基于物联网下的无线充电共享电动车立体车库设计_王煜.pdf

电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering91随着社会的不断进步，便民措施、设备的不断增加，为人们出行提供了便利。共享电动车亦是如此，以其便捷、快速、省力的优势得到了大众认可1-3。如今的共享电动车主要投放在人口密集处，如小区门口、学校门口、商场门口、车站门口等，为人们出行提供了极大便利。当然也滋生了乱停乱放问题，甚至有些区域共享电动车停放在马路上，即影响了当地交通，又破坏了当地形象，所以共享电动车至今发展缓慢，甚至萌生倒退迹象4-6。为了解决这一问题，本文将在物联网视域下，对无线充电共享电动车立体车库进行设计研究，以更好解决该类问题，让共享电动车发展回归正轨，为人们出行提供真正便利。1 物联网概念及发展历程物联网俗称泛互联，是互联网延伸的一种产物，能够将不同信息设备与网络进行合理融合，使之成为一张覆盖面积广的矩网，为人、机、物之间的交互提供渠道，摆脱了以往的时间、地点束缚。在当下信息技术中，物联网属于核心技术之一，能够进行万物万联，这里有两层意思：其一，互联网是物联网的基础，所以一般定义其为互联网延伸出来的一种网络。其二，在用户端上，不在局限于人与人、人与机之间的交互，而是延伸出了物与物之间的交互。故，物联网在诸多信息传感器设备（如红外传感器、射频识别、激光扫描仪、全球定位系统）的作用下，根据协议约定，建立物联网与所有物品之间的联系，以实现物品的定位、识别、监控以及管理7-8。1995 年，比尔盖茨提出了物联网的概念，但由于当时的网络、设备较为落后，所以并没有得到人们的重视。而后 Auto-ID 在 1999 年提出了物联网的概念，并进行了一定程度的实践。同年，国内也进行了相关研究，取得了一定成果。虽然在这几年里，物联网的概念相继有被提及，但是真正提出此概念则是在 2005 年的信息社会世界峰会上，随着此峰会的结束，也意味着物联网时代的正式到来。在后续的几年中，物联网逐渐走入人们的视野中，成为了人们生活中的一部分。有数据统计，2021年，国内物联市场规模已达到了 246294713356.4174 美元，人工市场规模已达到了 43912898599.0177 美元，这种规模趋势仍在不断上升。可见，物联网在国内市场已经占据一席之地，这种局势势必会不断扩展，成为国内发展中的重要组成部分之一，实现国内产业的数字化转型，推动国内各类产业的发展。2 共享电动车发展问题当下，共享电动车基本上都是没有桩的，使用人员可通过手机扫码的方式进行取车、存车，操作十分便捷，且没有一定要到指定区间停车的要求，有利于使用人员的停放，但也正是这种便利性，导致了乱停乱放问题的发生。除此之外，共享电动车在发展上还存在以下几点问题：（1）共享电动车长期暴露在外，零部件容易出现老化问题，缩短了零部件的使用寿命。（2）因为共享电动车并非私人物品，所以使用人员使用时并不会特别爱护，经常会出现磕磕碰碰问题，导致运行成本增加。（3）车辆散落位置不一，公司在对共享电动车而进行维护保养时，需要投入较大的人力物力去寻找需要基于物联网下的无线充电共享电动车立体车库设计王煜（星微科技（天津）有限公司 天津市 300382）摘要：本文研究了基于物联网下的无线充电共享电动车立体车库设计。共享电动车发展至今，为民众提供了诸多出行便利，但也产生了一些不利的问题，如乱停乱放、电动车使用寿命短、充电麻烦等，这些问题成为了共享电动车发展的绊脚石，阻碍了共享电动车的发展。基于此，本文在物联网下，对无线充电共享电动车立体车库的结构、使用过程进行了系统分析，为共享电动车立体车库的推广奠定了理论基础，为共享电动车的发展提供了正向推动力。关键词：无线充电；共享电动车；立体车库电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering92保养的电动车，加大了公司经营成本损耗。