CN106740147B - 一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，包括配合的车身和底盘，设置在车身顶部的太阳能电池板，设置在底盘上基于单片机的监控***、控制器、汽车电机、蓄电池组和上位机，设置在车身内的车载设备，以及基于安卓的远程移动监控终端。利用能够改变面积的太阳能电池板供电，安放于车顶，增大太阳能电板的光照面积，使发电量增加，提高电池的充电速度。利用基于安卓的远程移动监控终端、上位机和监控***实现太阳能电池板的远程监控功能，使太阳能电池板运行状态可以实时监控，提高光伏发电***运行的稳定性与安全性。用户可以使用基于安卓的远程移动监控终端，远程监控太阳能电池板的各项运行参数，适用于学校、公园、居民小区和工业厂区。

Description

一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车
技术领域
本发明涉及太阳能电动汽车，具体为一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车。
背景技术
随着化石能源储量越来越稀少，能源危机将不可避免。而汽车作为能源的巨大消耗者，消耗能源的同时，还给环境造成了巨大的污染。随着社会的进步，以化石燃料为主的汽车将会逐渐淡出我们的视野，以新型能源为动力的汽车将是以后的发展方向。在新型清洁能源中，光伏发电技术有着极其突出的优势。
太阳能是新型清洁能源，不会对环境造成污染；太阳能属于可再生资源，不会出现像石油一样的枯竭问题。太阳能汽车不像燃油汽车，存在着补充燃料的局限性，它的能量补充是随时随地的。
太阳能作为可再生能源，也是地球上最古老的重要能源。他们蕴藏量巨大，可再生分布广，而且无污染，是可再生能源的发展的重要方向。利用太阳能提供能源的双能型汽车能够在很大程度上弥补现有燃油车的不足，而且优势明显。但是目前的新型太阳能电动车还未实现远距离的实时监控。阳光明媚时用户不能远程开启太阳能电池板进行充发电。太阳能发电***运行出错或设备出现故障时，用户不能第一时间发现问题并解决。在受到雷电等恶劣天气影响时，用户不能第一时间关闭太阳能发电***。这些情况都严重影响太阳能电动车***运行的稳定与安全。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，结构简单，设计合理，能够远程监控和定位，安全性和可靠性高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，包括配合的车身和底盘，设置在车身顶部的太阳能电池板，设置在底盘上基于单片机的监控***、控制器、汽车电机、蓄电池组和上位机，设置在车身内的车载设备，以及基于安卓的远程移动监控终端；
所述的太阳能电池板通过框架固定在车身顶部，共设置有三层，从上到下依次为第一太阳能电池板，第二太阳能电池板和第三太阳能电池板；第一太阳能电池板固定设置，第二太阳能电池板和第三太阳能电池板反向滑动设置在框架上；第二太阳能电池板上的驱动电机通过齿轮与第一太阳能电板底部设置的齿条啮合，第三太阳能电池板上的驱动电机通过齿轮与框架底部设置的齿条啮合；
所述的控制器用于分别控制太阳能电池板、蓄电池组、汽车电机和车载设备；控制器、监控***、上位机和基于安卓的远程监控终端依次交互连接；所述的监控***用于采集太阳能电池板的工作参数；上位机用于存储监控***采集的工作参数数据；基于安卓的远程监控终端用于实时查看工作参数数据，并通过控制器向太阳能电池板发送控制指令；
当监控***采集的工作参数超过设定的阈值，则向控制器发送太阳能电池板的停止指令。
优选的，监控***包括交互的单片机和采集单元，以及连接在单片机输出端的继电器；采集单元包括电压采集电路、电流采集电路和包括温度传感器的温度采集电路；继电器用于控制太阳能电池板供电电路的通断。
进一步，单片机采用STC89C52单片机，工作电压为5.5V-3.5V，工作频率为0-80Mhz，工作温度为0-75℃；单片机复位端上连接按钮S1，按钮S1上并联设置电容C1。
再进一步，温度传感器采用DS18B20温度传感器，工作电压为3V-5.5V，它的测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内的精度为±0.5℃，DS18B20的I/O口外接一个10KΩ的上拉电阻，并与STC89C52的P2.6接口连接。
