CN111323640A - 一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统，包括充电基站和监控中心，充电基站包括充电桩、充电检测模块、控制模块和预警模块，充电检测模块包括用于检测充电桩充电电流的电流互感器，运放器U1A对采样电流进行差模放大，有效的抑制汽车充电工频噪声对电流检测的干扰，运放器U1B在运放器U1A的运放过程中起到回转陷波的作用，避免信号放大失调，提高电流检测的准确性，采用本地预警和远程预警相结合的形式对新能源汽车充电故障进行播报，极大地提升了预警的有效性，本发明在信号的处理过程中有效避免检测信号放大失调、降低外界干扰，提高了新能源汽车充电安全监测系统控制的稳定性的准确度，应急管理更加及时有效。

Description

一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车充电技术领域，特别是涉及一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统。

背景技术

新能源汽车由于其智能化、电动化、网联化、共享化等优势，愈加受到区块链厚爱，目前看来，区块链已经深入了智能电动汽车领域。新能源汽车充电安全是电动汽车所面临的一大难题，主要故障表现为充电线路的短路、线路接线端接触不良以及生产缺陷等，造成充电电流过大，严重时可能造成电动汽车起火，甚至引发火灾。现有的新能源汽车充电安全监测系统通过设置传感器来实现对新能源汽车充电状态的检测，并采用有线的方式布置现场预警设备来实现对故障进行报警，预警方式单一。且在对传感器检测信号处理方面，存在放大失调、稳定度不高、受外界干扰因素较大等缺陷，影响信号检测的精确度，给监测系统预警的准确性也带来很大的干扰。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统。

其解决的技术方案是：一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统，包括充电基站和监控中心，充电基站包括充电桩、充电检测模块、控制模块和预警模块，所述充电检测模块包括用于检测所述充电桩充电电流的电流互感器，所述电流互感器的检测信号送入由运放器U1A、U1B形成的复合放大器中进行信号增强，然后将放大后的信号分两路送入所述控制模块中；所述预警模块包括本地预警电路和远程预警电路，所述远程预警电路包括无线信号发射器，所述无线信号发射器与所述监控中心形成远程通信；所述控制模块包括第一分流电路和第二分流电路，所述第一分流电路包括三极管VT1，三极管VT1的集电极连接电阻R8、电容C3的一端和所述充电检测模块的输出端，三极管VT1的基极连接电阻R8的另一端，并通过电阻R9连接电感L1、电容C4的一端和二极管VD3的阳极，三极管VT1的发射极连接电容C3、电感L1的另一端，电容C4的另一端接地，二极管VD3的阴极连接稳压二极管DZ2的阴极、运放器U2A的同相输入端和运放器U2B的反相输入端，稳压二极管DZ2的阳极接地，运放器U2A的反相输入端连接电阻R13的一端和变阻器RP1的一端、滑动端，电阻R13的另一端连接+5V电源，变阻器RP1的另一端连接运放器U2B的同相输入端和电阻R14的一端，电阻R14的另一端接地，运放器U1A、U1B的输出端连接所述本地预警电路的输入端；所述第一分流电路对所述充电检测模块的输出电流进行稳压、滤波，然后运用窗口比较器进行比较输出，其比较结果作为控制信号驱动所述本地预警电路工作；所述第二分流电流包括稳压二极管DZ1，当所述充电检测模块的输出电压峰值达到稳压二极管DZ1的稳定电压时，由三极管VT2、VT3形成的组合开关导通，从而驱动所述远程预警电路工作。

进一步的，所述充电检测模块还包括二极管VD1、VD2，二极管VD1的阴极、二极管VD2的阳极连接电阻R1的一端和所述电流互感器的引脚1，并通过电阻R2连接运放器U1A的反相输入端和电阻R5的一端，二极管VD1的阳极、二极管VD2的阴极连接电阻R3、R4的一端、电阻R1的另一端和所述电流互感器的引脚2，电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端连接运放器U1A的同相输入端，并通过电容C1连接运放器U1B的同相输入端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，运放器U1A的输出端连接电阻R5的另一端和电阻R7的一端，运放器U1B的反相输入端、输出端通过电容C2接地。