（4）插件充电是电动车当下的主流充电方式之一，因为需要频繁的使用接插头，所以容易出现破损、老化问题，当这种问题未被发现解决时，极容易导致短路起火问题的发生。所以，设计出一个无线充电共享电动车车库是必要的。3 设计理念随着 5G 技术的不断发展，为立体车库的普及奠定了基础。在物联网下，立体车库设计理念源自于绿色、经济、安全、便捷等方面。究其根本，主要存在以下几点优势：（1）立体车库拥有更大的容量，能够同时存放多辆共享电动车，减少或杜绝了车辆乱停乱放问题。（2）通过这种集中停放方式，能够让充电更加集中化，减少了共享单车人在调回保养时的人力输出。（3）车库顶层安装了太阳能电池板，除了能够为共享电动车车库提供照明外，还能为共享电动车充电，即绿色又环保。（4）在充电环节上，摒弃了以往的有线充电方式，选着了无线充电技术，因为这种充电方式无需使用到接插件，所以不会出现接触不良、打火等不良问题的发生，确保了共享单车充电的安全性。（5）为了提高共享电动车的监控能力，还将物联网模块添加到电动车当中，以对电动车运动轨迹、速度、电量等方面性能进行实时性监控，为驾驶人员保驾护航。（6）在车库中，所有系统都与云平台对接，这里的所有系统指的是监控系统、控制系统以及报警系统，通过这种方式实时掌握车库的车辆充电情况、数量情况、安全性能等车库运行状态。4 结构设计根据前文的设计理念，结合当下的技术水平，完成了立体车库结构的设计工作。具体包括主框架、传动系统、停车托盘、电源系统、照明系统以及控制系统这几部分。车库共两层，每层都能够放置共享电动车。在材质选着上，主框架以钢材质材料搭建而成，这样不会对周边环境造成污染，成本损耗较低，同时，弃用后还可以回收利用。此外，当后期需要增加停放车辆数量时，也可以随时扩建加层，不会对车库的稳定性照成影响。因为立体车库正面与后面都是敞开的，所以用户即可以在前面存取车，也可以在后面存取车，具有较强的便利性。侧边是钢支架结构，能够安置广告牌、灯箱等物件，能够为公司带来一定的经济效益。在升降环节上，使用到了棘轮电机，能够为托盘升降提供刹车能力。所有车位都配备了无线充电线圈、电磁锁、光电传感器。为了确保车库运行的安全性，还在工作区加装了报警系统、AS-20 人体感应开关。车库顶端的太阳能电池板为车库照明和系统运行供电。在充电环节上，通过电磁感应方式为共享电动车充电，放弃了以往的接插件式充电，杜绝了充电线老化而出现的短路起火问题，确保了共享电动车充电的安全性。所有共享电动车安装了物联网模块，能够通过手机等设备对共享电动车的运行状态、性能、电量等信息进行实时性监测，同时，当驾驶人员驶向危险地段时，会通过语音方式提醒车辆使用者减速慢行，此外，还会对共享电动车的行车轨迹进行动态化监控，为车辆使用者的骑行保驾护航。物联模块还在车库中进行了安装，这样能够利于数据交互，实时掌握车库运行状态。这些能力的实现离不开云计算、5G 技术、大数据等技术的支持。在模型架构中，西门子 PLC 主要负责的是立体车库的控制，能够进行数据采集、控制光伏电池板、控制报警系统、控制电源，并借助物联网模块实现与云平台之间的数据交互。CAN 数据采集模块为数据采集提供了便利，能够将立体车库所有数据信息进行采集整合，并借助物联网模块传输至后台，为工作人员的决策提供数据依据。5 过程设计立体车库共有两层，第一层为A层，第二层为B层，其工作原理具体如图 1 所示。由图 1 可以看出，手机移动端首先与云服务连接，并在云服务模块的作用下，实现售后服务监控。而后与PLC 物联模块、PLC、照明系统、光伏电池板、电机、无线充电线圈依次相连，借助这些功能模块开展相关操作。其中，通过 PLC 能够调度光度传感器、光电传感器、红外传感器、控制按钮，以实现对立体车库的动态监测与控制，同时还能够对无线充电线圈进行干预，为共享电动车充电与否做出判断。