再进一步，STC89C52单片机串口上设置CH340G芯片将TTL电平串口直接转换为USB与上位机进行通信。
进一步，所述的采集单元通过设置ADC0809模数转换器采集电压信号和电流信号，其输入的模拟信号电压范围为0～+5V，分辨率为8位，转换时间为100us，转换误差为±1LSB。
优选的，上位机包括上位机控制模块、用户界面模块、安卓通信模块、串口通信模块和服务器存储模块；用户界面模块、安卓通信模块和串口通信模块通过上位机控制模块与服务器存储模块交互；用户界面模块用于提供直接在上位机监控太阳能电池板的监控界面；安卓通信模块用于与基于安卓的远程移动监控终端进行网络通信；串口通信模块用于与单片机进行通信，将采集到的信息存储到服务器存储模块中。
优选的，蓄电池组包括至少四个并联的超级电容。
优选的，基于安卓的远程移动监控终端通过Internet网络与上位机通信，输出的控制指令依次通过上位机、监控***和控制器对太阳能电池板进行启停控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明利用太阳能电池板供电，通过能够改变面积的太阳能电池板，安放于车顶，增大太阳能电板的光照面积，使发电量增加，提高电池的充电速度。利用基于安卓的远程移动监控终端、上位机和监控***实现太阳能电池板的远程监控功能，使太阳能电池板运行状态可以实时监控，提高光伏发电***运行的稳定性与安全性。用户可以使用基于安卓的远程移动监控终端，远程监控太阳能电池板的各项运行参数，如运行状态、电压、电流、功率、温度等，并且可以控制太阳能电池板供电***的通断，提高太阳能电池板运行的稳定性与安全性；能够适用于学校、公园、居民小区和工业厂区内太阳能电动汽车的管理和监控。
附图说明
图1a为本发明实例中所述太阳能电池板收起的结构示意图。
图1b为本发明实例中所述太阳能电池板展开的结构示意图。
图2为本发明实例中所述汽车的控制框架图。
图3为本发明实例中所述监控***的监控流程框图。
图4为本发明实例中所述监控***的硬件电路结构框图。
图5为本发明实例中STC89C52最小***电路原理图。
图6为本发明实例中DS18B20温度传感器电路原理图。
图7为本发明实例中串口通讯电路原理图。
图8为本发明实例中上位机的通信连接框图。
图9为本发明实例中上位机实时监控界面截图。
图10为本发明实例中上位机用户管理界面截图。
图11为本发明实例中上位机运行日志界面截图。
图12为本发明实例中安卓客户端欢迎界面截图。
图13为本发明实例中安卓客户端登陆界面截图。
图14为本发明实例中安卓客户端主界面截图。
图15为本发明实例中所述汽车底盘布置结构控制框图。
图中：第一太阳能电池板1，第二太阳能电池板2，第三太阳能电池板3。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明将互联网技术、安卓技术、嵌入式技术与自清洁太阳能发电***相结合，提出一种基于安卓远程监控的新型电动汽车，实现太阳能发电***的远程监控功能，使太阳能电池板运行状态可以实时监控，提高光伏发电***运行的稳定性与安全性。其包括设置在车身顶部面积可调的太阳能电池板，以及能够通过监控***和安卓客户端对电动汽车的太阳能电池板进行远程监控。安卓客户端也就是基于安卓的远程移动监控终端。
面积可调的太阳能电池板通过多个太阳能电池板的伸缩实现，当蓄电池的电量充足时，采取不展开的模式。当电池电量不足时，展开太阳能电池板，增大太阳能板的光照面积，使发电量增加，提高电池的充电速度。
一方面可以通过互联网远程检测太阳能电池板的电流、电压、温度、运行状态四个参数，以便于进行故障报警；另一方面可以通过互联网远程监控太阳能动力车的载客量、位置信息等参数，以便于进行科学调度。
汽车的控制包括对太阳能电池板的充电控制，监控***，汽车电机，以及车载仪器供电控制。汽车电机选用内致式永磁同步电机。考虑到机械效率、汽车重量、汽车行驶阻力系数、汽车速度、空气阻力系数、汽车迎风面积等因素的影响来确定电机的功率。电动汽车电池选用两个或多个并行的超级电容电池来作为蓄电池组作为动力能源。
本发明中的控制器采用电脑控制的方式。它对太阳能发电***与蓄电池组的充电控制，对蓄电池组与汽车电机以及车上设备之间的供电控制，以及汽车蓄电池的充放电优先控制等。利用安卓客户端能够通过监控***对控制器发送控制指令，从而通过互联网远程控制电动车电池板供电电路的通断。
