CN203982173U - 车辆能耗数据采集装置 - Google Patents

车辆能耗数据采集装置 Download PDF

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Abstract

车辆能耗数据采集装置,包括:为装置供电的电源,智能单元,掉电检测单元,实时时钟单元,备用电池,用于保存车辆运行过程中的油耗等数据的存储单元,接口电平变换单元,用于计算客车有效载荷的乘客计数器,采用蓝牙无线通信的车辆数据接口单元,用于显示油耗等数据的显示单元,用于设置或改变显示的数据的按键操作单元,用于编程、调试、程序下载编程接口。优点是充分利用车辆的OBD接口采集能耗相关的数据,确保车辆的安全性能不受影响;能够实时采集车辆的载客数、燃油消耗率、车速等信息;使用OLED屏进行数据显示,响应速度快,低温性能好,温度适应范围宽;装置的成本低,体积小,可靠性高;能通过本装置对车辆的能耗数据分析、评估、决策。

Description

车辆能耗数据采集装置
技术领域
本实用新型涉及一种能耗监测装置,特别是一种车辆能耗数据采集装置,属于电子信息技术领域。 
背景技术
能耗监测是政府推动能源合理利用的一项重要手段。《中华人民共和国能源节约法》明确规定,国务院有关交通运输主管部门要按照各自的职责负责全国交通运输相关领域的节能监督管理工作,制定交通运输营运车船的燃料消耗量限值标准,不符合标准的,不得用于营运。 
目前,也有一些车辆数据采集系统,如专利2013100864911,通过温度采集模块、模拟信号采集模块、无线数据接收模块和GPS天线的采集,获取到全面的车辆信息,并传输至主采集模块,主采集模块对数据进行处理,对处理后的数据进行保存,并传输至系统数据监控显示仪,实现试验人员对车辆信息的全面监控。又如专利2013102177938,提供了一种车辆数据采集方法及装置,包括获取浮动车前后的包含车辆的视频图像;根据获取到的视频图像生成视频图像信息,并判断视频图像是否满足预先设置的触发条件;当视频图像满足预先设置的触发条件时,获取浮动车前后的车辆的行使信息,将视频图像信息以及浮动车前后的车辆的行使信息上传至监控中心,以使所述监控中心完成浮动车前后的车辆的数据采集。再如专利2013103028409,发明的一种车辆数据采集及发送装置,与车辆的发动机ECU、 ABS、变速箱、ECAS、仪表、加速度传感器、角速度传感器、开关量及车速脉冲信号模块、行车记录仪连接,采集行车数据后发送给行车记录仪。 
这些专利技术虽然也采集了一些车辆的信息,并且也有较好的效果,虽然各有其优点,但有的系统过于复杂,增加产品成本,有的从车辆的传感器中取出数据,车辆管理人员通常是不允许这样做的,因为担心会影响到车辆的安全运行。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种车辆能耗数据采集装置,充分利用车辆的OBD接口采集能耗相关的数据,确保车辆的安全性能不受影响,并且能够保存并显示车辆的速度、能耗等相关数据。 
本实用新型是这样实现的:车辆能耗数据采集装置,其特征在于,包括:电源(1)、智能单元(2)、掉电检测单元(3)、实时时钟单元(4)、备用电池(5)、数据存储单元(6)、接口电平变换单元(7)、乘客计数器(8)、RS232接口(9)、车辆数据接口单元(10)、数据显示单元(11)、按键操作单元(12)、编程接口(13)。 
所述电源(1)为装置供电,与上述各个单元连接,能够为装置提供5V和3.3V直流电压电源; 
所述智能单元(2)是本装置的核心单元,与外围各单元构成电气连接;