进一步的，所述本地预警电路包括双向晶闸管Q1，双向晶闸管Q1的控制极连接运放器U2A、U2B的输出端，并通过电容C5接地，双向晶闸管Q1主电极的一端通过电阻R15连接+24V电源，双向晶闸管Q1主电极的另一端通过并联的警示灯LS1、报警器LS1接地。

进一步的，所述第二分流电路还包括二极管VD4和电阻R10、R11、R12，二极管VD4的阴极连接稳压二极管DZ1的阳极和三极管VT2的发射极，稳压二极管DZ1的阴极连接电阻R7的另一端，二极管VD4的阳极与三极管VT2的基极接地，三极管VT2的集电极连接三极管VT3的基极，并通过电阻R10接地，三极管VT3的集电极连接电容C2的一端，并通过电阻R11接地，三极管VT3的发射极连接所述远程预警电路的输入端，并通过电阻R12接地。

进一步的，所述远程预警电路包括运放器U3，运放器U3的同相输入端通过电容C6连接三极管VT3的发射极，运放器U3的反相输入端、输出端连接电容C7的一端、电感L2的引脚1和三极管VT4的基极，电容C7的另一端与电感L2的引脚3并联接地，电感L2的引脚2通过电容C8连接三级管VT4的发射极和电阻R16、电容C9的一端，电阻R16的另一端接地，三极管VT4的集电极连接+24V电源和电容C10、电感L3的一端，电容C10、电感L3的另一端连接晶振Y1的引脚2和三极管VT5的集电极，并通过电容C11接地，晶振Y1的引脚1、三极管VT5的基极和电容C9的另一端通过电阻R17接地，三极管VT5的发射极接地，三极管VT5的集电极通过电感L4连接电容C12、C13的一端，电容C12的另一端接地，电容C13的另一端连接所述无线信号发射器的输入端。

通过以上技术方案，本发明的有益效果为：

1.本发明采用电流互感器J1对汽车充电电流进行实时采样，运放器U1A对采样电流进行差模放大，有效的抑制汽车充电工频噪声对电流检测的干扰，运放器U1B在运放器U1A的运放过程中起到回转陷波的作用，避免信号放大失调，提高电流检测的准确性；

2.第一分流电路在汽车充电出现短路、线路接线端接触不良等故障时，窗口比较器翻转输出高电平信号驱动本地预警电路进行报警，及时通知充电基站工作人员进行检修，第二分流电路在汽车充电出现过流现象时通输出异常数据信号，该异常数据信号送入远程预警电路处理后发送到监控中心，采用本地预警和远程预警相结合的形式对新能源汽车充电故障进行播报，极大地提升了预警的有效性；

3.本发明在信号的处理过程中有效避免检测信号放大失调、降低外界干扰，提高了新能源汽车充电安全监测系统控制的稳定性的准确度，应急管理更加及时有效。

附图说明

图1为本发明充电检测模块和控制模块的电路原理图。

图2为本发明本地预警电路原理图。

图3为本发明远程预警电路原理图。

图4为本发明的控制原理图。

图5为多个充电基站与监控中心的连接示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图5对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统，包括充电基站和监控中心，充电基站包括充电桩、充电检测模块、控制模块和预警模块。如图1所示，充电检测模块包括用于检测充电桩充电电流的电流互感器J1，电流互感器J1的检测信号送入由运放器U1A、U1B形成的复合放大器中进行信号增强，然后将放大后的信号分两路送入控制模块中。预警模块包括本地预警电路和远程预警电路，远程预警电路包括无线信号发射器E1，无线信号发射器E1与监控中心形成远程通信。

控制模块包括第一分流电路和第二分流电路，第一分流电路对充电检测模块的输出电流进行稳压、滤波，然后运用窗口比较器进行比较输出，其比较结果作为控制信号驱动本地预警电路工作。第二分流电流包括稳压二极管DZ1，当充电检测模块的输出电压峰值达到稳压二极管DZ1的稳定电压时，由三极管VT2、VT3形成的组合开关导通，从而驱动远程预警电路工作。