具体的，如图1a和图1b所示，太阳能电池板安装在汽车的车身顶部，将太阳能电池板设计为面积可变的形式。车身顶部的太阳能电池板有三层，通过框架从上到下依次为第一太阳能电池板1，第二太阳能电池板2和第三太阳能电池板3，第一太阳能电池板1固定设置，处于一直工作的状态，第二太阳能电池板2和第三太阳能电池板3在需要时可以在驱动电机的驱动下移出，如图1b所示，第二太阳能电池板2向右移出，第三太阳能电池板3向左移出。当蓄电池组的电量充足时，采取不展开的模式。这样可以提高汽车行驶时的稳定性，同时也可以提高汽车的速度。当蓄电池组电量不足时，展开太阳能电池板，增大太阳能板的光照面积，使发电量增加，提高蓄电池组的充电速度。另外，当汽车停车时，也可以打开太阳能电池板，这样在静止的情况下充电效率更高。第一太阳能电池板1和框架的底部上下两端分别设置有齿条，第二太阳能电池板2和第三太阳能电池板3上分别固定设置有驱动电机，驱动电机的输出端设置有与对应齿条啮合的齿轮，第二太阳能电池板2上的驱动电机通过齿轮与第一太阳能电板1底部设置的齿条啮合，第三太阳能电池板3上的驱动电机通过齿轮与框架底部设置的齿条啮合。
如图2和图15所示，所述的太阳能电动汽车包括车身和底盘，以及设置在车身顶部的太阳能电池板，设置在底盘上基于单片机的监控***，控制器，汽车电机和蓄电池组，以及连接监控***上位机。汽车电机选用内致式永磁同步电机也称为混合式永磁电机。该电机在永磁同步电机的基础上叠加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在可以提高电机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁调速。扩大恒功率范围运行。驱动电动汽车的永磁同步电机低速是采用矢量控制，高速时采用弱磁控制。考虑到机械效率、汽车重量、汽车行驶阻力系数、汽车速度、空气阻力系数、汽车迎风面积等因素的影响来确定电机的功率。电动汽车电池选用采用超级电容的蓄电池组来作为动力能源。本优选实例中需要四个超级电容来驱动汽车电机。
如图3至14所示，本发明一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，包括太阳能电池板、基于单片机的监控***、控制器、基于安卓的远程移动监控终端和上位机。
基于单片机的监控***通过传感器对太阳能电池板的电流、电压和温度等工作参数进行实时的采集，并通过继电器对太阳能电池进行保护控制。
基于单片机的监控***通过串口与上位机进行通信。上位机上运行有基于Java的服务器程序，可以通过串口直接与单片机进行通信，实时获取太阳能电池板的工作参数，并在JDBC数据库中进行存储。用户可以直接通过基于安卓的远程移动监控终端连接上位机通过监控***监控太阳能电池板。在太阳能电池板工作温度过高时，上位机中服务器上的保护程序会自动中断其工作，起到保护作用。上位机通过Internet网络与基于安卓的远程移动监控终端进行通信，并提供身份验证、数据访问、远程控制等功能。用户通过基于安卓的远程移动监控终端，可以在任何地方通过Internet网络远程登录上位机，实时的查看太阳能电池板的工作状态并进行远程控制，用户通过了解实时采集的电压、电流、温度等太阳能电池板的工作参数，判断对太阳能电池板供电电路的通断控制，进一步提高太阳能电池板运行的安全性。
具体的，本发明一种基于安卓远程监控的新型太阳能电动汽车，由太阳能电池板、基于单片机的监控***、控制器、基于安卓的远程移动监控终端和上位机组成。
基于单片机的监控***负责对太阳能电池板的运行状态进行采集，包括电流、电压、温度，并利用继电器来控制太阳能电池板供电电路的通断，进而保证光伏电池板的运行安全。监控***中的单片机通过串口与上位机进行通信，上传采集到的信息并接受上位机的控制命令，使得上位机可以实时监控太阳能电池板的运行状态。
该监控***中的单片机选择使用STC89C52单片机，它拥有技术成熟、成本低、高速度、可靠性好、低功耗、抗静电抗干扰能力强等特点。STC89C52芯片工作电压为5.5V-3.5V，工作频率为0-80Mhz，工作温度为0-75℃。监控***采用按钮式复位方式，引入电容C1并联在按钮S1上达到单片机上电自动复位的效果。为了使STC89C52与上位机通信时，可以使用9600bps的标准波特率，STC89C52的晶振电路采用11.0592MHz的工作频率。由于STC89C52功能强大，本***扩展性很强，可以与智能家居结合，控制电视、冰箱、空调等家用电器。