所述掉电检测单元(3)用于对车辆电池电压进行采样,当电压低于某一数值时使智能单元(2)快速保存数据,与智能单元(2)构成电气连接;
所述实时时钟单元(4)用于产生当前时间,与智能单元(2)、备用电池(5)构成电气连接;
所述备用电池(5)用于保证在装置断电时时钟仍能正常运行,与实时时钟单元(4)构成电气连接;
所述数据存储单元(6)用于保存车辆运行过程中的油耗、车速、载客数据,与智能单元(2)构成电气连接;
所述接口电平变换单元(7)用于将智能单元(2)的接口电平信号变换为RS232通信接口电平的信号,与智能单元(2)、乘客计数器(8)、RS232接口(9)、车辆数据接口单元(10)构成电气连接;
所述乘客计数器(8)用于客车的载客计数,与接口电平变换单元(7)构成电气连接;
所述RS232接口(9)用于计算机配置蓝牙模块,并可通过该接口读出数据存储单元(6)的数据,与接口电平变换单元(7)构成电气连接;
所述车辆数据接口单元(10)用于连接车辆的OBD接口,与接口电平变换单元(7)构成电气连接;
所述数据显示单元(11)用于显示油耗、车速、载客数据,与智能单元(2)构成电气连接;
所述按键操作单元(12)用于设置或改变显示的数据,与智能单元(2)构成电气连接;
所述编程接口(13)用于智能单元(2)的编程、调试、程序下载,与智能单元(2)构成电气连接。
本实用新型是按照上述构思使用上述主要单元部件构成的。其工作原理是:在装置上电后,智能单元(2)间隔一定时间读出实时时钟单元(4)的日期和时间;通过蓝牙主模块(14)、OBD蓝牙模块(15)给车辆OBD接口(16)发送指令,获取车辆的速度、油耗数据,经过智能单元(2)的处理,将数据存入数据存储单元(6)中;读出乘客计数器(8)中的数据;实时显示车辆当前的时间、速度、能耗、载客数据;通过按键操作,可在显示屏中显示所需的内容。 
本实用新型的优点及效果: 
(1)能够实时快速地采集车辆的载客数、燃油消耗率、车速等信息。
(2)使用OLED屏进行数据显示,响应速度快,低温性能好,温度适应范围宽。 
(3)装置的成本低,体积小,可靠性高。 
(4)能通过本装置对车辆的能耗数据分析、处理、评估、决策。 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。 
图1是本实用新型实施例提供的车辆能耗数据采集装置的原理方框图。 
图2是本实用新型实施例提供的电源电路连接图; 
图3是本实用新型实施例提供的智能单元、编程接口电路连接图;
图4是本实用新型实施例提供的掉电检测单元电路连接图;
图5是本实用新型实施例提供的实时时钟单元、备用电池电路连接图;
图6是本实用新型实施例提供的数据存储单元电路连接图;
图7是本实用新型实施例提供的接口电平变换单元、RS232接口电路连接图;
图8是本实用新型实施例提供的蓝牙主模块电路连接图;
图9是本实用新型实施例提供的数据显示单元电路连接图;
图10是本实用新型实施例提供的按键操作单元电路连接图;
图11是车辆数据接口单元的原理方框图;
其中:1、电源;2、智能单元;3、掉电检测单元;4、实时时钟单元;5、备用电池;6、数据存储单元;7、接口电平变换单元;8、乘客计数器;9、RS232接口;10、车辆数据接口单元;11、数据显示单元;12、按键操作单元;13编程接口;14、蓝牙主模块;15、OBD蓝牙模块;16、车辆OBD接口。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。 
图1展示了一种车辆能耗数据采集装置的原理结构,参看图1,车辆能耗数据采集装置,包括:电源、智能单元、掉电检测单元、实时时钟单元、备用电池、数据存储单元、接口电平变换单元、乘客计数器、RS232接口、车辆数据接口单元、数据显示单元、按键操作单元、编程接口;其中: 
