專利名稱：超級電容電車充電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種級電容電車充電控制系統(tǒng)，特別是一種把現(xiàn)有無軌電車改造成超級電容電車中使用的充電控制系統(tǒng)。屬于交通工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無軌電車因其具有零排放、噪音小、加速平穩(wěn)、起動快、爬坡性能好等特點而享有“綠色城市公共交通工具”的美譽。然而，受架空饋線的限制它也存在著視覺污染嚴重、機動性差和影響公交線路合理布局的三大缺點，這被人們稱作無軌電車“三大公害”?，F(xiàn)有解決無軌電車“三大公害”的辦法，中國哈爾濱人和集團巨容新能源有限公司2001年生產(chǎn)的“無辮無軌電車”，它以超級電容作為單一電源，只在終點站對超級電容進行統(tǒng)一充電，對控制系統(tǒng)要求相對簡單，可以人工完成。然而對超級電容需求量大、重量大、成本高、載客量少，目前還很難推廣。
現(xiàn)有的控制系統(tǒng)，經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，馬世宏等人在《機車電傳動》2000(6)27-30上撰文“一種基于PC機和80C196的智能充電機集群控制系統(tǒng)”，該文介紹了一種用于電動叉車蓄電池充電的控制系統(tǒng)，它采用集群式控制結(jié)構(gòu)，以PC為上位機，單片機為下位機組成一對多的星形網(wǎng)絡(luò)；上位機完成管理級的任務(wù)，實際的控制命令通過串行通信交給下位機執(zhí)行，同時下位機將自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)返回給上位機。這種控制系統(tǒng)，其上下位控制結(jié)構(gòu)是基于有線連接的、固定的，一對多的，不能滿足充電控制系統(tǒng)面向無線連接組成臨時的控制結(jié)構(gòu)，并協(xié)同完成分布在不同地點(如電車和?？空?的控制任務(wù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種超級電容電車充電控制系統(tǒng)，該充電控制系統(tǒng)是為超級電容電車集電弓式充電系統(tǒng)專門設(shè)計的，使其能夠?qū)崟r監(jiān)視電車行駛過程超級電容電量，保證無軌電車行駛?cè)痰哪芰孔詣优浣o。在超級電容缺電時向停靠站提出充電請求，進入?？空痉秶鷥?nèi)自動連接，連接后?？空敬蜷_充電電源，電車打開充電開關(guān)進行充電，充電結(jié)束自動斷開連接，電車離站，停靠站進行日志記錄，等待其他連接，從而解決超級電容電量實時檢測，車-站無線對接，身份認證，定位識別，充電過程控制，用電量記錄、日志存儲等問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明控制系統(tǒng)采用主、從式控制結(jié)構(gòu)，由設(shè)置在電車上的主控制器(Master)和設(shè)置在停靠站上的從控制器(Slave)兩部分組成。在電車進入?？空痉秶畠?nèi)時，主、從控制器的藍牙無線通信模塊進行無線鏈路連接。其中，主控制器主要完成超級電容電量實時檢測、定位識別、充電過程控制等，并且能夠在缺電時主動向從控制器發(fā)起無線連接。從控制器主要完成身份認證、用電量記錄、?？空境潆婋娫纯刂?、日志存儲等，并且能夠響應(yīng)主控制器發(fā)起的連接。
