CN202827400U - 基于PowerLink总线的车载信息终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PowerLink总线的车载信息终端，它可动态扩展的实时的数据通信方式，满足新一代电动汽车实时监控的可扩展性要求，提高电动汽车的可靠性和安全性，简化车载信息终端的安装线路。它包括主控板，主控板与供电模块连接，它还包括PowerLink总线控制器，所述主控板通过PowerLink总线控制器与PowerLink网络、PowerLink总线连接，PowerLink总线与N个节点连接。

Description

基于PowerLink总线的车载信息终端

技术领域

本实用新型涉及一种车载信息终端设备，具体是基于PowerLink总线的车载信息终端。 

背景技术

随着我国经济的快速发展，对能源的需求不断增加，传统的能源逐渐难以满足人们的需求，在当前大力倡导绿色环保经济的大趋势下，电动车技术也在日新月异的快速发展中。电动汽车的运营中，为方便车辆驾驶人员和电动汽车调度中心了解当前车辆状态，并对电动汽车车辆状态进行实时的评估和监控，需要完整的采集和存储电动汽车车辆的运行参数，如动力蓄电池的运行参数、行驶里程、计量电表、仪表盘信息、车辆位置等。同时相对于传统的燃油车辆，由于电动汽车采用电机驱动的方式，使其对实时性要求更高，以实现对车辆驱动电机的实时控制，从而获取良好的可靠性和稳定性。以避免由于对驱动电机控制的实时性不足而产生的车辆故障和交通隐患。电动汽车，相对于传统的燃油车辆，对环保、安全性、经济性、智能化等要求提高，使得汽车驾驶员需要更多、更迅速的对电动汽车车辆运行中的各种信息进行监控，以满足车辆监控需求。 

中国第200920106216.0号“一种车载监控终端”实用新型只能针对动力蓄电池的状态进行监控，而无法监控整个电动汽车的车辆状态，并且其监控的数据只能存储在本地，而不能实时的上传给作为远程服务端的监控中心。 

中国第200810112287.1号“一种混合动力车综合仪表***”发明只能对车辆的数据进行采集和显示，而无法通过车载信息终端对车辆进行控制，也无法将采集到的数据通过无线网络实时传给监控中心。 

还有一类采用CAN总线的车载信息终端，例如中国第201020693854.X号 “车载终端”实用新型采用CAN总线通信的方式获取车辆信息，这可以克服以往汽车控制***主要用多线束进行通讯的诸多不足。但是，该专利针对的是传统燃油车，倘若应用于电动汽车则会具有四个方面的明显不足。一方面，传统汽车不需要对动力蓄电池信息进行监控，因此无法对电动汽车的动力***进行有效的监控。另一方面该终端采用基于事件触发机制的CAN总线的方式通信，会产生消息传输延时，不能保证消息传输延时的确定性，从而难以满足新一代实时控制应用的实时性和可靠性要求，带来了巨大的安全隐患。另外，该终端无法提供故障状态报警提示功能，这对于司机和监控人员很不方便的，驾驶员和监控人员无法尽快得知动力电池等部件的故障或告警信息。最后，该终端的存储空间有限、无法将数据实时上传到监控中心，从而使得监控中心无法实时的监控车辆的状态，在实用性和方便性方面有很大欠缺。 

在实际运营中，车载信息终端作为车辆总线数据采集、显示、存储、转发的监控装置，是车辆小型分布式网络的极为重要的组成部分。车载信息终端在车辆小型分布式网络中数据传输的实时性和可靠性，将影响整个车辆的可靠性和安全性。传统的车载信息终端在实时性、可靠性、稳定性、可扩展性处理等问题上都无法满足电动汽车信息监控的大批量数据需求，不仅限制了监控中心的数据来源，也大大降低了整个运营***的速度，成为阻碍电动汽车发展的一个瓶颈。 

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于PowerLink总线的车载信息终端，它可动态扩展的实时的数据通信方式，满足新一代电动汽车实时监控的可扩展性要求，提高电动汽车的可靠性和安全性，简化车载信息终端的安装线路。 

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案: 