电源为装置供电,与上述各个单元连接,能够为装置提供5V和3.3V直流电压电源;
智能单元是本装置的核心单元,与外围各单元构成电气连接;
掉电检测单元用于对车辆电池电压进行采样,当电压低于某一数值时使智能单元快速保存数据,与智能单元构成电气连接;
实时时钟单元用于产生当前时间,与智能单元、备用电池构成电气连接;
备用电池用于保证在装置断电时时钟仍能正常运行,与实时时钟单元构成电气连接;
数据存储单元用于保存车辆运行过程中的油耗、车速、载客数据,与智能单元构成电气连接;
接口电平变换单元用于将智能单元的接口电平信号变换为RS232通信接口电平的信号,与智能单元、乘客计数器、RS232接口、车辆数据接口单元构成电气连接;
乘客计数器(8)与接口电平变换单元构成电气连接;用于对上下客车的人数进行计数,据此计算客车的有效载荷,作为对采集的能耗数据进行处理的参数之一。
RS232接口用于计算机配置蓝牙模块,并可通过该接口读出数据存储单元的数据,与接口电平变换单元构成电气连接; 
车辆数据接口单元用于连接车辆的OBD接口,与接口电平变换单元构成电气连接;
数据显示单元用于显示油耗、车速、载客数据,与智能单元构成电气连接;
按键操作单元用于设置或改变显示的数据,与智能单元构成电气连接;
编程接口用于智能单元的编程、调试、程序下载,与智能单元构成电气连接。
图2展示了电源的电路连接,参看图2,电源由插座CZ1输入车辆的直流电压,对于小型车辆一般为12V,对于客车一般为24V,二极管D1是电源输入极性保护元件,当电源极性接反时不会损坏本装置。U1是5V三端稳压集成电路,型号为LM7805,输出+5V电压。U2是3.3V稳压集成电路,型号为LD1117S33C,输出+3.3V电压,与电路的相关部分构成电气连接,为装置的相关部分提供工作电源。 
图3展示了智能单元、编程接口的电路连接,参看图3,智能模块由高性能的C8051F340单片机U3及其相关的电路构成,单片机U3内部集成有振荡器、在系统可编程的FLASH存储器、调试电路、温度传感器、ADC模数转换电路、比较器、通用16位定时器/计数器、硬件SMBus(I2C兼容)、双UART串口、PCA模块,它是本装置的核心控制器件,与外围各单元构成电气连接,在程序的控制下运行。晶振Y1、电容C5、C6、电阻R5与单片机U3第47、48引脚内部电路组成振荡电路,作为单片机的时钟源。 
编程接口由插座CZ2组成,CZ2的引脚1接至电源VDD,引脚2与单片机U3的引脚14连接,引脚3连接至复位信号RST端,并与电阻R6串联后接至单片机U3的引脚13,CZ2的引脚4直接与单片机U3的引脚13相连接,CZ2的引脚5接至GND。进行仿真、编程操作时,单片机通过此接口与C8051F单片机编程器或仿真器相连,以便对单片机进行编程、调试和程序下载。 
单片机U3的引脚15输出蜂鸣器告警信号,与电阻R7、R9连接;发光二极管D3的阳极与电阻R9连接,D3的阴极与GND连接,指示告警信息;电阻R8与NPN型三极管V1的发射结并联,与R7串联连接,发射极与GND连接;三极管V1的作用是将单片机U3的引脚15输出的告警信号进行放大,驱动蜂鸣器FM1发声;跳线器JP1将+5V电压接到蜂鸣器FM1的正极引脚,通过跳线器JP1的短路或开路来允许或禁止蜂鸣器FM1 发声。 
图4展示了掉电检测单元的电路连接,参看图4,电阻R10、R11对输入的车辆电池电压进行串联分压,取出的电压送到图3单片机U3的引脚37,作为单片机U3内部比较器的反相输入端,与同相端的电压VREF进行比较后,输出信号控制比较器中断,当电压降到8V时,产生中断,单片机执行中断操作、保存当前的采样数据,避免数据丢失;电阻R12、R13对输入的车辆电池电压进行串联分压,取出的电压送到图3单片机U3的引脚42,由内部的ADC电路测量车辆的电池电压。电容C8、C9为抗干扰电容。 