主控制器由微處理器(一)、超級電容電壓傳感器、定位傳感器、接觸傳感器、充電結(jié)束按鈕、集電弓升降電磁閥、電車充電開關(guān)以及藍牙無線通信模塊(一)組成。微處理器(一)通過基本輸入接口并經(jīng)過光電隔離與開關(guān)量輸入設(shè)備連接，其中包括定位傳感器、接觸傳感器、充電結(jié)束按鈕；微處理器(一)通過基本輸出接口并經(jīng)過光電隔離與開關(guān)量輸出設(shè)備連接，其中包括集電弓升降電磁閥、電車充電開關(guān)；微處理器(一)通過模擬輸入通道與超級電容電壓傳感器連接；微處理器(一)通過UART并經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換與藍牙無線通信模塊(一)連接。從控制器由微處理器(二)、非易失性RAM、?？空境潆婇_關(guān)、用電量記錄表以及藍牙無線通信模塊(二)組成。微處理器(二)通過數(shù)據(jù)總線(DB)和地址總線(AB)與非易失性RAM連接；微處理器(二)通過基本輸出接口并經(jīng)過光電隔離與?？空境潆婇_關(guān)連接；微處理器(二)通過模擬輸入通道與用電量記錄表連接；微處理器(二)通過UART并經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換與藍牙無線通信模塊(二)連接。微處理器(一)、(二)為擁有多路基本輸入輸出接口且整合AD采樣及PWM輸出功能單片控制器，以減少控制板的體積和系統(tǒng)復(fù)雜程度，節(jié)省硬件成本，優(yōu)選采用PHILIPS公司的80C552高性能8位微處理器，該微處理器完全兼容MCS-51系列指令系統(tǒng)，擁有五路基本輸入輸出接口、一路與模擬輸入共用的基本輸入接口。除此之外，還提供了一個8路復(fù)用的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC、2個8位脈寬調(diào)制輸出PWM、全雙工異步收發(fā)器UART以及I2C總線等附加功能。
超級電容電壓傳感器為線性度好并且能與微處理器有效隔離的傳感元件，優(yōu)選采用利用磁補償原理工作的霍爾電壓傳感器，從而保證原邊與副邊在電氣上是高度絕緣的。同時，因為Np·Ip＝Ns·Is，Ip-初級電流，Np-初級匝數(shù)，Is-次級電流，Ns-次級匝數(shù)使它能夠線性反映直流，交流以及各種波形電壓。
藍牙無線通信模塊(一)、(二)為符合Bluetooth 1.1認證、Class 2功率輸出、內(nèi)置固件支持到HCI層藍牙協(xié)議的點對點通信模塊；并且設(shè)有與微處理器連接的UART接口，優(yōu)選采用DigitalKing公司的Bom4E藍牙通信模塊。除滿足上述功能外，該模塊是Ericsson ROK101 008點對點模塊的增值封裝，因此它還兼容Ericsson ROK101 008模塊的全部功能。如內(nèi)置PCM接口；UART最大傳輸率460kb/s；I2C總線；內(nèi)置晶振；點對點連接。
TTL與RS232C之間的電平轉(zhuǎn)換功能采用Maxim公司的MAX232E電平轉(zhuǎn)換芯片。日志文件存采用DALLAS Semiconductor的DS1244——內(nèi)嵌隱形時鐘的非易失性RAM，其在斷電情況下可依靠內(nèi)部鋰電池保持數(shù)據(jù)10年之久。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，本發(fā)明主、從式控制結(jié)構(gòu)能夠協(xié)同完成超級電容電車的自動充電過程，解決了電車全程的能量配給。滿足超級電容電車集電弓式充電系統(tǒng)的控制要求?？刂平Y(jié)構(gòu)模塊化，移植方便，可以為其他基于無線連接的工業(yè)控制系統(tǒng)提供一個可選方案。


圖1是本發(fā)明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2是超級電容電車充電控制流程3是主控制器(電車)的程序流程4是從控制器(?？空?的程序流程圖具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明控制系統(tǒng)采用主、從式控制結(jié)構(gòu)，由設(shè)置在電車上的主控制器1和設(shè)置在停靠站上的從控制器2兩部分組成，在電車進入?？空痉秶畠?nèi)時，主控制器1、從控制器2的藍牙無線通信模塊進行無線鏈路連接。
