CN112423243A - 一种超远距离电动车数据回传系统及回传方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超远距离电动车数据回传系统及回传方法。该系统包括依次连接的电动自行车车载终端、区域节点和服务器，自行车车载终端通过区域节点向服务器发射数据，自行车车载终端通过区域节点接收服务器发送的回传数据；电动自行车车载终端包括依次连接的数据接口、第一控制模块和第一射频模块；区域节点包括太阳能电池、第二控制模块、网络通信模块、卫星接收模块和第二射频模块，第二控制模块分别与太阳能电池、网络通信模块、卫星接收模块和第二射频模块连接，第一射频模块和第二射频模块连接；服务器与网络通信模块连接。本发明具有容量高、功耗低以及使用成本低的特点。

Description

一种超远距离电动车数据回传系统及回传方法

技术领域

本发明涉及电动车数据回传领域，特别是涉及一种超远距离电动车数据回传系统及回传方法。

背景技术

我国是电动自行车生产和使用的大国。近些年来，电动自行车一直作为人们在同城内短距离出行的主要代步交通工具。此外，由于电动自行车的廉价、轻便、节能、环保等优点，特别是随着近年来绿色出行、低碳环保、健康生活等理念的不断深入，越来越多的人开始选择骑电动自行车等绿色出行方式。

目前，市场上出现的共享式电动车中，为了方便管理，一般需要拥有数据回传通道，而现有的方案中，数据回传通道多是采用现有的移动通信网络，通过加装SIM卡的形式实现数据的回传。但是SIM卡本身存在一定的流量成本，不利于后期的维护和推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种容量高、功耗低以及使用成本低的超远距离电动车数据回传系统及回传方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超远距离电动车数据回传系统，包括依次连接的电动自行车车载终端、区域节点和服务器，所述自行车车载终端通过所述区域节点向所述服务器发射数据，所述自行车车载终端通过所述区域节点接收所述服务器发送的回传数据；

所述电动自行车车载终端安装在电动自行车上，所述电动自行车车载终端包括依次连接的数据接口、第一控制模块和第一射频模块，所述数据接口与现有自行车传感器对接，所述数据接口用于与所述电动自行车现有传感器的进行数据交互，以及用于对所述电动自行车车载终端进行供电，所述第一控制模块用于解析所述数据接口的数据并根据解析数据控制所述第一射频模块；

所述区域节点包括太阳能电池、第二控制模块、网络通信模块、卫星接收模块和第二射频模块，所述第二控制模块分别与所述太阳能电池、所述网络通信模块、所述卫星接收模块和所述第二射频模块连接，所述第一射频模块和所述第二射频模块连接；

所述服务器与所述网络通信模块连接。

可选地，所述第一控制模块和所述第二控制模块采用STM32或ARM芯片。

可选地，所述第一射频模块和所述第二射频模块均支持LORA技术下的无限射频信号的收发。

可选地，所述网络通信模块连接2/3/4/5G的移动通信网络或有线的网线及光纤网络。

可选地，所述电动自行车车载终端根据时隙工作模式的不同分为上传时隙、平行传输时隙和广播接收时隙；所述上传时隙用于所述电动自行车车载终端向所述区域节点上传数据；所述平行传输时隙用于所述电动自行车车载终端向相邻所述电动自行车车载终端传输数据；所述广播接收时隙用于所述区域节点向所述电动自行车车载终端广播数据。

一种回传方法，包括：

S1：电动自行车车载终端根据卫星数据中的位置，确定当前的工作信道、扩频因子和通信时隙长度；

S2：所述电动自行车车载终端在广播接收时隙打开接收功能，接收区域节点的广播，并从广播中获取空白时隙；

S3：在卫星时钟基准下，随机选择一个与通信时隙长度对应的空白时隙，向所述区域节点上传数据；

S4：所述区域节点接收所述数据，并获取接收结果，所述接收结果包括区域节点接收成功结果和区域节点接收失败结果；

S5：所述区域节点根据所述区域节点接收成功结果整理成功收到的数据，汇报到服务器；

S6：所述服务器根据汇报指令通过所述区域节点使用广播接收时隙，广播到所述电动自行车车载终端。

可选地，所述区域节点接收所述数据，并获取接收结果，所述接收结果包括区域节点接收成功结果和区域节点接收失败结果，具体包括：

S4_1：所述区域节点接收成功，即所述电动自行车车载终端上传成功，通信成功消息，将在广播接收时隙告知所述电动自行车车载终端，下次通信中，若所述终端未变更自己的子区域，将沿用所述时隙，告知方式是广播所有成功申请到的时隙；