一种基于PowerLink总线的车载信息终端，它包括主控板，主控板与供电模块连接，它还包括PowerLink总线控制器，所述主控板通过PowerLink总线控制器与PowerLink网络、PowerLink总线连接，PowerLink总线与N个节点连接。

所述PowerLink总线控制器包括数据收发单元，它与主控板和PowerLink网络连接；数据收发单元还与数据解析单元和同步控制单元连接。 

所述节点为里程计、步进电机、动力蓄电池、计量电表、仪表盘、摄像头或者传感器中的一种或多种。 

所述主控板还通过串口与BMS模块连接，对车载动力蓄电池的运行参数进行监控和分析。 

所述主控板还与音频\视频模块通过IO总线相连，用于语音或者视频数据的播放。 

所述主控板还通过IO总线与人机交互模块连接，所述人机交互模块包括LCD显示屏或者触摸屏、LED指示灯、键盘，用于展示主控板的输出信息，并提供操作命令的输入功能。 

所述主控板还通过SDIO接口与数据存储模块连接，用于数据的存储。 

所述主控板还通过CAN总线或串口与无线通讯模块连接，该模块通过GPRS、CDMA、WIFI、LTE在内的无线通信方式中的任意一种与服务器端进行通讯，以便完成***互连，进行信息交互。 

所述主控板还与身份识别模块通过串口或者CAN总线相连，用于读取和解析RFID卡、IC卡、智能卡、红外读写卡以及其他用于信息存储的卡片中的身份信息。 

所述主控板还与车载导航模块通过串口相连，用于接收和解析GPS定位信息。 

如图2所示实用新型的工作流程如下： 

步骤1：采集指令；车载终端的主控板采集用户下发的指令，并解析该指令。如果指令解析失败，则返回采集指令状态，如果成功则将该指令发送给PowerLink总线控制器。

步骤2：预处理指令；数据收发单元将获取的通讯指令发送给数据解析单元进行解析，并将解析的通讯请求回传给数据收发单元。然后数据收发单元向同步控制单元请求数据发送的时间窗口。 

步骤3：执行通信指令；同步控制单元根据PowerLink总线上的同步控制节点确定的时间调度表和全局基准时间，确定本地的数据发送时间窗口。并在时间窗口生效后，向数据收发单元发出数据发送信号，使数据收发单元发送通信数据。 

步骤4：获取节点信息；数据收发单元根据同步控制单元确定的数据接收时间窗口，接收PowerLink总线上的数据，并将数据发送给数据解析单元。 

步骤5：解析节点信息；数据解析单元解析获得的节点信息，如果是请求的节点信息，则发送给数据收发单元，然后转发给主控板；如果是全局同步信息，则转发给同步控制单元；否则丢弃该数据。 

步骤6：人机交互模块展示；主控板将通过PowerLink总线控制器获得的节点解析信息转发给人机交互模块展示；也可以进行逻辑处理后再转发给人机交互模块展示；还可以通过数据存储模块存储解析的节点信息；也可以通过无线通信模块将解析的节点信息转发等。 

本实用新型所采用的PowerLink总线具有良好的可靠性和良好的可维护性，适合在复杂工业环境中应用，并且响应快、传输速度快、即实时性高，尤其支持热插拔操作，使***具有动态扩展功能，可根据需要动态扩充功能节点。 

本实用新型的有益效果在于： 

1）本实用新型通过PowerLink总线控制器中的同步控制单元与PowerLink总线的交互，调度PowerLink总线控制器的发送和接收数据的时间窗口，确保在同一时刻，PowerLink总线中只有一个任务被触发，而且任何时刻都有总线中都有任务在执行。这样使总线的使用效率得到提高，而且不会发生任务阻塞的现象。还使PowerLink总线可以确保最小的传输延迟和颤动，保证车载信息终端在预定义的模式下稳定工作，提高了车载信息终端通信的实时性和可靠性。从而，提高了车辆整体的可靠性和安全性，消除了由于实时性和可靠性无法满足要求而导致的车辆安全隐患。

