CN112468990A - 一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统，包括数据采集模块、信号调理保护模块和无线数传模块，无线数传模块包括控制器和GPRS无线传输模块，数据采集模块包括用于采集电动汽车电能数据的电量传感器，所述电量传感器的检测信号经放大陷波处理后送入所述信号调理保护模块，信号调理保护模块包括信号稳定滤波电路和采样保护电路，信号稳定滤波电路利用误差补偿有效消除温度对电能数据采集的影响，提升电能数据采集的精确度，采样保护电路在电动汽车电池出现短路故障时对系统电路起到保护作用，本发明在电能数据在采集过程中具有很好的抗干扰性，电能数据采集精确可靠，保障车辆数据共享传输安全有效，提升系统指令调度精度。

Description

一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统
技术领域
本发明涉及车辆数据安全管理技术领域，特别是涉及一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统。
背景技术
共享链(ShareChain)是一个基于共享经济打造的智能、可信、开放、去中心化的信用数据价值平台，是通过区块链技术打造基于共享经济的底层架构。区块链又是一种分布式数据库，通过去中心化、去中介、免信任、智能合约，时间戳等方式，集体维护一个可靠的数据库。近年来，共享电动汽车的迅猛发展正在快速占据市场，在新能源消纳、碳排放等领域也具有巨大的环境效益。共享电动汽车以换电为核心、以充电为辅助成为未来城市电动汽车智能网联共享发展模式，而共享电动汽车行驶过程中良好的电池状态是保证驾驶安全的重要因素，因此需要设置传感器对电动汽车的各项电能数据的进行实时采集，从而获取区块链内每辆共享电动汽车的运行状态，而电能数据在采集过程中传感器受到外界干扰因素较大，因此会影响电能数据采集的准确性，从而造成系统判断出现偏差。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
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车辆数据安全共享传输系统。
其解决的技术方案是：一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统，包括数据采集模块、信号调理保护模块和无线数传模块，所述数据采集模块包括用于采集电动汽车电能数据的电量传感器，所述电量传感器的检测信号经放大陷波处理后送入所述信号调理保护模块；所述信号调理保护电路包括信号稳定滤波电路和采样保护电路，所述信号稳定滤波电路包括MOS管Q1，MOS管Q1的漏极连接所述数据采集模块的输出端，并通过电容C3接地，MOS管Q1的栅极连接三极管T1的集电极，MOS管Q1的源极连接三极管T1的基极，并通过电阻R5连接三极管T1的发射极和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接电阻R6、热敏电阻RL1的一端和MOS管Q2的栅极，热敏电阻RL1的另一端接地，电阻R6的另一端连接运放器U2的反相输入端，并通过并联的电阻R7、电容C5连接运放器U2的输出端和电阻R8的另一端，运放器U2的同相输入端连接+12V电源，并通过并联的电阻R9、电容C6接地，MOS管Q2的漏极通过并联的电感L2和电容C7连接+12V电源，MOS管Q2的源极连接所述采样保护电路的输入端，并通过电容C4接地；所述采样保护电路用于对MOS管Q2源极输出信号进行采样，当采样信号值超出预设安全范围时，对系统电路起到保护作用；所述无线数传模块包括控制器和GPRS无线传输模块，所述控制器用于对所述信号调理保护模块的输出信号进行内部数据处理后，通过所述GPRS无线传输模块上传至系统数据中心。
进一步的，所述数据采集模块还包括运放器U1，运放器U1的反相输入端通过电阻R1连接所述电量传感器，运放器U1的同相输入端通过并联的电阻R2、电容C1接地，运放器U1的反相输入端和输出端之间连接有电阻R3，运放器U1的输出端连接电阻R4、电容C2的一端，电容C2的另一端连接电感L1的一端，电阻R4、电感L1的另一端连接所述信号稳定滤波电路的输入端。
