基於物聯網的電動自行車蓄電池管理服務系統及方法
2023-05-20 16:00:56 4
專利名稱：基於物聯網的電動自行車蓄電池管理服務系統及方法
技術領域：
本發明涉及電動自行車蓄電池管理服務系統，尤其涉及一種基於物聯網的電動自 行車蓄電池管理服務系統。
背景技術：
電動自行車是一種便捷的環保交通工具，因其具有價格適中、噪聲小、速度快等特 點，已經成為一種大眾的單人交通工具。
蓄電池作為電動自行車的供電裝置，其性能和壽命直接影響著電動自行車的使 用。然而，目前蓄電池使用壽命偏短，再加上維護不到位，經常出現過衝現象，導致蓄電池壽 命縮短，更加難以滿足電動自行車長期應用的需求。同時，由於頻繁的更換蓄電池，也催生 了電動車蓄電池交易市場，而盜竊電動車蓄電池牟利的現象也越來越嚴重。
物聯網是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、雷射掃描器等信息傳感設 備，按約定的協議，把任何物品與網際網路相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智 能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。隨著物聯網技術的發展以及國內對物聯網 技術的政策支持，智能傳感器技術、智能檢測技術和射頻識別技術也得到了越來越廣泛的 應用的越來越廣泛。射頻識別技術主要由射頻識別卡和讀卡裝置組成，通過收發射頻信號 讀寫射頻卡上的數據。根據射頻設別卡自身是否帶電源又分為無源射頻識別卡和有源射頻 識別卡，其中無源射頻識別卡成本低廉，沒有電源使用壽命限制，但信號較弱，容易被幹擾， 可讀卡距離較近。而有源識別卡信號強，不容易被幹擾，可讀卡距離遠，但成本高，使用壽命 受到電源電量限制。發明內容
發明目的針對電動自行車電池電池壽命短且被盜現象非常嚴重的問題，本發明 提供一種基於物聯網的電動自行車電池管理服務系統及方法，方法採用智能檢測技術實時 監控電池狀態、應用射頻識別技術控制電池電子鎖。
技術方案一種基於物聯網的電動自行車電池管理管理服務系統，包括管理服務 平臺、附在蓄電池上的智能終端、終端讀寫器、用戶卡。其中，管理服務平臺由遠程管理服務 器和本地管理伺服器通過網際網路虛擬建立，遠程管理伺服器為專用伺服器，本地管理服務 器為通用計算機；智能終端通過無線網絡與終端讀寫器交換數據；終端讀寫器通過串口與 本地管理伺服器連接。
所述智能終端主要由第一微處理器模塊、第一 Zigbee通信模塊、電池檢測模塊、 過充保護模塊、第一射頻識別模塊、電子鎖、報警模塊和電源模塊組成；其中，第一微處理器 模塊為帶有RAM的主控模塊，用來實現對有關數據的分析、計算、處理，並存儲用戶信息和 超級用戶信息；第一 Zigbee通信模塊實現與終端讀寫器之間的短距離無線通信；電池檢測 模塊用來檢測蓄電池的電壓、內阻、電池容量等；過充保護模塊實現在蓄電池充滿電的情況 下，如沒有在指定時間內及時移除充電器，則自動切斷充電器與蓄電池的連接；第一射頻識別模塊用於識別用戶卡和終端讀寫器，並提供電池身份識別信息；電子鎖用於將蓄電池鎖在電動自行車上，不打開電子鎖則無法取出蓄電池，對於某電動自行車而言，只能是該電動自行車車主的用戶卡以及經過授權的售後服務點的終端讀寫器可以打開；報警模塊用於在電池出現異常情況(如電壓過低)以及電子鎖出現異常情況(如電池向電動車電機輸出時沒有上鎖、非法用戶)時提供報警功能；電源模塊用於給智能終端提供必要的直流工作電源。
所述終端讀寫器主要包括第二微處理器模塊、第二 Zigbee通信模塊、第二射頻識別模塊、存儲模塊、液晶顯示模塊、串口通信模塊和電源模塊。其中，第二微處理器模塊為主控模塊，用來實現對有關數據的分析、計算、處理；第二 Zigbee通信模塊實現與智能終端的第一 Zigbee通信模塊之間的短距離無線通信；第二射頻識別模塊用於識別電池信息、識別用戶卡；存儲模塊用於提供售後服務點信息，並能夠暫時存儲蓄電池信息、蓄電池維護信息、電動車主信息；液晶顯示模塊顯示當前正處於維護狀態的電池信息以及用戶信息；串口通信模塊實現與本地伺服器的連接，上傳電池維護信息、電池狀態信息等；電源模塊用於給終端讀寫器各模塊提供必要的直流工作電源。終端讀寫器主要安裝於某電動自行車生產企業售後服務部門、各地經過授權的售後服務點等。