图5展示了实时时钟单元、备用电池的电路连接,参看图5,集成电路U4(型号为M41T0)、晶振Y2(32768Hz)、二极管D4、D5、电阻R14、R15、电容C10、备用电池BT1组成实时时钟电路,为单片机提供实时时钟,单片机通过SCL、SDA组成的串行总线读取时钟或改写时钟(校准时间)。SCL、SDA与图3中的相应网络编号相连接,即分别连接到单片机U3的引脚39、引脚40。 
图6展示了数据存储单元的电路连接,参看图6,集成电路U5(型号为AT45DB161D)是16 Mbit的FLASH存储器,用于保存车辆运行过程中的油耗、车速、载客数据, CS、SI、SO、SCK分别与图3单片机U3的引脚43、44、45、46连接。 
图7展示了接口电平变换单元、RS232接口的电路连接,参看图7,接口转换集成电路U6(型号为SP3232EEN)、电容C13~C17、电阻R16、R17、插座CZ4、CZ5组成接口电平变换单元及RS232接口,其功能是进行接口电平转换。U6的引脚15接至GND,引脚16接至电源VDD2,U6的引脚1与引脚3之间接电容C13,U6的引脚5和引脚4之间接电容C14,U6的引脚2和引脚16之间接电容C15,U6的引脚16与GND之间接电容C16,U6的引脚6与引脚15之间接电容C17,U6的引脚14与插座CZ4的引脚1连接,U6的引脚13与插座CZ4的引脚2连接,CZ4的引脚3接至GND,U6的引脚7与CZ5的引脚2相连,U6的引脚8与CZ5的引脚3相连,CZ5的引脚5接至GND,U6的引脚9与电阻R16串联连接后接至标号RX1电气网络,U6的引脚10与电阻R17串联连接后接至标号TX1电气网络,U6的引脚11、引脚12分别连接至标号TX、RX电气网络,电气网络TX1、RX1、TX、RX与图3中的相应网络编号相连接,即分别与单片机U3的引脚36、引脚35、引脚2、引脚1连接。CZ4用于与具有RS232串行接口的客车人数计数器(型号为RSJ1)连接;CZ5用于与计算机RS232串口连接,一方面可以通过PC机对蓝牙主模块进行配置,另一方面也可以在计算机中运行与之配套的软件,对本实用新型装置的参数进行配置,读出数据存储单元的数据,以便进一步分析处理。 
图8展示了蓝牙主模块的电路连接,参看图8,U7是蓝牙主模块,型号为BF10-A;蓝牙主模块U7的引脚11连接至电容C19与电阻R18的公共连接点,从C19上取出电压作为蓝牙主模块的上电复位信号;U7的引脚12连接至电源VDD2,U7的引脚13、21、22均连接至GND;U7的引脚1连接至标号为RX1的电气网络,U7的引脚2连接至标号为TX1A的电气网络;电阻R18与电容C19串联连接后接于电源VDD2与GND之间;电容C18接于VDD2与GND之间,起滤波作用;电阻R19与发光二极管D6的阳极连接,R19与D6串联连接后接于U7的引脚30和GND之间,作为蓝牙连接指示,在主模式下未连接成功时,发光二极管D6以慢速度闪烁,连接成功后发光二极管常亮。电阻R20连接在U7的引脚28与GND之间,按钮S5的常开触点两端分别与U7的引脚28和电源VDD2连接,装置上电后,按下S5可清空配对的蓝牙模块地址。标号RX1、BTINT分别连接到图3中单片机U3的引脚35和引脚6,标号TX1A连接至图7的集成电路U6的引脚10。 
