源助力车中控系统的相关数据并进行相应的控制。
再进一步的技术方案是：步骤七：当用户使用完毕归还公共氢能源助力车时，将公共氢能源助力车停放到指定地点，通过RFID读写模块读取RFID卡的信息，由逻辑判断模块发出控制信号，由微控制单元将控制信号发送至锁驱动模块，锁驱动模块控制锁电机做出相应的上锁动作，从而使电子锁将氢能源助力车锁住。
本发明具有以下的有益效果：(1)本发明的氢能源助力车中控系统通过GPS模块感知位置信息，并采用与GPRS定位相结合的方式进行定位，在通过中控系统的GPRS模块发至后台服务器，从而运维人员能够较准确的定位氢能源助力车，方便管理和找车。
(2)本发明的氢能源助力车中控系统通过相应的BMS控制器采集氢燃料电池能量管理系统的储氢罐的氢气量，通过GPRS模块发送至后台服务器，从而方便运维人员判断氢能源助力车是否需要换储氢罐，确保用户能正常使用氢能源助力车。
(3)用户通过手机或其他移动终端的蓝牙技术控制氢能源助力车，连接控制方便，使用安全可靠。
(4)本发明的氢能源助力车中控系统的微控制单元是其它模块进行交互的核心单元，是中控系统的心脏，任何处理的数据都要经过微控制单元。微控制单元调用GPS模块、BMS控制器的信息数据，然后回复响应的命令；同时，微控制单元也接受管理员通过后台服务器发送的命令，做出相应的反应。
(5)本发明的氢能源助力车中控系统的GPRS模块是中控系统与后台服务器以及BMS控制器的数据通讯的接口。在使用GPRS模块时，被发送数据已经封装在分组中，只有在发送时才需要分配占用频带容量，可完成高效通过率和即时连接。GPRS是点到点的分组数据转移，同时不占用频带资源，因此是一种低成本的高效无线分组方式，对于突发性、非持续性、同时又是频繁而少量数据的情况非常适合，对于偶尔数据量较大的传输也可轻松应对。
(6)本发明的氢能源助力车使用时，用户通过手机或其他移动终端查询氢能源助力车的氢燃料电池的运行状态，从而方便用户了解氢能源助力车是否能正常运行。
(7)本发明的氢能源助力车使用时，当用户手机通过蓝牙天线与微控制单元进行双向信号电连接后，通过用户手机建立与后台服务器的通信。由于现在用户手机基本上都是4G网络，后台服务器通过用户手机与中控系统通信的速率远远高于GPRS模块的传输速率，因此能更加及时的获取氢能源助力车中控系统的相关数据并进行相应的控制，提高用户的使用靠性。
附图说明
图1为本发明的氢能源助力车中控系统的结构框图。
附图中的标号为：
微控制单元1，GPS模块2，GPRS模块3，GPRS天线4，RFID读写模块5，逻辑判断模块6，锁驱动模块7，锁电机8，蓝牙天线9，后台服务器100，RFID卡200，氢燃料电池能量管理系统300，BMS控制器301。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，一种氢能源助力车中控系统包括微控制单元(MCU)1、GPS模块2、GPRS模块3、GPRS天线4、RFID读写模块5、逻辑判断模块6、锁驱动模块7、锁电机8和蓝牙天线9。
微控制单元1可以采用市面上常用的单片机类型，比如stm32系列单片机。微控制单元1是数据处理、运算、内存管理、电源管理等功能的控制处理中心单元。微控制单元1作为中控系统的控制处理中心单元，是将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上形成的芯片级的计算机。
GPS模块2与微控制单元1信号电连接。GPRS模块3与微控制单元1双向信号电连接。GPRS天线4与GPRS模块3双向信号电连接。GPRS模块3是中控系统与后台服务器100的数据通讯的接口。中控系统的数据通过GPRS的方式发送给后台服务器100。同样，后台服务器100下发的指令也要通过Internet传输到中控系统的GPRS模块3上。GPRS模块3把接收到的数据放到微控制单元1来解析运算，然后中控系统的微控制单元1把运算结果通过GPRS模块3发送给后台服务器100。
GPS模块2通过接收卫星信号而获得经度、纬度、速度、方向、GPS时间等信息，微控制单元1读取GPS模块2的数据，通过GPRS模块3和GPRS天线4把读取的GPS模块2的数据发给后台服务器100。GPS导航系统的基本原理是利用用户接收机和多颗卫星之间的卫星信号测定接收机和卫星与之间的距离，由于多颗卫星的位置信息是可以通过卫星星历来确定的，GPS接收机观测点的位置就可以确定，然后通过位置修正算法，就可以计算出相对准确的定位坐标。卫星到用户接收机观测点的距离是用卫星星载时间和用户时间的时间差乘以光速获得。接收天线完成GPS卫星进入识别范围后对GPS卫星信号锁定，实时接收和跟踪GPS卫星信号。GPS接收处理单元完成对接收和记录的GPS信号进行解调、变换和译码，解析出导航电文，计算GPS卫星信号的载波相位差，结合导航电文中的参数计算信号传播时间。这些数据通过相关软件和后处理软件可计算出实时导航定位数据。