一種基於物聯網的電動自行車電池管理服務系統的方法，
步驟401 :初始化智能終糹而。當畜電池初次開始使用時，智能終％5各|旲塊完成初始化工作，開始對蓄電池狀態進行監控，並提供過衝保護和電子鎖保護等。
步驟402 :如果蓄電池狀態正常，則進一步監控電子鎖，否則由報警模塊發出報警，進入步驟406。
步驟403 :判斷電子鎖狀態是否正常，如果正常則進入步 驟404，否則由報警模塊發出報警，進入步驟406。
步驟404:由於電池正常情況下，即使電量不是過低，也經常會充電；或者當電池電量過低的時候也需要充電。這時就需要進一步判斷是否需要提供過充保護，如果需要過充保護則進入步驟405，否則回到步驟402。
步驟405 :如果需要過充保護，則電池充滿電後超過一定的時間由過充保護模塊自動斷開充電器與蓄電池的連接，回到步驟402。
步驟406 :如果電池狀態異常，比如電壓過低、無法充電、電子鎖狀態異常等，則由報警模塊發出報警，提醒用戶進行處理。
步驟407 :如果用戶能自我處理異常狀態(如電池電量不足，需及時充電)，則自我維護，否則需要送授權售後服務點進行維護，進入步驟409。
步驟408 :自我維護時，如果是電量不足，則需要充電，進入步驟404;否則維護完畢後回到步驟402。
步驟409 :將電動自行車送到授權的售後服務點進行維護。
步驟410 :售後服務點終端讀寫器讀取用戶卡和蓄電池智能終端，獲取用戶信息和蓄電池信息(包括蓄電池身份識別信息以及蓄電池所屬車主身份識別信息)，由終端讀寫器第二微處理器模塊判斷用戶是否合法，如果是合法用戶則打開蓄電池智能終端的電子鎖對蓄電池進行維護，否則不予維護，進入步驟416。
步驟411 :售後服務點檢測電池狀態，以判斷電池是否需要置換。
步驟412 :如果電池需要置換，則進入步驟414，否則進入步驟413。
步驟413 :售後服務點對電池進行維護處理，包括對電子鎖的維護、修理。
步驟414 :置換電池，並根據終端讀寫器102讀取的蓄電池身份識別信息從管理 服務平臺獲取智能終端的蓄電池信息、使用信息和維護記錄，以確定是否需要繳費，並由終 端讀寫器記錄電池置換信息，包括回收電池身份識別信息、置換電池身份識別信息、置換地 點、置換時間、置換責任人等。
步驟415 :售後服務點本地伺服器通過串口接收終端讀寫器信息，並在本地服務 器上輸入電池維護信息(維修或者置換)。電池維護信息通過網際網路傳送到電動車企業售後 服務部門伺服器，電池維護信息主要包括電池識別信息、電池生產時間、電動車主身份識 別信息、電池使用時間、電池使用年限、電池維護信息、電池置換信息等，以保存備查。
步驟416 電池維護結束。
本發明的有益效果是，使用本發明基於物聯網的電動自行車電池管理服務系統可 以實現對電動車蓄電池的狀態監控、過充保護、電子鎖保護以及電池跟蹤維護管理，從而可 以有效提高電池使用效率，延長電池使用壽命，避免電池被盜現象。
圖1為本發明實施例的系統結構示意圖2為本發明實施例的智能終端結構示意圖3為本發明實施例終端讀寫器結構示意圖4為本發明實施例的方法流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明 而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價 形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
為了更好地實現對電動車蓄電池的管理，並從根源上避免電動車電池被盜現象， 可以考慮電動車車主對購買的電動車蓄電池只有使用權而無所有權，電動車企業擁有蓄電 池所有權，當電池達到使用年限或非人為原因導致的電池性能不能滿足正常使用要求時， 則由電動車企業回收維護處理，並給電動車車主提供置換電池。如果新購車蓄電池使用時 間尚沒有超過蓄電池的正常使用壽命(如一年、兩年)性能就不能滿足正常使用需求時，則 電動車車主置換電池時無須繳納任何費用，如超過電池正常壽命或者蓄電池被人為損壞則 電動車主在置換電池時需繳納一定的使用費。電動車企業需在各地提供必要的售後服務， 並適當配置售後服務點以滿足電池維護管理的需要，並通過基於物聯網的電動自行車電池 管理服務平臺對蓄電池進行跟蹤管理服務。