充电检测模块的具体结构还包括二极管VD1、VD2，二极管VD1的阴极、二极管VD2的阳极连接电阻R1的一端和电流互感器J1的引脚1，并通过电阻R2连接运放器U1A的反相输入端和电阻R5的一端，二极管VD1的阳极、二极管VD2的阴极连接电阻R3、R4的一端、电阻R1的另一端和电流互感器J1的引脚2，电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端连接运放器U1A的同相输入端，并通过电容C1连接运放器U1B的同相输入端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，运放器U1A的输出端连接电阻R5的另一端和电阻R7的一端，运放器U1B的反相输入端、输出端通过电容C2接地。

在充电检测模块的工作过程中，电流互感器J1对汽车充电电流进行实时采样，具体可采用DHC04C型高精密微型电流互感器，其采样电流经二极管VD1、VD2滤波后以差模输入的形式送入运放器U1A中进行放大，有效的抑制了共模信号，即汽车充电产生的工频噪声对电流检测的影响在此信号采集处被抑制。同时，运放器U1B在运放器U1A的运放过程中起到回转陷波的作用，有效消除外界因素引起的窄带杂频信号的影响，避免信号放大出现失调，很好地保证电流互感器J1对汽车充电电流检测的准确性。

运放器U1A的输出电流一部分送入第一分流电路中进行处理，第一分流电路包括三极管VT1，三极管VT1的集电极连接电阻R8、电容C3的一端和电阻R7的另一端，三极管VT1的基极连接电阻R8的另一端，并通过电阻R9连接电感L1、电容C4的一端和二极管VD3的阳极，三极管VT1的发射极连接电容C3、电感L1的另一端，电容C4的另一端接地，二极管VD3的阴极连接稳压二极管DZ2的阴极、运放器U2A的同相输入端和运放器U2B的反相输入端，稳压二极管DZ2的阳极接地，运放器U2A的反相输入端连接电阻R13的一端和变阻器RP1的一端、滑动端，电阻R13的另一端连接+5V电源，变阻器RP1的另一端连接运放器U2B的同相输入端和电阻R14的一端，电阻R14的另一端接地，运放器U2A、U2B的输出端连接本地预警电路的输入端。其中，三极管VT1对运放器U1A的分流信号进行放大，电容C3对三极管VT1的输出电压起到稳定作用。然后电感L1与电容C4形成LC滤波器对三极管VT1的输出电流进行滤波，消除因电路内部扰动产生的尖峰脉冲干扰。最后经二极管VD3单向输出和稳压二极管DZ2幅值稳定后，将检测信号送入由运放器U2A、U2B形成的窗口比较器中进行比较。电阻R13、变阻器RP1和电阻R14采用串联的形式对+5V电源进行分压，从而形成窗口比较器的上、下限阈值电压，调节变阻器RP1的阻值可改变上、下限阈值电压，从而改变阈值范围，对于不同充电基站所规定的安全充电电压有所差异而言，方便在设备安装时进行适应性调节。

当汽车充电出现短路、线路接线端接触不良等故障时，电流互感器J1的采样电流会出现异常，该异常电流经处理后作为检测信号送至窗口比较器中，此时检测信号电位值超出窗口比较器的阈值范围，从而使窗口比较器翻转输出高电平信号，该高电平信号驱动本地预警电路工作。如图2所示，本地预警电路包括双向晶闸管Q1，双向晶闸管Q1的控制极连接运放器U2A、U2B的输出端，并通过电容C5接地，双向晶闸管Q1主电极的一端通过电阻R15连接+24V电源，双向晶闸管Q1主电极的另一端通过并联的警示灯LS1、报警器LS1接地。高电平信号会使双向晶闸管Q1的控制极得电导通，继而使警示灯LS1和报警器LS1的供电回路导通，发出声光报警信号通知充电基站工作人员进行检修。

运放器U1A的输出电流经电阻R7分压后送入第二分流电路中进行处理，第二分流电路的具体结构还包括二极管VD4和电阻R10、R11、R12，二极管VD4的阴极连接稳压二极管DZ1的阳极和三极管VT2的发射极，稳压二极管DZ1的阴极连接电阻R7的另一端，二极管VD4的阳极与三极管VT2的基极接地，三极管VT2的集电极连接三极管VT3的基极，并通过电阻R10接地，三极管VT3的集电极连接电容C2的一端，并通过电阻R11接地，三极管VT3的发射极连接远程预警电路的输入端，并通过电阻R12接地。当汽车充电出现过流现象时，电阻R7两端的电压达到稳压二极管DZ1的稳定电压，此时三极管VT2导通为三极管VT3的基极提供电压，同时，电容C2正极电压为三极管VT3的集电极提供电压，从而使三极管VT3导通输出异常数据信号。

