专利名称：基于rfid自供能的车联网轮载式传感系统及方法
技术领域：
本发明涉及机动车运行安全监测领域，尤其涉及一种基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统及方法。
背景技术：
机动车运行安全状态监测技术是保证机动车安全行驶的主要手段。采用机动车运行安全状态监控技术对机动车运行安全状态和运行指标进行动态监测，及时发现和预防机动车故障，发展监测、控制、管理和决策于一体的安全监控网络体系，对机动车安全运行具有重要意义；它是关系到国家和人民生命财产安全的一项重大的社会公益技术工作，是保障机动车辆运行安全重要的技术支撑，是政府管理部门对机动车安全运行的非常重要的技术保障；它不仅能提高机动车安全运行的技术保障能力、减少交通事故，而且对促进机动车工业及交通运势事业的发展有重大意义。目前，采用轮载式智能传感是机动车运行安全检测技术发展的必然趋势。然而目前机动车上轮载式智能传感器供电的方式一般采用外接小容量电池，如1.2V/节等，存在难以实现对车载智能传感器持续而稳定的供电，需要定时拆卸更换电池等问题，更重要的是供电量下降直接影响到相关传感器的数据准确性和传输，这已成为机动车轮载是智能监测技术发展瓶颈。因此机动车轮载式智能传感系统采用自供电方式将成为一种有效方法。
发明内容
为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统及方法。所述技术方案如下基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统，包括车内监控终端模块，通过GPRS与远程监控服务器双向通信，所述系统还包括自供能发射端模块和车轮智能传感接收端模块，其中车轮智能传感接收端模块，用于接收激活标签功率信号、采集车轮的安全相关动态数据和电容电量数据信息，并将接收到的数据无线反馈到自供能发射端模块；自供能发射端模块，读取接收到的数据，并通过电感线圈和车轮智能传感接收端模块电感线圈进行电感匹配耦合，实现无线供电，并可读取和分析判断车轮智能传感接收端模块传送来的相关数据。基于RFID自供能的车联网轮载式传感方法，该方法包括整合处理信息源；将车轮智能传感接收端模块和自供能发射端模块的电感线圈进行电感匹配耦合， 实现无线供电；通过智能传感单元感知车轮的安全相关动态数据；收集车轮的安全相关动态数据和超级电容中电容电量数据，并将数据融合；读取车轮的安全相关动态数据和超级电容中电容电量数据信息进行信息反馈；
对反馈信息进行预处理，拆分车轮的安全相关动态数据和超级电容中电容电量数据信息，并分析判断电容电量是否为车轮智能传感接收端模块供电；通过Zigbee网络与车内监控终端模块连接，传输拆分后的车轮的安全相关动态数据到车内监控终端模块，并在车内监控终端模块中分析判断车轮的安全系数，反应实时状况。本发明提供的技术方案的有益效果是通过智能传感器对机动车安全相关动态数据(如姿态、动载荷、制动性能)等进行检测，使车联网底层检测技术得到进一步提高。接收端的超级电容通过对接受的电能进行储存和释放避免了因暂时断电而无法检测和发射数据的尴尬局面。
图1是基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统的整体监测平台结构图示意图；图2是RFID自供能的车联网中机动车轮载式传感整体布置图；图3是以车轮俯视图示意轮载式智能传感车轮接收端模块安装及发射端模块示意图；图4是车轮智能传感接收端模块电路结构图；图5是基于RFID自供能的车联网中轮载式传感方法流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述如图1、图2所示，本实施例提供了一种基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统，该系统包括车轮1、车内监控终端模块4，通过GPRS与远程监控服务器双向通信，所述系统还包括自供能发射端模块3和车轮智能传感接收端模块2，其中车轮智能传感接收端模块，用于接收激活标签功率信号、采集车轮的安全相关动态数据和电容电量数据，并将接收到的数据无线反馈到自供能发射端模块；自供能发射端模块，读取接收到的数据，并通过电感线圈和车轮智能传感接收端模块电感线圈进行电感匹配耦合，实现无线供电，并可读取和分析判断车轮智能传感接收端模块传送来的相关数据。