本發明提供一種基於物聯網的電動自行車電池管理管理服務系統，包括管理服務 平臺、附在蓄電池上的智能終端、終端讀寫器、用戶卡。其中，管理服務平臺由遠程管理服務 器和本地管理伺服器通過網際網路虛擬建立，遠程管理伺服器為專用伺服器，本地管理服務 器為通用計算機；智能終端通過無線網絡與終端讀寫器交換數據；終端讀寫器通過串口與 本地管理伺服器連接。
所述管理服務平臺由某電動自行車生產企業售後服務部門的遠程管理伺服器以及各地授權售後服務點的本地管理伺服器通過網際網路虛擬建立，主要用來存儲電動自行車 相關信息，主要包括電動自行車型號、序列號、生產時間、蓄電池型號、蓄電池生產時間、電 池狀態信息、電池維護信息、電池去向信息、購買用戶信息等。
如圖1所示，終端讀寫器102通過授權售後服務點本地伺服器接入蓄電池管理服 務平臺101 ;終端讀寫器102通過識別用戶卡104和智能終端103判斷蓄電池用戶是否合 法，並通過無線通信方式實現終端讀寫器102與智能終端103、用戶卡104之間的信息交互， 並將合法用戶的蓄電池信息、用戶信息以及維護信息上傳到本地服器，進而進入蓄電池管 理服務平臺101，並提供用戶查詢；智能終端103可以識別用戶卡104信息，並實現對蓄電 池的狀態監控和保護。用戶卡104用來存儲用戶(電動車主)信息，並能夠相應被智能終端 103識別，一旦是授權用戶，則可打開蓄電池電子鎖，否則無法取出蓄電池。
其中蓄電池管理服務平臺101由電動車企業售後部門的遠程伺服器和授權售後 服務點本地伺服器通過網際網路建立。
智能終端103結構如圖2所示，主要由第一微處理器模塊201、第一 Zigbee通信 模塊202、電池檢測模塊203、過充保護模塊204、第一射頻識別模塊205、電子鎖206、報警 模塊207和電源模塊208組成；其中，第一微處理器模塊201為帶有RAM的主控模塊，用來 實現對有關數據的分析、計算、處理，並存儲用戶信息和超級用戶信息；第一 Zigbee通信模 塊202實現與終端讀寫器102的第二 Zigbee通信模塊之間的短距離無線通信；電池檢測模 塊203用來檢測蓄電池的工作狀態，包括電壓、內阻、電池容量等；過充保護模塊204實現在 蓄電池充滿電的情況下，如沒有在指定時間內及時移除充電器，則自動切斷充電器與蓄電 池的連接；第一射頻識別模塊205用於識別用戶卡104和終端讀寫器102等等，並提供電池 身份識別信息；電子鎖206用於將蓄電池鎖在電動自行車上，不打開電子鎖206則無法取出 蓄電池，對於某電動自行車而言，只能是擁有該電動自行車的用戶卡104以及經過授權的 售後服務點的終端讀寫器102可以打開；報警模塊207用於在電池出現異常情況(如電壓過 低)以及電子鎖206出現異常情況(如電池向電動車電機輸出時沒有上鎖、非法用戶)時提 供報警功能；電源模塊208用於給智能終端103提供必要的直流工作電源。
終端讀寫器102結構如圖3所示，主要包括第二微處理器模塊301、第二 Zigbee通 信模塊302、第二射頻識別模塊305、存儲模塊304、液晶顯示模塊306、串口通信模塊303和 電源模塊307。其中，第二微處理器模塊301為主控模塊，用來實現對有關數據的分析、計 算、處理；第二 Zigbee通信模塊302實現與智能終端103的第一 Zigbee通信模塊202之 間的短距離無線通信；第二射頻識別模塊305用於識別電池信息、識別用戶卡104 ;存儲模 塊304用於提供售後服務點信息，並能夠暫時存儲蓄電池信息、蓄電池維護信息、電動車主 信息；液晶顯示模塊306顯示當前正處於維護狀態的電池信息以及用戶信息；串口通信模 塊304實現與本地伺服器的連接，上傳電池維護信息、電池狀態信息等；電源模塊用於給終 端讀寫器102提供必要的直流工作電源。終端讀寫器102主要安裝於某電動自行車生產企 業售後服務部門、各地經過授權的售後服務點等。