图9展示了数据显示单元的电路连接,参看图9,CZ3B是间距为2.0mm的18针插头,各插针在电路板中与OLED模块M1的18个引脚对应连接,CZ3B在外部与图3中的插座CZ3A对应的电气端子连接。OLED模块M1的型号为HGS128647,能够做到快速响应,并能在很低的气温环境及较宽广的温度范围下正常工作,性能优于LCD。 
图10展示了按键操作单元的电路连接,参看图10,电容C21与按钮S0并联,与电阻R21串联,接至电源VDD;电容C22与按钮S1并联,与电阻R22串联,接至电源VDD;电容C23与按钮S2并联,与电阻R23串联,接至电源VDD;电容C24与按钮S3并联,与电阻R24串联,接至电源VDD;电容C25与按钮S4并联,与电阻R25串联,接至电源VDD;电容C21用于产生单片机上电复位信号,电容C22~C25是抗干扰电容;标号RST与插座CZ2的引脚3连接,标号SW1~SW4分别与图3单片机U3的引脚20~引脚17连接。通过按键操作,可在OLED显示屏中显示所需的内容。 
图11展示了车辆数据接口单元的原理结构,蓝牙主模块(14)与OBD蓝牙模块(15)配对进行无线通信,OBD蓝牙模块(15)与车辆OBD接口(16)构成电气连接。根据有关标准的规定,目前大多数的车辆均配备有OBDⅡ或相兼容的接口,通过使用蓝牙模块,单片机能够方便地从OBD接口中读出车辆的速度及相关能耗信息,并且连接方便,移动性好,在装置与车辆OBD接口间不需要连接导线。蓝牙主模块(14)的电路连接,请参看图8。 
各电气原理图中的相同的电气网络编号或端口是相连的。 
由于本实用新型的智能单元是使用高速高性能的单片机及OLED显示屏,装置具有体积小、成本低、可靠性高、工作温度范围宽等优点。 

Claims (1)

1.车辆能耗数据采集装置,其特征在于,包括:电源(1)、智能单元(2)、掉电检测单元(3)、实时时钟单元(4)、备用电池(5)、数据存储单元(6)、接口电平变换单元(7)、乘客计数器(8)、RS232接口(9)、车辆数据接口单元(10)、数据显示单元(11)、按键操作单元(12)、编程接口(13);
所述电源(1)为装置供电,与上述各个单元连接,能够为装置提供5V和3.3V直流电压电源;
所述智能单元(2)是本装置的核心单元,与外围各单元构成电气连接;
所述掉电检测单元(3)用于对车辆电池电压进行采样,当电压低于某一数值时使智能单元(2)快速保存数据,与智能单元(2)构成电气连接;
所述实时时钟单元(4)用于产生当前时间,与智能单元(2)、备用电池(5)构成电气连接;
所述备用电池(5)用于保证在装置断电时时钟仍能正常运行,与实时时钟单元(4)构成电气连接;
所述数据存储单元(6)用于保存车辆运行过程中的油耗、车速、载客数据,与智能单元(2)构成电气连接;
所述接口电平变换单元(7)用于将智能单元(2)的接口电平信号变换为RS232通信接口电平的信号,与智能单元(2)、乘客计数器(8)、RS232接口(9)、车辆数据接口单元(10)构成电气连接;
所述乘客计数器(8)用于客车的载客计数,与接口电平变换单元(7)构成电气连接;
所述RS232接口(9)用于计算机配置蓝牙模块,并可通过该接口读出数据存储单元(6)的数据,与接口电平变换单元(7)构成电气连接;
所述车辆数据接口单元(10)用于连接车辆的OBD接口,与接口电平变换单元(7)构成电气连接;
所述数据显示单元(11)用于显示油耗、车速、载客数据,与智能单元(2)构成电气连接;
所述按键操作单元(12)用于设置或改变显示的数据,与智能单元(2)构成电气连接;
所述编程接口(13)用于智能单元(2)的编程、调试、程序下载,与智能单元(2)构成电气连接。
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