上述系统整体的监测网络平台中每辆机动车都通过监控终端对四个车轮进行检测，并实时显示于驾驶室，同时监控终端通过GPRS与远程管理部门中监控服务器双向通信，进行进一步的安全监控分析，同时将分析结果反馈回驾驶室，以实现车辆安全的实施监控，同时管理人员或车主可通过互联网查询车辆运行安全数据，最终实现车联网系统的整体的人机协同监测网络。其中自供能发射端模块和车轮智能传感接收端模块是系统中数据采集和接收现场测控策略的前端设备，是现场测控层最关键的部分。自供能发射端模块可以通过Zigbee网络进行节点通信，且自供能发射端模块和车轮智能传感接收端模块之间以IEEE1451. 7的无线通信方式进行数据传输。
上述车轮智能传感接收端模块2安装于各个车轮1的轮毂赤道表面上，自供能发射端模块安装于各个车轮的挡泥板后面，与车轮保持一定距离(如图3所示)，其自供能发射端模块的电源可由机动车本身取得。如图4所示，为车轮智能传感接收端模块的电路系统，该系统包括电感线圈2a、 电源处理系统沘、智能传感器2c、PIC处理器2d、RFID标签2e及超级电容2f ；所述电感线圈用于接收电能、电源处理系统用于调整所得电源的电压参数；智能传感器、PIC处理器处理智能传感器所得数据；RFID标签用于传输数据；超级电容，用于储能与供电。其上述车轮智能传感接收端电路系统的工作原理为电感线圈通过电感耦合的方式从自供能发射端模块接收电能并通过电源处理系统将电感电源整流、滤波、稳压以及变压等得到稳定持续的5V直流电源为车轮智能传感接收端电路(包括超级电容、传感器、PIC 处理器、RFID标签)提供电源。智能传感器可检测机动车车轮的安全相关动态数据，所述车轮的安全相关动态数据包括有姿态参数、动载荷参数、制动性能参数等，模拟或数字传感器按照IEEE1451. 4标准与PIC处理器连接，将数据传递到PIC处理器中处理，接着PIC处理器将数据传递到RFID标签，用以将数据传输到自供能发射端模块中，同时超级电容从经电源处理系统整理后的电源中储存电能达到2. 7V，并因故障或者自供能发射端断电无法给车轮智能传感接收端传输电能，而车轮智能传感接收端还需要传输检测数据时，超级电容开始释放电能，为电路暂时提供电源。超级电容同时会将自身的电压数据传递到PIC处理器中，用以和智能传感器数据一同发送到自供能发射端，让自供能发射端分析是否给超级电容继续充电。车轮智能传感接收端的RFID标签天线与自供能发射端的阅读器之间通过 IEEE1451.7标准传输数据。如图5所示，展示了基于RFID自供能的车联网中轮载式传感方法流程，该流程包括以下步骤步骤101整合处理信息源；由自供能发射端模块将从车载直流电源通过变压，振荡电路调整为适当的电压和频率，为无线供电做准备。步骤102实现无线供电；通过发射端的电感线圈与接收端的电感线圈进行电感匹配耦合，实现无线供电， 为车轮智能传感接收端提供电源。步骤103感知车轮的安全相关动态数据；智能传感单元感知车轮的安全相关动态数据(如姿态、动载荷、制动性能等)，车轮三维加速度包括切向加速度、侧向加速度和向心加速度。步骤104整理进行数据融合；从智能传感器以及储能电容收集安全相关动态数据和电容电量并整理进行数据融合。步骤105将信息反馈；通过RFID天线将安全相关动态数据和电容电量等信息经过抗干扰后发射到自供能发射端，并通过自供能发射端的阅读器读取其中数据，并将读取的数据信息进行反馈。步骤106对反馈信息进行预处理；利用处理器拆分车轮的安全相关动态数据和超级电容中电容电量数据信息，并分析判断电容电量是否为车轮智能传感接收端模块供电，以防止过度充电及电量过低。