进一步的，所述采样保护电路包括运放器U3，运放器U3的同相输入端通过变阻器RP1连接电阻R11、R12的一端和MOS管Q3的漏极，电阻R11的另一端连接MOS管Q2的源极，电阻R12的另一端连接MOS管Q3的栅极，并通过电容C8接地，运放器U3的反相输入端连接电阻R13、R14的一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R13的另一端连接+12V电源，电阻R14的另一端与稳压二极管DZ1的阳极并联接地，运放器U3的输出端连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极通过电阻R15接地，三极管T2的集电极连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接MOS管Q3的源极和电感L3的一端，电感L3的另一端连接所述控制器的A/D转换端口，并通过并联的电容C9、电阻R16接地。
进一步的，所述三极管T2的发射极还通过电阻Rs连接所述控制器的故障信号输入端。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：
1.数据采集模块利用电能传感器对电动汽车的电能数据进行采集，并通过对电能检测信号进行放大陷波处理后有效降低运放器峰值并提高增益平坦度；
2.信号稳定滤波电路利用误差补偿有效消除温度对电能数据采集的影响，然后通过LC并联谐振有效消除外界高频杂波对检测信号的干扰，提升电能数据采集的精确度；
3.采样保护电路在电动汽车电池出现短路故障时有效防止异常高电位信号向后级输出损坏电路芯片，对系统电路起到保护作用，同时使控制器及时有效的获取故障数据信息；
4.本发明在电能数据在采集过程中具有很好的抗干扰性，电能数据采集精确可靠，保障车辆数据共享传输安全有效，提升系统指令调度精度。
附图说明
图1为本发明数据采集模块的电路原理图。
图2为本发明信号调理保护模块的电路原理图。
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2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。
一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统，包括数据采集模块、信号调理保护模块和无线数传模块。无线数传模块包括控制器和GPRS无线传输模块，控制器用于对信号调理保护模块的输出信号进行内部数据处理后，通过GPRS无线传输模块上传至系统数据中心。
数据采集模块包括用于采集电动汽车电能数据的电量传感器，本实施例选用具有模拟量输出的电量传感器，例如NB-DI系列模拟量直流电流隔离传感器/变送器。如图1所示，数据采集模块还包括运放器U1，运放器U1的反相输入端通过电阻R1连接电量传感器，运放器U1的同相输入端通过并联的电阻R2、电容C1接地，运放器U1的反相输入端和输出端之间连接有电阻R3，运放器U1的输出端连接电阻R4、电容C2的一端，电容C2的另一端连接电感L1的一端，电阻R4、电感L1的另一端连接信号稳定滤波电路的输入端。
其中，运放器U1利用反相放大原理对电量传感器的检测信号进行放大，电容C1在运放器U1的同相输入端用于抑制电阻R2上的热噪声，并保持回路稳定。运放器U1的放大信号送入由电阻R2、电感L1和电容C1组成的RLC陷波滤波器中对信号波形进行改善，有效降低运放器峰值并提高增益平坦度。
电量传感器的检测信号经放大陷波处理后送入信号调理保护模块，如图2所示，信号调理保护模块包括信号稳定滤波电路和采样保护电路，信号稳定滤波电路包括MOS管Q1，MOS管Q1的漏极连接数据采集模块的输出端，并通过电容C3接地，MOS管Q1的栅极连接三极管T1的集电极，MOS管Q1的源极连接三极管T1的基极，并通过电阻R5连接三极管T1的发射极和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接电阻R6、热敏电阻RL1的一端和MOS管Q2的栅极，热敏电阻RL1的另一端接地，电阻R6的另一端连接运放器U2的反相输入端，并通过并联的电阻R7、电容C5连接运放器U2的输出端和电阻R8的另一端，运放器U2的同相输入端连接+12V电源，并通过并联的电阻R9、电容C6接地，MOS管Q2的漏极通过并联的电感L2和电容C7连接+12V电源，MOS管Q2的源极连接采样保护电路的输入端，并通过电容C4接地。
