一種加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種加氫機與燃料電池汽車之間實時通信系統(tǒng)，包括安裝在燃料電池汽車上的數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)和安裝在加氫機上的數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)。汽車加注氫氣時，加氫槍插入汽車加氫口，固定于加氫槍上的IrDA接收模塊開始接收IrDA發(fā)送模塊發(fā)出的紅外信號，然后將其傳送至解碼模塊對紅外信號進行解碼，并傳送至PROFIBUS模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PROFIBUS協(xié)議數(shù)據(jù)格式后傳送至加氫機的PLC，完成儲氫瓶內(nèi)溫度、壓力數(shù)據(jù)在燃料電池汽車上的采集、編碼和紅外發(fā)送及在加氫機上的紅外接收、解碼、信號轉(zhuǎn)換和傳送全過程，其適合燃料電池汽車氫加注時儲氫瓶內(nèi)的溫度、壓力數(shù)據(jù)信號與加氫機的實時、無線傳輸應用，通信效率高、可靠性強和安全性好。
【專利說明】一種加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及嵌入式系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種燃料電池汽車和加氫機之間的通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氣是一種優(yōu)良的能源載體，其因具有來源廣泛、清潔環(huán)保、可循環(huán)利用等一系列優(yōu)點得到了廣泛關(guān)注。眾多公司在氫能源的開發(fā)與利用，尤其在交通領(lǐng)域上展開廣泛研究。以氫為燃料的燃料電池汽車，因其高效、環(huán)保，被認為是未來取代以化石燃料為能源的傳統(tǒng)車輛的最佳選擇。目前，燃料電池汽車仍以高壓儲氫為主流技術(shù)，為使其續(xù)駛里程與傳統(tǒng)車輛相當，車載儲氫技術(shù)正向70MPa發(fā)展。加氫站是為燃料電池汽車提供高壓氫氣加注服務的氫基礎設施，加氫機在為燃料電池汽車加注高壓氫氣時，需要實時采集燃料電池汽車車載儲氫瓶內(nèi)的溫度和壓力數(shù)據(jù)，并據(jù)此執(zhí)行啟動加注程序或停止的命令。隨著耐高壓的車載復合材料儲氫瓶的制造技術(shù)及高壓氫氣加注技術(shù)的快速發(fā)展，35乃至70MPa的車載儲氫和加注技術(shù)日臻成熟。由于復合材料儲氫瓶的使用溫度不能高于85°C，而在快速加氫過程中，因壓縮和焦-湯效應不可避免會產(chǎn)生熱量，易導致儲氫瓶溫度上升超過限值而帶來安全隱患，因此迫切需要開發(fā)車載儲氫瓶的溫度、壓力實時監(jiān)控及傳輸技術(shù)，確保加氫過程的可靠性與安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，燃料電池汽車在加注氫氣時，可向加氫機實時傳送車載儲氫瓶內(nèi)溫度和壓力值，以提高加氫過程的可靠性與安全性。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0005]一種加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，包括安裝在燃料電池汽車上的數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)以及安裝在加氫機上數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)；
[0006]所述數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)包括第一電源模塊、依次通信連接的CAN (ControllerArea Network,控制器局域網(wǎng))信號收發(fā)模塊、編碼模塊和IrDA (Infrared DataAssociation,紅外數(shù)據(jù)通訊)發(fā)送模塊，所述第一電源模塊分別與所述CAN信號收發(fā)模塊、編碼模塊以及IrDA發(fā)送模塊相連以提供工作電源；所述CAN信號收發(fā)模塊實時采集車載儲氫瓶內(nèi)溫度和壓力值并發(fā)送至所述編碼模塊處理，所述編碼模塊接受所述CAN信號收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)信號，完成數(shù)據(jù)解析和編碼并將編碼后的數(shù)據(jù)傳送至IrDA發(fā)送模塊；所述IrDA發(fā)送模塊位于所述加氫口處，并將數(shù)據(jù)以紅外信號形式發(fā)出；
[0007]所述數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)包括第二電源模塊、依次通信連接的IrDA接收模塊、解碼模塊和PR0FIBUS模塊，所述第二電源模塊分別與所述IrDA接收模塊、解碼模塊以及PR0FIBUS(PR0FIBUS，現(xiàn)場總線)模塊相連以提供工作電源；所述IrDA接收模塊固定于加氫槍上以接收所述IrDA發(fā)送模塊發(fā)送的紅外信號并發(fā)送至所述解碼模塊處理，所述解碼模塊完成數(shù)據(jù)接收和解碼并將解碼后的信號送至PROFIBUS模塊，所述PROFIBUS模塊將解碼后的信號轉(zhuǎn)換為PROFIBUS協(xié)議數(shù)據(jù)格式并將數(shù)據(jù)信號傳送至加氫機處理。
[0008]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)還包括隔離模塊，所述隔離模塊分別與所述第二電源模塊、IrDA接收模塊以及解碼模塊相連以完成數(shù)據(jù)通信及電的隔離。
[0009]優(yōu)選的，所述CAN信號收發(fā)模塊、編碼模塊和IrDA發(fā)送模塊之間依次經(jīng)由導線連接，所述IrDA接收模塊、隔離模塊、解碼模塊和PROFIBUS模塊之間依次經(jīng)由導線連接，數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)內(nèi)部溫度、壓力數(shù)據(jù)均為有線傳送。