该异常数据信号送入远程预警电路中进行处理，如图3所示，远程预警电路包括运放器U3，运放器U3的同相输入端通过电容C6连接三极管VT3的发射极，运放器U3的反相输入端、输出端连接电容C7的一端、电感L2的引脚1和三极管VT4的基极，电容C7的另一端与电感L2的引脚3并联接地，电感L2的引脚2通过电容C8连接三级管VT4的发射极和电阻R16、电容C9的一端，电阻R16的另一端接地，三极管VT4的集电极连接+24V电源和电容C10、电感L3的一端，电容C10、电感L3的另一端连接晶振Y1的引脚2和三极管VT5的集电极，并通过电容C11接地，晶振Y1的引脚1、三极管VT5的基极和电容C9的另一端通过电阻R17接地，三极管VT5的发射极接地，三极管VT5的集电极通过电感L4连接电容C12、C13的一端，电容C12的另一端接地，电容C13的另一端连接无线信号发射器E1的输入端。

在远程预警电路的处理过程中，运放器U3利用电压跟随器原理对三极管VT3输出的异常数据信号进行隔离输出，避免后级电路处理受前级电路的干扰。电容C7与电感L2构成并联谐振形成高频振荡，三极管VT4对异常数据信号进行放大，电容C8、C9对放大信号起到反馈作用，保证信号振荡的稳步进行。晶振Y1采用28.750MHz铝壳封装的石英晶体，使电路起振更加容易、频率稳定度高，+24V电源通过并联的电容C10、电感L3使三极管VT5具有稳定的直流工作电压，使得当有异常数据信号输入时，三极管VT5集电极输出含有振荡频率的高频载波信号，从而实现了调制，电感L4与电容C13形成串联谐振对调制后的信号进行选频处理，并作为预警信号送入无线信号发射器E1中进行发射。监控中心在接收到该预警信号时立刻做出应急部署，例如及时通知对应基站管理人员进行检修，向车主手机APP上自动发送充电异常信息等。

如图4所示，本发明在具体使用时，电流互感器J1对汽车充电电流进行实时采样，运放器U1A对采样电流进行差模放大，有效的抑制汽车充电工频噪声对电流检测的干扰，运放器U1B在运放器U1A的运放过程中起到回转陷波的作用，避免信号放大失调，提高电流检测的准确性。充电检测模块的输出信号分两路送入第一分流电路和第二分流电路，第一分流电路对充电检测模块的输出电流进行稳压、滤波，然后运用窗口比较器进行比较输出，当汽车充电出现短路、线路接线端接触不良等故障时，窗口比较器翻转输出高电平信号驱动本地预警电路进行报警，及时通知充电基站工作人员进行检修；第二分流电路在汽车充电出现过流现象时，稳压二极管DZ1达到稳定电压，从而使三极管VT2、VT3形成的组合开关导通输出异常数据信号，该异常数据信号送入远程预警电路处理后发送到监控中心。本发明在具体部署时，将指定区域内的多个充电基站由同一个监控中心进行集中监控管理，从而形成一个信息区块链，如图5所示。各个充电基站的预警信息均传输到监控中心进行应急处理，便于对工作人员进行管理调度。

综上所述，本发明采用本地预警和远程预警相结合的形式对新能源汽车充电故障进行播报，极大地提升了预警的有效性。在信号的处理过程中有效避免检测信号放大失调、降低外界干扰，提高了新能源汽车充电安全监测系统控制的稳定性的准确度，应急管理更加及时有效，具有很好的使用价值。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统，包括充电基站和监控中心，充电基站包括充电桩、充电检测模块、控制模块和预警模块，其特征在于：所述充电检测模块包括用于检测所述充电桩充电电流的电流互感器，所述电流互感器的检测信号送入由运放器U1A、U1B形成的复合放大器中进行信号增强，然后将放大后的信号分两路送入所述控制模块中；所述预警模块包括本地预警电路和远程预警电路，所述远程预警电路包括无线信号发射器，所述无线信号发射器与所述监控中心形成远程通信；