S4_2：所述区域节点接收失败，即所述电动自行车车载终端上传失败，将在广播接收时隙告知所述电动自行车车载终端，下次通信中，所述终端将重复S3，所述告知方式是广播信息中，没有自己申请的时隙。

可选地，所述方法还包括：

所述区域节点根据所述区域节点接收成功结果整理成功收到的数据后，会根据所述电动自行车车载终端的上报位置、信号质量和设备状态，选取4到8个电动自行车车载终端作为子节点。

可选地，所述子节点应在通信小区内均匀分布。

可选地，所述方法还包括：

所述区域节点信息将在广播接收时隙内，广播到所有电动自行车车载终端；

多次无法上报成功的电动自行车车载终端，将调整扩频因子，随机选择平行通信时隙，并传输数据至所述子节点；

各所述子节点接收到后，通过在自身申请到的上传时隙，上报给所述区域节点。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明的超远距离电动车数据回传系统是基于统一时钟基准，该系统包括依次连接的电动自行车车载终端、区域节点和服务器，自行车车载终端通过区域节点向服务器发射数据，自行车车载终端通过区域节点接收服务器发送的回传数据。本发明的超远距离电动车数据回传系统具有容量高、功耗低以及使用成本低的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是系统组成结构示意图；

图2是通信时隙分配图；

图3是基于电动自行车车载终端位置和区域节点位置的信道选择示意图；

图4是通信小区内基于扩频因子的子区域划分示意图；

图5是本发明回传方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种容量高、功耗低以及使用成本低的超远距离电动车数据回传系统及回传方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是系统组成结构示意图。如图1所示，一种超远距离电动车数据回传系统包括依次连接的电动自行车车载终端1、区域节点2和服务器3，所述自行车车载终端通过所述区域节点2向所述服务器3发射数据，所述自行车车载终端通过所述区域节点2接收所述服务器3发送的回传数据；

所述电动自行车车载终端1安装在电动自行车上，所述电动自行车车载终端1包括依次连接的数据接口11、第一控制模块12和第一射频模块13，所述数据接口11与现有自行车传感器对接，所述数据接口11用于与电动自行车现有传感器的数据交互，以及用于对所述电动自行车车载终端1进行供电，所述第一控制模块12用于解析所述数据接口11的数据并根据解析数据控制所述第一射频模块13，所述第一控制模块12一般使用STM32或ARM芯片。所述第一射频模块13，具有对信号的发送和接收能力，支持LORA技术下的无限射频信号的收发。现有自行车传感器中，需拥有卫星信号接收功能，接收到的有效信息应为位置信息和时钟信息；需拥有加速度传感器，判断自行车是否移动；需拥有电源剩余电量测量模块，判断自行车传感器的当前剩余电量。

所述区域节点2，负责对区域内的电动自行车车载终端1设备射频信号的管理，包括接收来自电动自行车车载终端1的发射信号和发射信号到电动自行车车载终端1。所述区域节点2包括太阳能电池21、第二控制模块22、网络通信模块23、卫星接收模块24和第二射频模块25，所述第二控制模块22分别与所述太阳能电池21、所述网络通信模块23、所述卫星接收模块24和所述第二射频模块25连接，所述第一射频模块13和所述第二射频模块25连接。所述区域节点2，每个区域拥有一个，区域大小由第一射频模块13和第二射频模块25的通信距离确定。所述太阳能电池21具有把太阳能转换为电能，并存储的能力。所述第二控制模块22，用于控制和计算，一般为STM32或者ARM。所述网络通信模块23，可以连接2/3/4/5G的移动通信网络或有线的网线及光纤网络，具有通过网络与服务器通信的能力。所述卫星接收模块24，接收卫星的广播信号，并输出位置信息到所述第二控制模块22，同时输出的还有卫星的时钟信息。所述第二射频模块25，与所述电动自行车车载终端相互通信，支持LORA技术下的无限射频信号的收发。