而对 PLC 物联网模块而言，则能够对电机进行整体性控制，以确保电机的安全运转。电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering93为了更加清楚了解立体车库的工作原理，下文将通过举例方式对车库工作原理进行系统分析，假如电动车使用者在取车时，可借助手机设备对准车辆上的二维码进行扫描，以进行开锁，此时手机 APP 上会显示该车辆的性能数据，如可驾乘里程、电量等。假如 A 层没有共享电动车时，车辆使用者可以点击取车按键，那么 B 层车位托盘平台则会缓慢降落，并且此时的红外传感器则会对周边情况进行动态探测，以防止人员靠近，假如有人员靠近，那么系统则会发出报警信号，并停止降落，反之，则依照既定速度降落至指定位置，待车位托盘平台下降稳定后，车辆使用人员便能进行取车操作。假如车辆使用者将车辆停入到指定车位时，光电传感器首先会对车辆进行检测，而后会将检测得到的信息传输至 PLC 中，最后，PLC 会向电磁锁发出锁车指令，电磁锁在接收到该指令后会自主吸合固定共享电动车，并对电池电量进行检测，为后续的充电与否提供数据依据。当共享电动车电池电量超过了 80%，那么 PLC 则不会将充电指令发给无线充电线圈，那么此时该车位则会显示断电有车状态。车辆使用人员则可通过手机设备扫描其中二维码进行取车，在 PLC 与物联网模块作用下，车辆会即时解锁，并启动计时功能。假如共享电动车电池电量测得结果低于 80%，那么 PLC 则会将充电指令下发给无线充电线圈，无线充电线圈接受到该指令后，便会对该车辆进行充电。在电量充满后，便会自动断电，显示有车断电状态。假如光电传感器检测该车位并未发现共享电动车时，那么该车为就会显示空位断电状态，能够随时为共享电动车使用者存车处理。立体车库充电控制情况具体如图 2 所示。由图 2 可以看出，车库充电流程可分为三条线路：第一条则是在判断无车位情况下，进行电量检测，在电量不足情况下进行快速充电，直至充电完成。第二条则是在判断有车位情况下，进行空位断电，为用户停车使用，在锁车后进行结算。第三条线路则是车库有车情况下，进行电量检测，发现电量充足后，则断开电源，为图 2：立体车库充电控制流程图 1：车库工作原理电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering94用户提供车辆，用户扫描后便能取车，并会自主进行计时。具体我们通过举例的方式进行一一讲解，假如 B 层托盘无车位后，仍有用户存车，那么则可以点击存车按键，B 层托盘则会上升，A 层托盘则会出现在存车用户面前，用户可以将共享电动车存放至 A 层托盘中。电源装置为各种设施（PLC、照明熊、无线充电装置等）提供电能，拱其正常运转。为了确保立体车库的正常通电，设计了两条供配电线路：第一条线路电能源自于太阳能电池板，利用该条线路为立体车库照明系统提供电能，假如电量还有富足，那么则会向其他设施设备供电。第二条线路时外接电源线路，在第一条供电线路供电不足情况下，这条线路则会启动，给立体车库设备供电。在整个车库系统中，PLC 可以视为系统的中枢，负责信号（输出信号、检测信号等）控制。其中，检测的信号包括以下几种：（1）光度传感器，在夜晚时，该传感器会对周边环境的光亮程度进行检测，当检测结果认定为昏暗时，那么则会启动车库照明装置，为车库提供光照。（2）人体感应开关，假如立体车库 B 层托盘降落时检测到有生命体（人或小动物）在下降区域走动，那么则会立即停止降落，在生命体离开降落区域后再次自主降落。（3）按键操作，通过该操作能够对 B 层升降进行控制，同时在必要情况下还能进行急停操作。具体而言，这种急停为硬件急停，当点击该按键时，所有设备则会断开供电，避免意外事故出现。光电传感器安装在每个车位当中，以实时更新车位的动态信息。对输出信号而言，