所述控制模块包括第一分流电路和第二分流电路，所述第一分流电路包括三极管VT1，三极管VT1的集电极连接电阻R8、电容C3的一端和所述充电检测模块的输出端，三极管VT1的基极连接电阻R8的另一端，并通过电阻R9连接电感L1、电容C4的一端和二极管VD3的阳极，三极管VT1的发射极连接电容C3、电感L1的另一端，电容C4的另一端接地，二极管VD3的阴极连接稳压二极管DZ2的阴极、运放器U2A的同相输入端和运放器U2B的反相输入端，稳压二极管DZ2的阳极接地，运放器U2A的反相输入端连接电阻R13的一端和变阻器RP1的一端、滑动端，电阻R13的另一端连接+5V电源，变阻器RP1的另一端连接运放器U2B的同相输入端和电阻R14的一端，电阻R14的另一端接地，运放器U1A、U1B的输出端连接所述本地预警电路的输入端；所述第一分流电路对所述充电检测模块的输出电流进行稳压、滤波，然后运用窗口比较器进行比较输出，其比较结果作为控制信号驱动所述本地预警电路工作；

所述第二分流电流包括稳压二极管DZ1，当所述充电检测模块的输出电压峰值达到稳压二极管DZ1的稳定电压时，由三极管VT2、VT3形成的组合开关导通，从而驱动所述远程预警电路工作。

2.根据权利要求1所述一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统，其特征在于：所述充电检测模块还包括二极管VD1、VD2，二极管VD1的阴极、二极管VD2的阳极连接电阻R1的一端和所述电流互感器的引脚1，并通过电阻R2连接运放器U1A的反相输入端和电阻R5的一端，二极管VD1的阳极、二极管VD2的阴极连接电阻R3、R4的一端、电阻R1的另一端和所述电流互感器的引脚2，电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端连接运放器U1A的同相输入端，并通过电容C1连接运放器U1B的同相输入端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，运放器U1A的输出端连接电阻R5的另一端和电阻R7的一端，运放器U1B的反相输入端、输出端通过电容C2接地。

3.根据权利要求2所述一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统，其特征在于：所述本地预警电路包括双向晶闸管Q1，双向晶闸管Q1的控制极连接运放器U2A、U2B的输出端，并通过电容C5接地，双向晶闸管Q1主电极的一端通过电阻R15连接+24V电源，双向晶闸管Q1主电极的另一端通过并联的警示灯LS1、报警器LS1接地。

4.根据权利要求2所述一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统，其特征在于：所述第二分流电路还包括二极管VD4和电阻R10、R11、R12，二极管VD4的阴极连接稳压二极管DZ1的阳极和三极管VT2的发射极，稳压二极管DZ1的阴极连接电阻R7的另一端，二极管VD4的阳极与三极管VT2的基极接地，三极管VT2的集电极连接三极管VT3的基极，并通过电阻R10接地，三极管VT3的集电极连接电容C2的一端，并通过电阻R11接地，三极管VT3的发射极连接所述远程预警电路的输入端，并通过电阻R12接地。

5.根据权利要求4所述一种基于区块链的新能源汽车充电安全监测系统，其特征在于：所述远程预警电路包括运放器U3，运放器U3的同相输入端通过电容C6连接三极管VT3的发射极，运放器U3的反相输入端、输出端连接电容C7的一端、电感L2的引脚1和三极管VT4的基极，电容C7的另一端与电感L2的引脚3并联接地，电感L2的引脚2通过电容C8连接三级管VT4的发射极和电阻R16、电容C9的一端，电阻R16的另一端接地，三极管VT4的集电极连接+24V电源和电容C10、电感L3的一端，电容C10、电感L3的另一端连接晶振Y1的引脚2和三极管VT5的集电极，并通过电容C11接地，晶振Y1的引脚1、三极管VT5的基极和电容C9的另一端通过电阻R17接地，三极管VT5的发射极接地，三极管VT5的集电极通过电感L4连接电容C12、C13的一端，电容C12的另一端接地，电容C13的另一端连接所述无线信号发射器的输入端。

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