步骤107反应实时状况；通过Zigbee网络与车内监控终端模块连接，传输拆分后的车轮的安全相关动态数据到车内监控终端模块，并在车内监控终端模块中分析判断车轮的安全系数，反应实时状况。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统，包括车内监控终端模块，通过GPRS与远程监控服务器双向通信，其特征在于，所述系统还包括自供能发射端模块和车轮智能传感接收端模块，其中车轮智能传感接收端模块，用于接收激活标签功率信号、采集车轮的安全相关动态数据和电容电量数据，并将接收到的数据无线反馈到自供能发射端模块；自供能发射端模块，通过电感线圈和车轮智能传感接收端模块电感线圈进行电感匹配耦合，实现无线供电，并可读取和分析判断车轮智能传感接收端模块传送来的相关数据。
2.根据权利要求1所述的基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统，其特征在于，所述车轮智能传感接收端模块与所述自供能发射端模块之间通过电感耦合供电及RFID无线射频识别方式实现通信；所述自供能发射端模块与车内监控终端模块之间通过Zigbee无线通信技术实现双向通信。
3.根据权利要求1所述的基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统，其特征在于， 所述自供能发射端模块设置在车轮挡泥板的后面，所述车轮智能传感接收模块设置在车轮上。
4.根据权利要求1所述的基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统，其特征在于， 车轮智能传感接收端模块中接收端的电路系统包括电感线圈、电源处理系统、智能传感器、 PIC处理器、RFID标签及超级电容；所述电感线圈，用于接收电能； 电源处理系统，用于调整所得电源的电压参数； PIC处理器，用于处理智能传感器所得数据； RFID标签，用于传输数据； 超级电容，用于储能与供电。
5.基于RFID自供能的车联网轮载式传感方法，其特征在于，所述方法包括 整合处理信息源；将车轮智能传感接收端模块和自供能发射端模块的电感线圈进行电感匹配耦合，实现无线供电；通过智能传感单元感知车轮的安全相关动态数据； 收集车轮的安全相关动态数据和超级电容中电容电量数据，并将数据融合； 读取车轮的安全相关动态数据和超级电容中电容电量数据信息进行信息反馈； 对反馈信息进行预处理，拆分车轮的安全相关动态数据和超级电容中电容电量数据信息，并分析判断电容电量是否为车轮智能传感接收端模块供电；通过Zigbee网络与车内监控终端模块连接，传输拆分后的车轮的安全相关动态数据到车内监控终端模块，并在车内监控终端模块中分析判断车轮的安全系数，反应实时状况。
6.根据权利要求5所述的基于RFID自供能的车联网轮载式传感方法，其特征在于，所述自供能发射端模块通过变压、震荡后得到的频率实现电感耦合；所述车轮智能传感接收端模块采用整流、滤波、稳压电路后，给标签电路和传感器在线供电，并利用超级电容将电能储存。
全文摘要
本发明公开了一种基于RFID自供能的车联网轮载式传感系统及方法，包括车内监控终端模块；车轮智能传感接收端模块，用于接收激活标签功率信号、采集车轮的安全相关动态数据和电容电量数据信息，并将接收到的数据无线反馈到自供能发射端模块；自供能发射端模块通过电感线圈和车轮智能传感接收端模块电感线圈进行电感匹配耦合，实现无线供电，并可读取和分析判断车轮智能传感接收端模块传送来的数据。在此基础上，自供能发射端模块通过Zigbee方式向驾驶室的监控终端传输检测数据，最终基于GPRS实现车联网总体监控模式。本发明完善了轮载式实时准确检测机动车安全运行参数方式，使车联网底层检测技术得到进一步提高。
文档编号B60C23/00GK102407742SQ201110290958
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者刘桂雄, 吴斯栋, 梁德杰, 洪晓斌, 黄维沛 申请人:华南理工大学