2）在本实用新型提供了两种车辆监控数据的存储方式，一种是存储在本地存储模块中，另一种是通过无线通信存储到远程服务端中。在无线通信正常工作的情况下，车辆监控信息通过无线通信模块传给了远程服务端；当通过无线通信模块无法连接至远程服务端时，车载信息终端将数据存储在本地的SD存储卡中，当无线通信模块可以连接远程服务端时，将该SD卡中数据上传至远程服务端。使得在无线网络通信失败的情况下，车载信息终端可以正常的记录车辆监控信息，确保车载监控数据的完整性和一致性。 

3）采用PowerLink总线架构实现了监控设备节点的可热插拔式扩展，可动态接入监控设备，具有很强的灵活性、可扩展性和通用性。 

4）本实用新型采用模块化设计，模块间的耦合度低，独立性高，可扩展性好，提高了***的灵活性，并使得***的开放性大大提高，有利于***维护、扩展和功能增加。 

5）本实用新型作为一个节点连接PowerLink网络中，与其他节点通信，采集其他节点的信息，并将相应的信息显示给用户。而无需通过线路外接传感器的方式采集车内数据，从而简化车载信息终端的安装线路。 

6）本车载监控终端提供故障报警提示功能，并将报警信息通过无线通信上传到作为远程服务端的监控中心，使得司机和监控人员可以同步获取报警提示信息，以便于及时排除故障，也便于监控人员及时对电动车辆进行调度替换故障车辆。 

附图说明

    图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为本实用新型的工作流程示意图。

图中 1. 车载信息终端，2.主控板，3.PowerLink总线控制器，4.供电模块，5.数据收发单元，6.数据解析单元，7.同步控制单元，8.BMS模块，9.音频\视频模块，10.身份识别模块，11.无线通讯模块，12.人机交互模块，13.数据存储模块，14.车载导航模块，15.PowerLink网络，16.步进电机，17.动力蓄电池，18.里程计，19.计量电表，20.摄像头，21.仪表盘，22.传感器，23.车载电源。 

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。 

如图1中所示的，一种基于PowerLink总线架构的车载信息终端，它包括主控板2，PowerLink总线控制器3，供电模块4，数据收发单元5，数据解析单元6，同步控制单元7，BMS模块8，音频\视频模块9，身份识别模块10，无线通信模块11，人机交互模块12，数据存储模块13，车载导航模块14。 

人机交互模块12获取用户指令后，由主控板2解析用户指令，将解析的指令转发给Powerlink总线控制器3。Powerlink总线控制器3根据指令获取PowerLink总线上的节点信息，并回传给主控板2。主控板2对节点信息进行逻辑处理后，将相关节点信息转发给人机交互模块12，展示给用户。 

主控板2通过数据存储模块13存储解析的节点信息；也可以通过无线通信模块11将解析的节点信息转发服务端；还可以根据节点信息进行后续操作如播放特定的音频\视频等。 

PowerLink总线控制器3包括数据收发单元5、数据解析单元6以及同步控制单元7。数据收发单元5从主控板2或者PowerLink网络15获取数据，数据解析单元6则解析数据收发单元5获取的数据，同步控制单元7负责与 PowerLink总线同步数据的收发节奏。数据解析单元6解析数据收发单元5所接收到的数据，如果解析出的数据是同步信息，则将其转发给同步控制单元7，否则将其回传给数据收发单元5。 

PowerLink网络15的节点包括步进电机16、动力蓄电池17、里程计18、计量电表19、摄像头20、仪表盘21或者传感器22。该车载信息终端1作为一个节点连接到PowerLink网络15中，与PowerLink网络15中的节点通信。 

通过供电模块4可接入12V交直流或24V交直流的车载电源23，利用DC\DC转换器和用于向不同电压等级芯片供电的LDO转换芯片，向车载信息终端各个芯片供电。利用开关按钮设计进行转换，用来避免大电流对电源模块和整个***的冲击。 

BMS模块8通过PowerLink总线获取车载动力蓄电池 17的信息，并对估测车载动力蓄电池17荷电状态即电池剩余电量，保证荷电状态维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报车载动力蓄电池17还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态，当电池电量过低时通过人机交互模块12发出报警。同时实时的监测动力电池组的工作状态，在电池充放电过程中，实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性。除此以外，还记录每块电池的使用历史和故障报警信息，为分析***故障提供依据。 