在稳定滤波电路的工作过程中，MOS管Q1用于接收数据采集模块的输出信号，三极管T1充当调节管作用对MOS管Q1具有保护作用。由于电能检测信号在传输过程中受到外部温度影响较大，因此将MOS管Q1的输出信号经电阻分流采样后再送入运放器U2的中进行比较放大，其中热敏电阻RL1的阻值随着电池环境温度而改变，从而改变采样信号的大小。同时+12V电源为运放器U2的同相输入端提供基准电压，电容C6对该基准电压起到稳定作用。采样电压与基准电压送入运放器U2进行比较放大，电容C5对运放器U2的放大输出信号具有补偿稳定作用，当外界温度变化是采样电压出现偏差时，运放器U2利用误差放大器原理对MOS管Q1的栅极电压进行补偿，从而使MOS管Q1的输出信号保持良好的稳定性，有效消除温度对电能数据采集的影响。经过误差补偿后的信号送入MOS管Q2中进一步处理，电感L2与电容C7在MOS管Q2的放大过程中形成LC并联谐振对检测信号精确滤波，有效消除外界高频杂波对检测信号的干扰，提升电能数据采集的精确度。
采样保护电路用于对MOS管Q2源极输出信号进行采样，采样保护电路的具体结构包括运放器U3，运放器U3的同相输入端通过变阻器RP1连接电阻R11、R12的一端和MOS管Q3的漏极，电阻R11的另一端连接MOS管Q2的源极，电阻R12的另一端连接MOS管Q3的栅极，并通过电容C8接地，运放器U3的反相输入端连接电阻R13、R14的一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R13的另一端连接+12V电源，电阻R14的另一端与稳压二极管DZ1的阳极并联接地，运放器U3的输出端连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极通过电阻R15接地，三极管T2的集电极连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接MOS管Q3的源极和电感L3的一端，电感L3的另一端连接控制器的A/D转换端口，并通过并联的电容C9、电阻R16接地。
其中，变阻器RP1充当采样电阻对MOS管Q2的输出信号进行采样，通过调节变阻器RP1的阻值可改变采样电流的大小，从而方便不同场景下的信号强度采样调节。MOS管Q3则是对MOS管Q2的输出信号进行稳定改善，电容C8在MOS管Q3的栅极起到稳定滤波的作用，从而使MOS管Q3处于稳定的工作状态。电感L3与电容C9形成LC低通滤波对MOS管Q3的输出信号起到进一步精确的目的，保证电能检测信号高精度的输出。
电阻R13与R14利用电阻分压原理对+12V电源进行分压，从而在运放器U3的反相输入端形成阈值电压，稳压二极管DZ1对该阈值电压起到稳定作用。当电动汽车电池出现短路故障时，采样信号电位值将超出预设安全范围，即运放器U3同相输入端的采样信号电压大于该阈值电压，根据比较器原理可知运放器U3翻转输出高电平信号，该高电平信号驱动三极管T2基极得电导通，从而MOS管Q3源极输出异常大电流信号依次通过二极管D1、三极管T2和电阻R5进行泄放，有效防止异常高电位信号向后级输出损坏电路芯片，也对整个电路模块起到有效的保护作用。
进一步的，三极管T2的发射极还通过电阻Rs连接控制器的故障信号输入端P1。当电动汽车电池正常运行时，三极管T2截止，控制器的故障信号输入端P1电流为0；当故障发生时，三极管T2的输出电流一部分通过电阻Rs流入控制器的故障信号输入端P1，从而使控制器及时有效的获取故障数据信息。
本发明的具体工作流程为：数据采集模块首先利用电能传感器对电动汽车的电能数据进行采集，并通过对电能检测信号进行放大陷波处理后有效降低运放器峰值并提高增益平坦度。信号调理保护模块包括信号稳定滤波电路和采样保护电路，其中信号稳定滤波电路利用误差补偿有效消除温度对电能数据采集的影响，然后通过LC并联谐振有效消除外界高频杂波对检测信号的干扰，提升电能数据采集的精确度。采样保护电路在电动汽车电池出现短路故障时有效防止异常高电位信号向后级输出损坏电路芯片，对系统电路起到保护作用，同时使控制器及时有效的获取故障数据信息。最终采样保护电路输出的电能数据送至控制器中进行数据处理，本发明在具体实施时，控制器选用单片机或其它微处理器对采样保护电路输出的模拟电能检测信号进行模数转换，具体可通过控制器本身集成的A/D转换模块或外部A/D转换电路完成此操作，然后再通过其内部数据处理完成数据采集。控制器通过数据串口连接GPRS无线传输模块，利用现有成熟的无线通信技术将电能采集数据远程传输至系统数据中心。系统数据中心根据区块链内电动汽车的运行状态进行集中管控，实现对每辆电动汽车高效准确的安全性分析，为车辆驾驶提供安全保障。本发明在电能数据在采集过程中具有很好的抗干扰性，电能数据采集精确可靠，保障车辆数据共享传输安全有效，提升系统指令调度精度。