主控制器1由微處理器3、超級電容電壓傳感器4、定位傳感器5、接觸傳感器6、充電結(jié)束按鈕7、集電弓升電磁閥8、集電弓降電磁閥9、電車充電開關(guān)10以及藍牙無線通信模塊11組成。微處理器3通過基本輸入接口14并經(jīng)過光電隔離16與定位傳感器5、接觸傳感器6、充電結(jié)束按鈕7等開關(guān)量輸入設(shè)備連接；微處理器3通過基本輸出接口15并經(jīng)過光電隔離17與集電弓升電磁閥8、集電弓降電磁閥9、電車充電開關(guān)10等開關(guān)量輸出設(shè)備連接；微處理器3通過模擬輸入通道18與超級電容電壓傳感器4連接；微處理器3通過UART13并經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換12與藍牙無線通信模塊11連接。
從控制器2由微處理器21、非易失性RAM 22、?？空境潆婇_關(guān)23、用電量記錄表24以及藍牙無線通信模塊25組成，微處理器21通過數(shù)據(jù)總線26和地址總線27與非易失性RAM 22連接；微處理器21通過基本輸出接口15并經(jīng)過光電隔離17與停靠站充電開關(guān)23連接；微處理器21通過模擬輸入通道18與用電量記錄表24連接；微處理器21通過UART13并經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換12與藍牙無線通信模塊25連接。
微處理器3、21均采用PHILIPS公司的80C552高性能8位微處理器。超級電容電壓傳感器4采用利用磁補償原理工作的霍爾電壓傳感器。藍牙無線通信模塊11、25采用的是DigitalKing公司的Bom4E藍牙通信模塊。
如圖2、圖3和圖4所示，下面就一次完整的充電過程為實施例具體說明。
?？空荆蜷_控制電源后，從控制器2上的微處理器21執(zhí)行上電初始化操作，完成程序變量、基本輸出接口的初始化。串口初始化操作，完成串行口波特率、通信方式以及中斷標志的設(shè)定，允許微處理器21通過UART 13與藍牙無線通信模塊25進行通信。短暫延時后進行藍牙初始化命令，使藍牙無線通信模塊25處于可以接受外界連接的狀態(tài)。微處理器21持續(xù)查詢連接是否建立，直到有來自外部的連接發(fā)生。檢查連入設(shè)備的藍牙地址，判斷其是否為合法設(shè)備，如“否”，返回藍牙初始化操作；如“是”，方可進行后續(xù)操作。判斷是否為此設(shè)備的第一次連接，如“是”，閉合?？空境潆婇_關(guān)23，讀入入站時間，如“否”，則跳過以上兩條操作，因為第一次入站時已經(jīng)完成。等待充電結(jié)束同時持續(xù)查詢是否有連接斷開，如“是”，判斷有無充電結(jié)束標志，如“有”，說明一次正常充電結(jié)束，微處理器21斷開?？空境潆婇_關(guān)23，讀入出站時間，將本次充電信息記錄到日志文件，重新返回等待連接建立狀態(tài)；如“無”充電結(jié)束標志，說明本次為非正常退出，跳過以上三條操作，返回等待連接狀態(tài)。
電車上，打開控制電源后，主控制器1上的微處理器3執(zhí)行上電初始化操作，進行程序變量、基本輸入、標準輸出的初始化。串口初始化，完成串行口波特率、通信方式、定時器0以及中段標志位的設(shè)定，允許微處理器3通過UART 13與藍牙無線通信模塊11進行通信。定時器，周期性通過電壓傳感器4和模擬輸入通道18檢測超級電容電量并改變其電量標志字。微處理器3重復(fù)此操作，直到超級電容有缺電情況發(fā)生。然后，進行藍牙無線通信模塊11初始化操作，并在完成之后向外界發(fā)起連接，直到連接成功，否則延時后繼續(xù)重試。連接成功后，判斷所連是否為合法設(shè)備，如“否”，返回藍牙初始化；如“是”，繼續(xù)后續(xù)操作。判斷是否為第一次連接，如“是”，微處理器3通過基本輸出接口15打開升弓電磁閥8并閉合充電開關(guān)10；如“否”，跳過這兩條操作。重復(fù)判斷是否有斷開連接發(fā)生，如“有”，說明充電過程中藍牙連接意外斷開，重新返回藍牙初始化，如“無”，等待超級電容充滿，或者司機通過充電結(jié)束按鈕7強制結(jié)束充電過程。