RFID读写模块5与逻辑判断模块6信号电连接，逻辑判断模块6与微控制单元1信号电连接。微控制单元1与锁驱动模块7信号电连接，锁驱动模块7与锁电机8信号电连接。通过RFID读写模块5读取相应的RFID卡200的信息，并将数据发送至逻辑判断模块6，逻辑判断模块6将控制信号发送给微控制单元1，再由微控制单元1将控制信号发送至锁驱动模块7，锁驱动模块7控制锁电机8做出相应的上锁动作，从而使电子锁将氢能源助力车锁住。
蓝牙天线9与微控制单元1双向信号电连接。
氢能源助力车中控系统的GPRS模块3与BMS控制器301双向信号电连接，BMS控制器301与氢燃料电池能量管理系统(BMS)300双向信号电连接。从而氢能源助力车中控系统通过BMS控制器301与氢燃料电池能量管理系统300产生联系，BMS控制器301是氢燃料电池与氢能源助力车之间的纽带。氢燃料电池能量管理系统300将氢燃料电池的电堆的温度、气体流量有效地控制在设定范围内，使氢燃料电池安全、稳定的应用于氢能源助力车的供电系统。
本发明的氢能源助力车中控系统的控制方法具有如下步骤：
步骤一：管理员通过后台服务器100发送定位命令给中控系统，定时上报GPS数据。微控制单元1请求GPS模块2搜索卫星，微控制单元1启动一个定时器，每隔一定时间，GPS模块2将获得的经纬度信息上报给微控制单元1，经过运算处理后，微控制单元1把经纬度信息通过GPRS模块3上报给后台服务器100，后台服务器100把经纬度信息转换为位置文字描述。通过GPRS天线4，后台服务器100还可以把位置描述发给氢能源助力车中控系统的GPRS模块3。
步骤二：当用户需要使用公共氢能源助力车时，用手机或其他移动终端的蓝牙技术通过蓝牙天线9与微控制单元1进行双向信号电连接，对氢能源助力车进行控制，将氢能源助力车解锁后可以使用该车。
步骤三：通过后台服务器100查询氢能源助力车的氢燃料电池的储氢罐的氢气量。后台服务器100下发指令，通过中控系统与BMS控制器301通信。GPRS模块3接到后台服务器100的指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块3直接到BMS控制器301读取氢燃料电池当前状态，将采集的储氢罐的氢气量，通过GPRS模块3发送至后台服务器100，从而方便后台运维人员判断该氢能源助力车是否需要更换储氢罐。
步骤四：通过后台服务器100查询氢能源助力车的氢燃料电池的辅助电池的电量。后台服务器100下发指令，通过中控系统与BMS控制器301通信。GPRS模块3接到后台服务器100的指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块3直接到BMS控制器301读取氢燃料电池当前状态，将采集的辅助电池的电量，通过GPRS模块3发送至后台服务器100，从而方便后台运维人员判断该氢能源助力车是否需要对辅助电池充电或更换辅助电池。
步骤五：用户通过手机或其他移动终端查询氢能源助力车的氢燃料电池的运行状态。手机或其他移动终端下发指令，通过中控系统与BMS控制器301通信。GPRS模块3接到指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块3直接到BMS控制器301读取氢燃料电池当前运行状态的数据，将采集的氢燃料电池的电堆气体流量数据和电堆温度，通过蓝牙天线9发送至用户手机或其他移动终端，从而方便用户了解氢能源助力车是否能正常运行。
步骤六：当用户手机通过蓝牙天线9与微控制单元1进行双向信号电连接后，此时可以通过用户手机建立与后台服务器100的通信，从而后台服务器100能从用户手机获取氢能源助力车中控系统的相关数据并进行相应的控制，提高用户的使用靠性。
步骤七：当用户使用完毕归还公共氢能源助力车时，将公共氢能源助力车停放到指定地点，通过RFID读写模块5读取RFID卡200的信息，由逻辑判断模块6发出控制信号，由微控制单元1将控制信号发送至锁驱动模块7，锁驱动模块7控制锁电机8做出相应的上锁动作，从而将氢能源助力车锁住。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种氢能源助力车中控系统，其特征在于：包括微控制单元、GPS模块、GPRS模块、GPRS天线、锁驱动模块、锁电机和蓝牙天线；蓝牙天线与微控制单元双向信号电连接；GPS模块与微控制单元信号电连接；GPRS模块与微控制单元双向信号电连接；GPRS天线与GPRS模块双向信号电连接；微控制单元与锁驱动模块信号电连接，锁驱动模块与锁电机信号电连接；GPRS模块与BMS控制器双向信号电连接，BMS控制器与氢燃料电池能量管理系统双向信号电连接。
2.根据权利要求1所述的氢能源助力车中控系统，其特征在于：还包括RFID读写模块和逻辑判断模块；RFID读写模块与逻辑判断模块信号电连接，逻辑判断模块与微控制单元信号电连接；通过RFID读写模块读取RFID卡的信息，并将数据发送至逻辑判断模块，逻辑判断模块将控制信号发送给微控制单元，再由微控制单元将控制信号发送至锁驱动模块，锁驱动模块控制锁电机做出相应的动作。