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 (4)

1.一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统，包括数据采集模块、信号调理保护模块和无线数传模块，其特征在于：所述数据采集模块包括用于采集电动汽车电能数据的电量传感器，所述电量传感器的检测信号经放大陷波处理后送入所述信号调理保护模块；
所述信号调理保护电路包括信号稳定滤波电路和采样保护电路，所述信号稳定滤波电路包括MOS管Q1，MOS管Q1的漏极连接所述数据采集模块的输出端，并通过电容C3接地，MOS管Q1的栅极连接三极管T1的集电极，MOS管Q1的源极连接三极管T1的基极，并通过电阻R5连接三极管T1的发射极和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接电阻R6、热敏电阻RL1的一端和MOS管Q2的栅极，热敏电阻RL1的另一端接地，电阻R6的另一端连接运放器U2的反相输入端，并通过并联的电阻R7、电容C5连接运放器U2的输出端和电阻R8的另一端，运放器U2的同相输入端连接+12V电源，并通过并联的电阻R9、电容C6接地，MOS管Q2的漏极通过并联的电感L2和电容C7连接+12V电源，MOS管Q2的源极连接所述采样保护电路的输入端，并通过电容C4接地；所述采样保护电路用于对MOS管Q2源极输出信号进行采样，当采样信号值超出预设安全范围时，对系统电路起到保护作用；
所述无线数传模块包括控制器和GPRS无线传输模块，所述控制器用于对所述信号调理保护模块的输出信号进行内部数据处理后，通过所述GPRS无线传输模块上传至系统数据中心。
2.根据权利要求1所述一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统，其特征在于：所述数据采集模块还包括运放器U1，运放器U1的反相输入端通过电阻R1连接所述电量传感器，运放器U1的同相输入端通过并联的电阻R2、电容C1接地，运放器U1的反相输入端和输出端之间连接有电阻R3，运放器U1的输出端连接电阻R4、电容C2的一端，电容C2的另一端连接电感L1的一端，电阻R4、电感L1的另一端连接所述信号稳定滤波电路的输入端。
3.根据权利要求1或2所述一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统，其特征在于：所述采样保护电路包括运放器U3，运放器U3的同相输入端通过变阻器RP1连接电阻R11、R12的一端和MOS管Q3的漏极，电阻R11的另一端连接MOS管Q2的源极，电阻R12的另一端连接MOS管Q3的栅极，并通过电容C8接地，运放器U3的反相输入端连接电阻R13、R14的一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R13的另一端连接+12V电源，电阻R14的另一端与稳压二极管DZ1的阳极并联接地，运放器U3的输出端连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极通过电阻R15接地，三极管T2的集电极连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接MOS管Q3的源极和电感L3的一端，电感L3的另一端连接所述控制器的A/D转换端口，并通过并联的电容C9、电阻R16接地。
4.根据权利要求1-3任一所述一种基于区块链的车辆数据安全共享传输系统，其特征在于：所述三极管T2的发射极还通过电阻Rs连接所述控制器的故障信号输入端。
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