采集单元通过DS18B20是嵌入式***中常用的温度传感器。它体积小，安装方便，成本低，抗干扰能力强，精度高，功耗极低，所以选择DS18B20作为本***的温度传感器。DS18B20工作电压为3V-5.5V，它的测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内的精度为±0.5℃，DS18B20的I/O口外接一个10KΩ的上拉电阻，并与STC89C52的P2.6接口连接。
为了测量太阳能电池的电压与电流，采集单元必须通过模数转换器来进行转换。ADC0809是一种嵌入式***中常用的模数转换器，它有8条模拟信号输入通道，8位的数字信号输出通道，满足本***要求。ADC0809的转换效率高、稳定性好，而且成本非常低。ADC0809的工作电压(VCC)为+5V，输入的模拟信号电压范围为0～+5V，分辨率为8位，转换时间为100us，转换误差为±1LSB。由于监控***需要实时采集太阳能电池板的电流跟电压两个模拟信号，因而只使用了ADC0809芯片8个模拟信号输入通道中的两个。
由于太阳能电池板的开路电压高于ADC0809的工作电压5V，所以需要对太阳能电池板的输出端并联高精度电阻分压后输入到ADC0809芯片IN-0口中进行测量。
由于ADC0809芯片只能测量电压信号，为了测量太阳能电池板的电流，需要将电流信号通过精密电阻转换成电压信号。通过在太阳能电板负极端串联一个极小的的精密电阻，总电流通过电阻时有一个微小的压降，将精密电阻的电压值通过运算放大器放大后，接入ADC0809进行测量，单片机即可计算出电路总电流。
单片机控制太阳能电池板电路的通断，利用继电器来实现。
STC89C52单片机串口接口与上位机的串口接口电平并不一致，本发明通过使用CH340G芯片将TTL电平串口直接转换为USB与上位机进行通信。
基于Java的上位机包括用户界面模块、安卓通信模块和串口通信模块和服务器存储模块。用户界面模块、安卓通信模块和串口通信模块通过上位机控制模块与服务器存储模块交互。用户界面模块为用户提供了直接在上位机监控太阳能电池板的监控界面，Android用户账户的管理界面，以及***日志的管理界面。安卓通信模块包括三个运行在Tomcat服务器上的severlet程序，负责与基于安卓的远程移动监控终端进行网络通信。串口通信模块负责与单片机进行通信，将采集到的信息存储到服务器存储模块中，并向单片机发出操作指令。
基于安卓的远程移动监控终端负责通过Internet网络远程监控太阳能电池板的运行状态。基于安卓的远程移动监控终端上共设置有三个界面，分别是欢迎界面、登录界面和主界面。用户打开APP，呈现出来的是欢迎界面，这里有程序的名称、图案以及欢迎信息。欢迎信息持续2秒后自动跳转到登录界面。用户需要输入登录信息进行登录。登录成功后，进入主界面，实现远程监控功能。不仅能够控制太阳能电池板的工作启停，还能够控制第二、三太阳能电池板2、3通过驱动电机和齿条的滑出和收回操作，从而实现扩大太阳能采集面积，控制汽车行驶时的风阻及通过性和安全性的操作。
如图15所示，汽车的控制***组成，在汽车的运行过程中起到至关重要的作用。它对太阳能电池板与远程监控***与蓄电池组的充电控制，对蓄电池组与汽车电机以及车上设备之间的供电控制，以及汽车蓄电池的充放电优先控制等。本发明的控制器采用计算机控制的方式。控制功能包括：1、设备保护，汽车的各种设备，由控制器进行保护，如果***出现过电压或者负载短路时加以控制，控制器将自动切断蓄电池供给电源保护汽车动力及用电设备。2、充电控制，控制器将太阳能电池板产生的不稳定电压转换成与蓄电池组充电电压相匹配的电压供蓄电池充电，同时根据当前太阳能发电情况以及蓄电池组内各电池模块的电量状态确定蓄电池组内各电池的充放电优先顺序，充电顺序为低电量电池优先充电。3、放电控制，由于车内各负载的功率不同，则控制器起到对各负载调节不同的放电控制，以匹配用电负载的需要。同时对蓄电池组实行优先放电控制，放电顺序为高电量的电池先放电。同时控制器确定最佳的充电方式，以实现高效，快速的充电，并且充分考虑对蓄电池寿命的影响。对电池的放电过程管理，防止负载增加时蓄电池端电压突变而导致错误的保护。4、加速与制动控制，将加速踏板跟刹车踏板的机械位移的行程量转换成电信号，通过动力控制模块控制驱动电机运转。5、信号的检测，进行光伏发电***各个装置跟单元的情况和参数进行检测，通过检测数据进而对***进行判断，控制，保护等提供依据。其能够检测输入电压，充电电流，输出电压/电流，及蓄电池温度等物理量。同时计算电池组剩余电量和续航里程等。6、故障诊断，当***发生故障时，可自动检测故障类型，显示故障发生处，为维修提供方便。7、状态的指示，通过车载显示仪器对光伏发电***的运行以及风力发电***发电状态跟故障信息进行显示。