参照图2的通信时隙分配图。本实施例中，所有设备工作在同一个时钟基准下，根据该时钟基准，和单次通信的时间长度划分时隙。

所述电动自行车车载终端1根据时隙工作模式的不同分为上传时隙、平行传输时隙和广播接收时隙；所述上传时隙用于所述电动自行车车载终端1向所述区域节点2上传数据，数量最多，根据长度分为第一长度时隙、第二长度时隙、……、第N长度时隙（N≥2）。所述平行传输时隙用于所述电动自行车车载终端1向相邻所述电动自行车车载终端1传输数据，数量为上传时隙的十分之一，长度为第M长度时隙（2≤M≤N）。所述广播接收时隙用于所述区域节点2向所述电动自行车车载终端1广播数据，数量为一个，长度为第一长度时隙。第一长度时隙的周期长度对应扩频因子最大时的通信时间，用时最长，以此类比，第N长度时隙，对应最小扩频因子的通信时间，用时最短。更进一步的，所述的第一长度时隙，对应第一扩频因子，……，第N长度时隙，对应第N扩频因子。所述扩频因子，为LORA技术的通信特性，当扩频因子变大时，传输相同数据，通信时间变长，但是信号的传输距离会变远；当扩频因子缩小时，通信时间变短，但是信号的传输距离会变近。

参照图3的基于电动自行车车载终端位置和区域节点位置的信道选择示意图，本实施例中，将预先根据空间分布，划分不同通信小区，不同小区使用不同的工作信道，该划分原则和信道分配方式写入所有的电动自行车车载终端和区域节点。

其中，2_a、2_b、2_c、2_d为区域节点，分布在通信小区的中间位置，所述节点中，有公共边相邻的通信小区，使用不同的通信信道。

同一通信小区内获取的当前通信信道的数目是一个或多个，同一小区内的电动自行车车载终端和区域节点的信道相同，一般的，电动自行车分布密集的区域设置多个信道，稀疏区域设置一个信道；相邻小区采用频分复用原理分配信道。

由图3可知，所述区域为正方形，边长是第一扩频因子下的通信距离R的

倍。

参照图4的通信小区内基于扩频因子的子区域划分示意图，所述区域内，根据电动自行车车载终端与区域节点的距离，可以分为第一子区域A、第二子区域B、……、第N子区域N。

所述第一子区域A使用第一扩频因子和第一长度时隙，边长是第一扩频因子下的通信距离的

倍。

所述第二子区域B使用第二扩频因子和第二长度时隙，边长是第二扩频因子下的通信距离的

倍。

所述第N子区域N使用第N扩频因子和第N长度时隙，边长是第N扩频因子下的通信距离的

倍。

图5是本发明回传方法流程图。如图5所示，一种回传方法包括：

S1：电动自行车车载终端1根据卫星数据中的位置，确定当前的工作信道、扩频因子和通信时隙长度。

S2：所述电动自行车车载终端1在广播接收时隙打开接收功能，接收区域节点2的广播，并从广播中获取空白时隙。

S3：在卫星时钟基准下，随机选择一个与通信时隙长度对应的空白时隙，向所述区域节点2上传数据。

S4：所述区域节点2接收所述数据，并获取接收结果，所述接收结果包括区域节点2接收成功结果和区域节点2接收失败结果。具体包括：

S4_1：所述区域节点接收成功，即所述电动自行车车载终端上传成功，该通信成功消息，将在广播接收时隙告知电动自行车车载终端，下次通信中，若所述终端未变更自己的子区域，将沿用该时隙。告知方式是广播所有成功申请到的时隙。

S4_2：所述区域节点接收失败，即所述电动自行车车载终端上传失败，将在广播接收时隙告知电动自行车车载终端，下次通信中，所述终端将重复S3。所述的告知方式是广播信息中，没有自己申请的时隙。

S5：所述区域节点2根据所述区域节点2接收成功结果整理成功收到的数据，汇报到服务器3。

S6：所述服务器3根据汇报指令通过所述区域节点2使用广播接收时隙，广播到所述电动自行车车载终端1。

上述方法还包括：

所述区域节点2根据所述区域节点的接收成功结果整理成功收到的数据后，会根据所述电动自行车车载终端1的上报位置、信号质量和设备状态，选取4到8个电动自行车车载终端1作为子节点。具体的，所选子节点应在通信小区内均匀分布；通信质量要好；设备状态处于静止状态（该静止信息由车载传感器提供）；设备电量充足（电量信息由车载传感器提供）。此外，当选择子节点后还包括以下步骤：