音频\视频模块9受主控板控制，用于管理和播放数据存储模块13中的音频和视频。也可以电动车辆发生故障时，播放相应的报警音频和视频。 

身份识别模块10通过读卡器读取卡片上的身份信息，然后通过本地身份信息库解析用户身份，如果不存在，则通过无线通信模块11到远程服务端的身份信息库进行用户身份验证。在身份识别通过后，就可以在车载终端上进行相应权限的操作和处理。 

无线通信模块11可以通过包括GPRS、CDMA、WIFI、LTE在内的无线通信方式与服务器端进行通讯，上传电动汽车的GPS定位信息、动力蓄电池信息、监控视频、以及故障报警历史记录。车载终端与服务端的数据传输，支持断点续传的方式，以节约数据传输的时间和网络带宽。 

人机交互模块12通过键盘和触摸屏输入控制命令配合显示屏或者触摸屏对***进行设置，包括数据存储位置设置，故障报警音频或视频设置，无线通讯网络设置等操作。人机交互模块还可以通过触摸屏或者显示屏显示电动汽车的动力蓄电池17状态信息，步进电机16的信息，里程计18信息，计量电表19信息，监控视频等。显示屏可为点阵液晶、彩屏或其它类型，用来浏览实时数据。 

数据存储模块13受主控板2的控制，读取SD卡上的数据或者将数据写入SD卡中。 

车载导航模块14接受全球定位卫星的GPS报文，并对其进行解析，更新电子地图上的车辆位置。车载导航模块14通过RS232串口或RS485串口与主控板2相连接，进行数据的交互，主控板将获取的车辆位置标识在电子地图上。 

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。 

Claims (10)

1.一种基于PowerLink总线的车载信息终端，它包括主控板，主控板与供电模块连接，其特征是，它还包括PowerLink总线控制器，所述主控板通过PowerLink总线控制器与PowerLink网络、PowerLink总线连接，PowerLink总线与N个节点连接。

2.如权利要求1所述的基于PowerLink总线的车载信息终端，其特征是，所述PowerLink总线控制器包括数据收发单元，它与主控板和PowerLink网络连接；数据收发单元还与数据解析单元和同步控制单元连接。

3.如权利要求1所述的基于PowerLink总线的车载信息终端，其特征是，所述节点为里程计、步进电机、动力蓄电池、计量电表、仪表盘、摄像头或者传感器中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的基于PowerLink总线的车载信息终端，其特征是，所述主控板还通过串口与BMS模块连接，对车载动力蓄电池的运行参数进行监控和分析。

5.如权利要求1所述的基于PowerLink总线的车载信息终端，其特征是，所述主控板还与音频\视频模块通过IO总线相连，用于语音或者视频数据的播放。

6.如权利要求1所述的基于PowerLink总线的车载信息终端，其特征是，所述主控板还通过IO总线与人机交互模块连接，所述人机交互模块包括LCD显示屏或者触摸屏、LED指示灯、键盘，用于展示主控板的输出信息，并提供操作命令的输入功能。

7.如权利要求1所述的基于PowerLink总线的车载信息终端，其特征是，所述主控板还通过SDIO接口与数据存储模块连接，用于数据的存储。

8.如权利要求1所述的基于PowerLink总线的车载信息终端，其特征是，所述主控板还通过CAN总线或串口与无线通讯模块连接，该模块通过GPRS、CDMA、WIFI、LTE在内的无线通信方式中的任意一种与服务器端进行通讯，以便完成***互连，进行信息交互。

9.如权利要求1所述的基于PowerLink总线的车载信息终端，其特征是，所述主控板还与身份识别模块通过串口或者CAN总线相连，用于读取和解析RFID卡、IC卡、智能卡、红外读写卡以及其他用于信息存储的卡片中的身份信息。

10.如权利要求1所述的基于PowerLink总线的车载信息终端，其特征是，所述主控板还与车载导航模块通过串口相连，用于接收和解析GPS定位信息。

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