3.根据权利要求1所述的氢能源助力车中控系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：管理员通过后台服务器发送定位命令给中控系统，定时上报GPS数据；微控制单元请求GPS模块搜索卫星，微控制单元启动一个定时器，每隔一定时间，GPS模块将获得的经纬度信息上报给微控制单元，经过运算处理后，微控制单元把经纬度信息通过GPRS模块上报给后台服务器，后台服务器把经纬度信息转换为位置文字描述；通过GPRS天线，后台服务器还可以把位置描述发给氢能源助力车中控系统的GPRS模块；
步骤二：当用户需要使用公共氢能源助力车时，用手机或其他移动终端的蓝牙技术通过蓝牙天线与微控制单元进行双向信号电连接，对氢能源助力车进行控制，将氢能源助力车解锁后可以使用该车，需要停车时将氢能源助力车上锁；
步骤三：通过后台服务器查询氢能源助力车的氢燃料电池的储氢罐的氢气量；后台服务器下发指令，通过中控系统与BMS控制器通信；GPRS模块接到后台服务器的指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块直接到BMS控制器读取氢燃料电池当前状态，将采集的储氢罐的氢气量，通过GPRS模块发送至后台服务器；
步骤四：通过后台服务器查询氢能源助力车的氢燃料电池的辅助电池的电量；后台服务器下发指令，通过中控系统与BMS控制器通信；GPRS模块接到后台服务器的指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块直接到BMS控制器读取氢燃料电池当前状态，将采集的辅助电池的电量，通过GPRS模块发送至后台服务器；
步骤五：用户通过手机或其他移动终端查询氢能源助力车的氢燃料电池的运行状态；手机或其他移动终端下发指令，通过中控系统与BMS控制器通信；GPRS模块接到指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块直接到BMS控制器读取氢燃料电池当前运行状态的数据，将采集的氢燃料电池的电堆气体流量数据和电堆温度，通过蓝牙天线发送至用户手机或其他移动终端，从而方便用户了解氢能源助力车是否能正常运行。
4.根据权利要求3所述的氢能源助力车中控系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
步骤六：当用户手机通过蓝牙天线与微控制单元进行双向信号电连接后，此时可以通过用户手机建立与后台服务器的通信，从而后台服务器能从用户手机获取氢能源助力车中控系统的相关数据并进行相应的控制。
5.根据权利要求2所述的氢能源助力车中控系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：管理员通过后台服务器发送定位命令给中控系统，定时上报GPS数据；微控制单元请求GPS模块搜索卫星，微控制单元启动一个定时器，每隔一定时间，GPS模块将获得的经纬度信息上报给微控制单元，经过运算处理后，微控制单元把经纬度信息通过GPRS模块上报给后台服务器，后台服务器把经纬度信息转换为位置文字描述；通过GPRS天线，后台服务器还可以把位置描述发给氢能源助力车中控系统的GPRS模块；
步骤二：当用户需要使用公共氢能源助力车时，用手机或其他移动终端的蓝牙技术通过蓝牙天线与微控制单元进行双向信号电连接，对氢能源助力车进行控制，将氢能源助力车解锁后可以使用该车，需要停车时将氢能源助力车上锁；
步骤三：通过后台服务器查询氢能源助力车的氢燃料电池的储氢罐的氢气量；后台服务器下发指令，通过中控系统与BMS控制器通信；GPRS模块接到后台服务器的指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块直接到BMS控制器读取氢燃料电池当前状态，将采集的储氢罐的氢气量，通过GPRS模块发送至后台服务器；
步骤四：通过后台服务器查询氢能源助力车的氢燃料电池的辅助电池的电量；后台服务器下发指令，通过中控系统与BMS控制器通信；GPRS模块接到后台服务器的指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块直接到BMS控制器读取氢燃料电池当前状态，将采集的辅助电池的电量，通过GPRS模块发送至后台服务器；
步骤五：用户通过手机或其他移动终端查询氢能源助力车的氢燃料电池的运行状态；手机或其他移动终端下发指令，通过中控系统与BMS控制器通信；GPRS模块接到指令后由中控系统对指令进行解析，然后通过GPRS模块直接到BMS控制器读取氢燃料电池当前运行状态的数据，将采集的氢燃料电池的电堆气体流量数据和电堆温度，通过蓝牙天线发送至用户手机或其他移动终端，从而方便用户了解氢能源助力车是否能正常运行；
步骤六：当用户手机通过蓝牙天线与微控制单元进行双向信号电连接后，此时可以通过用户手机建立与后台服务器的通信，从而后台服务器能从用户手机获取氢能源助力车中控系统的相关数据并进行相应的控制；
步骤七：当用户使用完毕归还公共氢能源助力车时，将公共氢能源助力车停放到指定地点，通过RFID读写模块读取RFID卡的信息，由逻辑判断模块发出控制信号，由微控制单元将控制信号发送至锁驱动模块，锁驱动模块控制锁电机做出相应的上锁动作，从而使电子锁将氢能源助力车锁住。
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