圖4為本發明的管理服務方法流程。
步驟401 :初始化智能終端103。當蓄電池初次開始使用時，智能終端103各模塊 完成初始化工作，開始對蓄電池狀態進行監控，並提供過衝保護和電子鎖206保護等。
步驟402 :如果蓄電池狀態正常，則進一步監控電子鎖206，否則由報警模塊207發出報警，進入步驟406。
步驟403 :判斷電子鎖狀態是否正常，如果正常則進入步驟404，否則由報警模塊 207發出報警，進入步驟406。
步驟404 :由於電池正常情況下，即使電量不是過低，也經常會充電；或者當電池 電量過低的時候也需要充電。這時就需要進一步判斷是否需要提供過充保護，如果需要過 充保護則進入步驟405，否則回到步驟402。
步驟405 :如果需要過充保護，則電池充滿電後超過一定的時間由過充保護模塊 204自動斷開充電器與蓄電池的連接，回到步驟402。
步驟406 :如果電池狀態異常，比如電壓過低、無法充電、電子鎖206狀態異常等， 則由報警模塊207發出報警，提醒用戶進行處理。
步驟407 :如果用戶能自我處理異常狀態(如電池電量不足，需及時充電)，則自我 維護，否則需要送授權售後服務點進行維護，進入步驟409。
步驟408 :自我維護時，如果是電量不足，則需要充電，進入步驟404;否則維護完 畢後回到步驟402。
步驟409 :將電動自行車送到授權的售後服務點進行維護。
步驟410 :售後服務點終端讀寫器102讀取用戶卡104和蓄電池智能終端103，獲 取用戶信息和蓄電池信息(包括蓄電池身份識別信息以及蓄電池所屬車主身份識別信息)， 由終端讀寫器103第二微處理器模塊301判斷用戶是否合法，如果是合法用戶則打開蓄電 池智能終端103的電子鎖206對蓄電池進行維護，否則不予維護，進入步驟416。
步驟411 :售後服務點檢測電池狀態，以判斷電池是否需要置換。
步驟412 :如果電池需要置換，則進入步驟414，否則進入步驟413。
步驟413 :售後服務點對電池進行維護處理，包括對電子鎖206的維護、修理。
步驟414 :置換電池，並根據終端讀寫器102讀取的蓄電池身份識別信息從管理服 務平臺101獲取智能終端103的蓄電池信息、使用信息和維護記錄，以確定是否需要繳費， 並由終端讀寫器102記錄電池置換信息，包括回收電池身份識別信息、置換電池身份識別 信息、置換地點、置換時間、置換責任人等。
步驟415 :售後服務點本地伺服器通過串口接收終端讀寫器102信息，並在本地服 務器上輸入電池維護信息(維修或者置換)。電池維護信息通過網際網路傳送到電動車企業售 後服務部門伺服器，電池維護信息主要包括電池識別信息、電池生產時間、電動車主身份 識別信息、電池使用時間、電池使用年限、電池維護信息、電池置換信息等，以保存備查。
步驟416 電池維護結束。
權利要求
1.一種基於物聯網的電動自行車蓄電池管理服務系統，其特徵在於包括蓄電池管理服務平臺、附在蓄電池上的智能終端、終端讀寫器和用戶卡；其中，蓄電池管理服務平臺由遠程管理伺服器和本地管理伺服器通過網際網路虛擬連接建立，遠程管理伺服器為專用伺服器，本地管理伺服器為通用計算機；智能終端通過無線網絡與終端讀寫器交換數據；終端讀寫器通過串口與本地管理伺服器連接。
2.根據權利要求1所述的基於物聯網的電動自行車蓄電池管理服務系統，其特徵在於所述智能終端主要由第一微處理器模塊、第一 Zigbee通信模塊、電池檢測模塊、過充保護模塊、第一射頻識別模塊、電子鎖、報警模塊和電源模塊組成；其中，第一微處理器模塊為帶有RAM的主控模塊，用於對有關數據的分析、計算、處理，並存儲用戶信息和超級用戶信息；第一 Zigbee通信模塊實現與終端讀寫器第二 Zigbee通信模塊之間的短距離無線通信；電池檢測模塊用來檢測蓄電池的運行狀態；過充保護模塊實現在蓄電池充滿電的情況下，如沒有在指定時間內及時移除充電器，則自動切斷充電器與蓄電池的連接；第一射頻識別模塊用於識別用戶卡和終端讀寫器，並提供電池身份識別信息；電子鎖用於將蓄電池鎖在電動自行車上，通過該電動自行車的用戶卡或經過授權的售後服務點的終端讀寫器打開電子鎖；報警模塊用於在電池出現異常情況以及電子鎖出現異常情況時報警；電源模塊用於給上述各個模塊提供工作電源。