之后，一次正常的充電過程結(jié)束，斷開充電開關(guān)10，通過已建立的藍牙無線鏈路發(fā)送充電結(jié)束標志，最后降弓9，返回周期性檢查缺電狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種超級電容電車充電控制系統(tǒng)，其特征在于，包括主控制器(1)、從控制器(2)，由設(shè)置在電車上的主控制器(1)和設(shè)置在?？空旧系膹目刂破?2)兩部分組成主控制器(1)由微處理器(3)、超級電容電壓傳感器(4)、定位傳感器(5)、接觸傳感器(6)、充電結(jié)束按鈕(7)、集電弓升電磁閥(8)、集電弓降電磁閥(9)、電車充電開關(guān)(10)以及藍牙無線通信模塊(11)組成，微處理器(3)通過基本輸入接口(14)并經(jīng)過光電隔離(16)與定位傳感器(5)、接觸傳感器(6)、充電結(jié)束按鈕(7)開關(guān)量輸入設(shè)備連接，微處理器(3)通過基本輸出接口(15)并經(jīng)過光電隔離(17)與集電弓升電磁閥(8)、集電弓降電磁閥(9)、電車充電開關(guān)(10)開關(guān)量輸出設(shè)備連接，微處理器(3)通過模擬輸入通道(18)與超級電容電壓傳感器(4)連接，微處理器(3)通過UART(13)并經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換(12)與藍牙無線通信模塊(11)連接；從控制器(2)由微處理器(21)、非易失性RAM(22)、?？空境潆婇_關(guān)(23)、用電量記錄表(24)以及藍牙無線通信模塊(25)組成，微處理器(21)通過數(shù)據(jù)總線(26)和地址總線(27)與非易失性RAM(22)連接，微處理器(21)通過基本輸出接口(15)并經(jīng)過光電隔離(17)與停靠站充電開關(guān)(23)連接，微處理器(21)通過模擬輸入通道(18)與用電量記錄表(24)連接，微處理器(21)通過UART(13)并經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換(12)與藍牙無線通信模塊(25)連接，在電車進入?？空痉秶畠?nèi)時，主控制器(1)、從控制器(2)的藍牙無線通信模塊(11)、(25)進行無線鏈路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電車充電控制系統(tǒng)，其特征是，超級電容電壓傳感器(4)為線性度好并且能與微處理器有效隔離的傳感元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級電容電車充電控制系統(tǒng)，其特征是，微處理器(3)、(21)均采用擁有多路基本輸入輸出接口且整合AD采樣及PWM輸出功能單片控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容電車充電控制系統(tǒng)，其特征是，藍牙無線通信模塊(11)、(25)均采用功率輸出、內(nèi)置固件支持到HCI層藍牙協(xié)議的點對點通信模塊，并設(shè)有與微處理器連接的UART接口。
全文摘要
一種超級電容電車充電控制系統(tǒng)，屬于交通工程領(lǐng)域。本發(fā)明采用主、從式控制結(jié)構(gòu)，由設(shè)置在電車上的主控制器和設(shè)置在?？空旧系膹目刂破鲀刹糠纸M成，在電車進入?？空痉秶畠?nèi)時，主控制器、從控制器的藍牙無線通信模塊(一)、(二)進行無線鏈路連接。該充電控制系統(tǒng)是為超級電容電車集電弓式充電系統(tǒng)專門設(shè)計的，本發(fā)明主、從式控制結(jié)構(gòu)能夠協(xié)同完成超級電容電車的自動充電過程，解決了電車全程的能量配給。滿足超級電容電車集電弓式充電系統(tǒng)的控制要求?？刂平Y(jié)構(gòu)模塊化，移植方便，可以為其他基于無線連接的工業(yè)控制系統(tǒng)提供一個可選方案。
文檔編號B60M3/02GK1524726SQ0315104
公開日2004年9月1日 申請日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者殷躍紅, 徐文超, 盛鑫軍 申請人:上海交通大學(xué)