Claims (7)

1.一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，其特征在于，包括配合的车身和底盘，设置在车身顶部的太阳能电池板，设置在底盘上基于单片机的监控***、控制器、汽车电机、蓄电池组和上位机，设置在车身内的车载设备，以及基于安卓的远程移动监控终端；
所述的太阳能电池板通过框架固定在车身顶部，共设置有三层，从上到下依次为第一太阳能电池板(1)，第二太阳能电池板(2)和第三太阳能电池板(3)；第一太阳能电池板(1)固定设置，第二太阳能电池板(2)和第三太阳能电池板(3)反向滑动设置在框架上；第二太阳能电池板(2)上的驱动电机通过齿轮与第一太阳能电板(1)底部设置的齿条啮合，第三太阳能电池板(3)上的驱动电机通过齿轮与框架底部设置的齿条啮合；
所述的控制器用于分别控制太阳能电池板、蓄电池组、汽车电机和车载设备；控制器、监控***、上位机和基于安卓的远程监控终端依次交互连接；所述的监控***用于采集太阳能电池板的工作参数；上位机用于存储监控***采集的工作参数数据；基于安卓的远程监控终端用于实时查看工作参数数据，并通过控制器向太阳能电池板发送控制指令；
当监控***采集的工作参数超过设定的阈值，则向控制器发送太阳能电池板的停止指令；
监控***包括交互的单片机和采集单元，以及连接在单片机输出端的继电器；采集单元包括电压采集电路、电流采集电路和包括温度传感器的温度采集电路；继电器用于控制太阳能电池板供电电路的通断；
基于安卓的远程移动监控终端通过Internet网络与上位机通信，输出的控制指令依次通过上位机、监控***和控制器对太阳能电池板进行启停控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，其特征在于，单片机采用STC89C52单片机，工作电压为5.5V-3.5V，工作频率为0-80Mhz，工作温度为0-75℃；单片机复位端上连接按钮S1，按钮S1上并联设置电容C1。
3.根据权利要求2所述的一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，其特征在于，温度传感器采用DS18B20温度传感器，工作电压为3V-5.5V，它的测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内的精度为±0.5℃，DS18B20的I/O口外接一个10KΩ的上拉电阻，并与STC89C52的P2.6接口连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，其特征在于，STC89C52单片机串口上设置CH340G芯片将TTL电平串口直接转换为USB与上位机进行通信。
5.根据权利要求1所述的一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，其特征在于，所述的采集单元通过设置ADC0809模数转换器采集电压信号和电流信号，其输入的模拟信号电压范围为0～+5V，分辨率为8位，转换时间为100us，转换误差为±1LSB。
6.根据权利要求1所述的一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，其特征在于，上位机包括上位机控制模块、用户界面模块、安卓通信模块、串口通信模块和服务器存储模块；用户界面模块、安卓通信模块和串口通信模块通过上位机控制模块与服务器存储模块交互；用户界面模块用于提供直接在上位机监控太阳能电池板的监控界面；安卓通信模块用于与基于安卓的远程移动监控终端进行网络通信；串口通信模块用于与单片机进行通信，将采集到的信息存储到服务器存储模块中。
7.根据权利要求1所述的一种基于安卓远程监控的太阳能电动汽车，其特征在于，蓄电池组包括至少四个并联的超级电容。
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