3.根據權利要求1所述的基於物聯網的電動自行車蓄電池管理服務系統，其特徵在於所述終端讀寫器主要包括第二微處理器模塊、第二 Zigbee通信模塊、第二射頻識別模塊、存儲模塊、液晶顯示模塊、串口通信模塊和電源模塊；其中，第二微處理器模塊為主控模塊，用於對有關數據的分析、計算、處理；第二 Zigbee通信模塊實現與智能終端第一 Zigbee通信模塊的短距離無線通信；第二射頻識別模塊用於識別電池信息、識別用戶卡；存儲模塊用於提供售後服務點信息，並能夠暫時存儲蓄電池信息、蓄電池維護信息、電動車主信息；液晶顯示模塊顯示當前正處於維護狀態的電池信息以及用戶信息；串口通信模塊實現與本地管理伺服器的連接，上傳電池維護信息、電池狀態信息；電源模塊用於給上述各個模塊提供工作電源。
4.一種如據權利要求1所述的基於物聯網的電動自行車電池管理服務系統的控制方法，其特徵在於包括如下步驟 步驟401 :初始化智能終端對蓄電池狀態進行監控，並提供過衝保護和電子鎖保護； 步驟402 :如果蓄電池狀態正常，則進一步監控電子鎖，否則進入步驟406 ； 步驟403 :判斷電子鎖狀態是否正常，如果正常則進入步驟404，否則進入步驟406 ； 步驟404 :判斷是否需要提供過充保護，如果需要過充保護則進入步驟405，否則回到步驟402 ； 步驟405 :如果需要過充保護，則電池充滿電後超過一定的時間由過充保護模塊自動斷開充電器與蓄電池的連接，回到步驟402 ； 步驟406:如果電池或者電子鎖狀態異常，則由報警模塊發出報警，提醒用戶進行處理； 步驟407 :如果用戶能自我處理異常狀態，則自我維護，否則進入步驟409。
步驟408 :自我維護時，如果是電量不足，則需要充電，進入步驟404;否則維護完畢後回到步驟402 ；步驟409 :將電動自行車送到授權的售後服務點進行維護； 步驟410 :售後服務點終端讀寫器讀取用戶卡和蓄電池智能終端，獲取用戶信息和蓄電池信息，蓄電池信息包括蓄電池身份識別信息以及蓄電池所屬車主身份識別信息，由終端讀寫器第二微處理器模塊判斷用戶是否合法，如果是合法用戶則打開蓄電池智能終端的電子鎖對蓄電池進行維護，否則不予維護，進入步驟416 ； 步驟411 :售後服務點檢測電池狀態，以判斷電池是否需要置換； 步驟412 :如果電池需要置換，則進入步驟414，否則進入步驟413 ； 步驟413 :售後服務點對電池進行維護處理，包括對電子鎖的維護、修理； 步驟414 :置換電池，並根據終端讀寫器讀取的蓄電池身份識別信息從管理服務平臺獲取智能終端的蓄電池身份識別信息、蓄電池使用信息和維護記錄，以確定是否需要繳費，並由終端讀寫器記錄電池置換信息，包括回收電池身份識別信息、置換電池識別信息、置換地點、置換時間、置換責任人等； 步驟415 :售後服務點本地伺服器通過串口接收終端讀寫器信息，並在本地伺服器上輸入電池維護信息；電池維護信息通過網際網路傳送到電動車企業售後服務部門伺服器，電池維護信息主要包括電池識別信息、電池生產時間、電動車主身份識別信息、電池使用時間、電池使用年限、電池維護信息、電池置換信息等； 步驟416 :電池維護結束。
全文摘要
本發明公布了一種基於物聯網的電動自行車蓄電池管理服務系統及方法，所述系統包括蓄電池管理服務平臺、附在蓄電池上的智能終端、終端讀寫器和用戶卡；其中，蓄電池管理服務平臺由遠程管理伺服器和本地管理伺服器通過網際網路虛擬連接建立，遠程管理伺服器為專用伺服器，本地管理伺服器為通用計算機；智能終端通過無線網絡與終端讀寫器交換數據；終端讀寫器通過串口與本地管理伺服器連接。所述方法基於物聯網電動自行車電池管理服務系統實現對電動車蓄電池的狀態監控、過衝保護、電子鎖保護以及電池跟蹤維護管理，從而可以有效提高電池使用效率，延長電池使用壽命，避免電池被盜現象。
文檔編號H02J7/00GK103023100SQ20121045361
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日
發明者馮友兵, 魏海峰, 張懿, 王玉龍, 朱志宇, 司文 申請人:江蘇科技大學