L1：所述区域节点信息将在广播接收时隙内，广播到所有电动自行车车载终端；

L2：在S4_2中，多次无法上报成功的电动自行车车载终端，将调整扩频因子，随机选择平行通信时隙，并传输数据至所述子节点；

L3：各所述子节点接收到后，通过在自身申请到的上传时隙，上报给所述区域节点。额外的，因子节点一般选择静止状态的，所以自身数据的发送频率可以降低，节省出的时间用于传输接收到的其他终端的数据。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种超远距离电动车数据回传系统，其特征在于，包括依次连接的电动自行车车载终端、区域节点和服务器，所述自行车车载终端通过所述区域节点向所述服务器发射数据，所述自行车车载终端通过所述区域节点接收所述服务器发送的回传数据；

所述电动自行车车载终端安装在电动自行车上，所述电动自行车车载终端包括依次连接的数据接口、第一控制模块和第一射频模块，所述数据接口与现有自行车传感器对接，所述数据接口用于与所述电动自行车现有传感器的进行数据交互，以及用于对所述电动自行车车载终端进行供电，所述第一控制模块用于解析所述数据接口的数据并根据解析数据控制所述第一射频模块；

所述区域节点包括太阳能电池、第二控制模块、网络通信模块、卫星接收模块和第二射频模块，所述第二控制模块分别与所述太阳能电池、所述网络通信模块、所述卫星接收模块和所述第二射频模块连接，所述第一射频模块和所述第二射频模块连接；

所述服务器与所述网络通信模块连接。

2.根据权利要求1所述的超远距离电动车数据回传系统，其特征在于，所述第一控制模块和所述第二控制模块采用STM32或ARM芯片。

3.根据权利要求1所述的超远距离电动车数据回传系统，其特征在于，所述第一射频模块和所述第二射频模块均支持LORA技术下的无限射频信号的收发。

4.根据权利要求1所述的超远距离电动车数据回传系统，其特征在于，所述网络通信模块连接2/3/4/5G的移动通信网络或有线的网线及光纤网络。

5.根据权利要求1所述的超远距离电动车数据回传系统，其特征在于，所述电动自行车车载终端根据时隙工作模式的不同分为上传时隙、平行传输时隙和广播接收时隙；所述上传时隙用于所述电动自行车车载终端向所述区域节点上传数据；所述平行传输时隙用于所述电动自行车车载终端向相邻所述电动自行车车载终端传输数据；所述广播接收时隙用于所述区域节点向所述电动自行车车载终端广播数据。

6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的超远距离电动车数据回传系统的回传方法，其特征在于，包括：

S1：电动自行车车载终端根据卫星数据中的位置，确定当前的工作信道、扩频因子和通信时隙长度；

S2：所述电动自行车车载终端在广播接收时隙打开接收功能，接收区域节点的广播，并从广播中获取空白时隙；

S3：在卫星时钟基准下，随机选择一个与通信时隙长度对应的空白时隙，向所述区域节点上传数据；

S4：所述区域节点接收所述数据，并获取接收结果，所述接收结果包括区域节点接收成功结果和区域节点接收失败结果；

S5：所述区域节点根据所述区域节点接收成功结果整理成功收到的数据，汇报到服务器；

S6：所述服务器根据汇报指令通过所述区域节点使用广播接收时隙，广播到所述电动自行车车载终端。

7.根据权利要求6所述的回传方法，其特征在于，所述区域节点接收所述数据，并获取接收结果，所述接收结果包括区域节点接收成功结果和区域节点接收失败结果，具体包括：

S4_1：所述区域节点接收成功，即所述电动自行车车载终端上传成功，通信成功消息，将在广播接收时隙告知所述电动自行车车载终端，下次通信中，若所述终端未变更自己的子区域，将沿用所述时隙，告知方式是广播所有成功申请到的时隙；

S4_2：所述区域节点接收失败，即所述电动自行车车载终端上传失败，将在广播接收时隙告知所述电动自行车车载终端，下次通信中，所述终端将重复S3，所述告知方式是广播信息中，没有自己申请的时隙。

8.根据权利要求6所述的回传方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述区域节点根据所述区域节点接收成功结果整理成功收到的数据后，会根据所述电动自行车车载终端的上报位置、信号质量和设备状态，选取4到8个电动自行车车载终端作为子节点。

9.根据权利要求8所述的回传方法，其特征在于，所述子节点应在通信小区内均匀分布。

10.根据权利要求8所述的回传方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述区域节点信息将在广播接收时隙内，广播到所有电动自行车车载终端；

多次无法上报成功的电动自行车车载终端，将调整扩频因子，随机选择平行通信时隙，并传输数据至所述子节点；

各所述子节点接收到后，通过在自身申请到的上传时隙，上报给所述区域节点。

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