面向智能城市的電動(dòng)汽車(chē)多維度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳 昶，馬玉婷，韓紫燁，艾文灝，熊 煒

（三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

在當(dāng)今國(guó)際環(huán)境下，能源動(dòng)力與環(huán)境問(wèn)題備受矚目，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展迎來(lái)了一個(gè)新的熱潮。在政府的大力支持下，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)起步雖較晚，但發(fā)展迅猛。與此同時(shí)，考慮到未來(lái)交通的發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域仍然存在許多亟待解決的問(wèn)題，如電池電量的查詢(xún)和充電的便利性、電動(dòng)汽車(chē)的安全隱患以及如何提高電動(dòng)汽車(chē)舒適性等問(wèn)題。針對(duì)以上情況，本文提出了面向智能城市的電動(dòng)汽車(chē)多維度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)交通參與者與電動(dòng)汽車(chē)的遠(yuǎn)程交互。系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)將交通所涉及的元素進(jìn)行智能化，改變了人們的生活方式，助力實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)由3部分組成，分別是放置于電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部的單片機(jī)硬件監(jiān)測(cè)部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)、儲(chǔ)存、顯示及處理的服務(wù)器，手機(jī)APP部分。單片機(jī)硬件監(jiān)測(cè)部分采集電動(dòng)汽車(chē)的地理位置（室外GPS+室內(nèi)定位）、電池電量、電池溫度、車(chē)內(nèi)溫度以及碰撞信息等，并通過(guò)GPRS通信模塊上傳至服務(wù)器生成直觀(guān)的曲線(xiàn)圖，再由服務(wù)器傳至手機(jī)APP端，方便用戶(hù)獲知電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)信息[1]。圖1為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖。

2 單片機(jī)硬件檢測(cè)部分設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

單片機(jī)硬件監(jiān)測(cè)部分可采集電池電量和GPS信息。在電動(dòng)汽車(chē)電池電量不多的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)手機(jī)APP提醒車(chē)主并可以為車(chē)主進(jìn)行充換電導(dǎo)航，引導(dǎo)車(chē)主前往最適合的充電站。單片機(jī)硬件監(jiān)測(cè)部分由單片機(jī)STM32F103、GPRS通信模塊、GPS定位模塊、WiFi模塊、霍爾電壓傳感器、溫度傳感器以及加速度傳感器組成[2]，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖

STM32F103具有2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和9個(gè)通信接口[3]。GPRS通信模塊用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)硬件監(jiān)測(cè)部分與服務(wù)器的通信連接，本系統(tǒng)使用SIM800。GPS定位模塊用于采集電動(dòng)汽車(chē)的經(jīng)緯度信息。由于GPS定位模塊在室內(nèi)停車(chē)場(chǎng)可能出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定的狀況，這里改用WiFi模塊進(jìn)行室內(nèi)停車(chē)場(chǎng)的電動(dòng)汽車(chē)定位。系統(tǒng)采用4個(gè)型號(hào)為ESP8266的WiFi模塊，1個(gè)位于單片機(jī)硬件監(jiān)測(cè)部分以STA站點(diǎn)模式工作，其余3個(gè)WiFi模塊分布在室內(nèi)停車(chē)場(chǎng)各處以AP熱點(diǎn)模式工作[4]?；魻栯妷簜鞲衅饔糜诓杉妱?dòng)汽車(chē)的電壓信息，系統(tǒng)采用的是CHV-25P/400霍爾電壓傳感器。溫度傳感器模塊用于采集電動(dòng)汽車(chē)電池溫度和車(chē)內(nèi)溫度。系統(tǒng)采用的是LM35D集成溫度傳感器。加速度傳感器模塊用于采集電動(dòng)汽車(chē)的加速度數(shù)據(jù)。當(dāng)加速度超過(guò)某一定值時(shí)，判定汽車(chē)發(fā)生碰撞。系統(tǒng)采用的是MMA7361L加速度傳感器。

3 服務(wù)器三層架構(gòu)

系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)部由界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層構(gòu)成[5-7]。服務(wù)器可對(duì)轉(zhuǎn)換后的信息進(jìn)行判斷，并發(fā)出指令進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。服務(wù)器主界面如圖3所示，電池電壓、室內(nèi)溫度、電池溫度、室內(nèi)定位坐標(biāo)以及加速度信息均可實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)檢測(cè)到事故碰撞時(shí)，“接收到報(bào)警信息”下方變?yōu)椤笆恰保@示事故發(fā)生地點(diǎn)的經(jīng)緯度信息。

4 多維度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性

在國(guó)家和各地方政府的積極引導(dǎo)和公眾對(duì)新能源汽車(chē)的持續(xù)關(guān)注下，電動(dòng)汽車(chē)在國(guó)內(nèi)將迎來(lái)一個(gè)蓬勃的發(fā)展時(shí)期。本系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)的基礎(chǔ)上加入在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和報(bào)警模塊，通過(guò)GPRS實(shí)時(shí)將信息傳遞給用戶(hù)端，快捷便利，實(shí)用性強(qiáng)。具體實(shí)用場(chǎng)景如圖4所示。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)目前電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)出現(xiàn)的主要問(wèn)題，設(shè)計(jì)了具有室內(nèi)定位新方式、保障車(chē)主人身安全、充換電導(dǎo)航、遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)以及保障車(chē)輛安全等功能的多維度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)單片機(jī)硬件監(jiān)測(cè)部分實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車(chē)的地理位置、碰撞信息、電池電量、電池溫度以及車(chē)內(nèi)溫度等信息，在STM32F103嵌入式平臺(tái)進(jìn)行處理，通過(guò)GPRS通信模塊與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并與手機(jī)APP端通信，實(shí)現(xiàn)交通參與者與電動(dòng)汽車(chē)的遠(yuǎn)程交互，可廣泛應(yīng)用于未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。

我先生說(shuō)，倘若是他，會(huì)選擇跟孩子討論：“非得聽(tīng)媽媽的話(huà)嗎？在什么情況你會(huì)聽(tīng)？而什么情況下不聽(tīng)？”我很贊同。正如之前所說(shuō)，世界是復(fù)雜的，而它的豐富也正孕育在這復(fù)雜性中。沒(méi)有哪個(gè)問(wèn)題會(huì)有簡(jiǎn)單的“標(biāo)準(zhǔn)答案”，每個(gè)人都可以根據(jù)自己的見(jiàn)解，提供自己的回答。所以我也希望能把每個(gè)故事都講成是一個(gè)開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)，讓各種可能性都得以存在。

圖3 服務(wù)器主界面圖

圖4 系統(tǒng)應(yīng)用圖