[0010]進一步的，所述CAN信號收發(fā)模塊采用IS01050模塊，所述編碼模塊采用STM32F103RBT6，所述IrDA發(fā)送模塊采用T0M4232芯片。
[0011]進一步的，所述IrDA接收模塊采用T0M4232芯片，解碼器采用STM32F103RBT6(CPU),隔離模塊采用MTL7758+安全柵，PROFIBUS模塊采用VPC3+芯片。
[0012]優(yōu)選的，所述IrDA發(fā)送模塊經(jīng)由固定卡箍，設置于車輛受氣頭上；所述IrDA接收模塊位于加氫槍頭部的外圈環(huán)狀區(qū)。
[0013]優(yōu)選的，所述第一電源模塊提供的工作電源電壓大小為12V，所述第二電源模塊提供的工作電源電壓大小為24V。
[0014]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明提供了 一種加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，可實時監(jiān)控車載儲氫瓶在氫氣加注過程中的壓力和溫度變化信息，由于加氫機的加氫槍與儲氫瓶受氣口之間的距離短，對防爆要求高，本發(fā)明所示的通信系統(tǒng)結(jié)合加氫時的特點，通信采用紅外無線通信方式，避免了采用有線通信的不便或其它無線通信方式需要較大功率的電源、防爆性差及易導致信號泄漏、干擾等問題，加強了在易燃易爆環(huán)境下的安全可靠性。系統(tǒng)輸出為PROFIBUS總線信號方式，為后續(xù)的加氫監(jiān)控提供了方便的接口。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一實施例中數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明一實施例中數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明一實施例的加氫機與車載儲氫瓶間紅外無線通信示意圖；
[0019]其中:lIrDA接收模塊；2隔離模塊；3解碼模塊；4PR0FIBUS模塊；5第二電源模塊；6CAN信號收發(fā)模塊；7編碼模塊；8IrDA發(fā)送模塊；9第一電源模塊；10加氫口 ；11溫度、壓力傳感器；12車載儲氫瓶；13加氫槍；14加氫機PLC ；15加氫程序。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0021]一種加氫機與燃料電池汽車之間的通信系統(tǒng)，包括分別安裝在燃料電池汽車上的數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)和安裝在加氫機上的數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)。
[0022]如圖1所示，數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)中包括第一電源模塊9、依次連接通信的CAN信號收發(fā)模塊6、編碼模塊7和IrDA發(fā)送模塊8。第一電源模塊9用于為數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)提供工作電源，其電源電壓大小不限，本實施例中，第一電源模塊9為燃料電池汽車車載電源，其分別與CAN信號收發(fā)模塊6、編碼模塊以7及IrDA發(fā)送模塊8相連以提供12V工作電源，以避免需升壓或降壓會增加系統(tǒng)部件。CAN信號收發(fā)模塊6、編碼模塊7和IrDA發(fā)送模塊8通信連接，本實施例中，數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)內(nèi)部溫度、壓力數(shù)據(jù)均為有線傳送，CAN信號收發(fā)模塊6、編碼模塊7和IrDA發(fā)送模塊8通過連接導線依次串接而成，CAN信號收發(fā)模塊6采用IS01050模塊，編碼模塊7采用STM32F103RBT6 (CPU), IrDA發(fā)送模塊8采用T0IM4232芯片。CAN信號收發(fā)模塊6將實時采集的車載儲氫瓶12 (見附圖3)內(nèi)的壓力和溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN協(xié)議格式，并通過CAN總線發(fā)送到編碼模塊7 ;編碼模塊7為編碼器，以接受CAN信號收發(fā)模塊6的數(shù)據(jù)信號，完成數(shù)據(jù)解析和編碼，并將編碼后的數(shù)據(jù)傳送至IrDA發(fā)送模塊8 ； IrDA發(fā)送模塊8完成將數(shù)據(jù)以紅外信號形式發(fā)出，完成儲氫瓶內(nèi)溫度和壓力數(shù)據(jù)采集、編碼、及紅外發(fā)送過程。
[0023]如圖2所示，數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)中包括第二電源模塊，IrDA接收模塊1、隔離模塊2、解碼模塊3和PR0FIBUS模塊4，第二電源模塊用于為數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)提供工作電源，其電源電壓大小不限，本實施例中，第二電源模塊由加氫機提供，其分別與IrDA接收模塊1、隔離模塊2、解碼模塊3和PR0FIBUS模塊4相連以提供24V電源。IrDA接收模塊1、隔離模塊2、解碼模塊3和PR0FIBUS模塊4依次連接，本實施例中，數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)內(nèi)部溫度、壓力數(shù)據(jù)均為有線傳送，IrDA接收模塊1、隔離模塊2、解碼模塊3和PR0FIBUS模塊4通過連接導線依次串接而成，其中IrDA接收模塊I采用T0M4232芯片，解碼模塊3采用STM32F103RBT6(CPU), PR0FIBUS模塊4采用VPC3+芯片，隔離模塊2采用MTL7758+安全柵。加氫機上的IrDA接收模塊I接收來自燃料電池汽車上IrDA發(fā)送模塊8發(fā)送的紅外信號；同時通過連接導線將信號送至解碼模塊3完成數(shù)據(jù)解碼；解碼后的信號再通過連接導線將信號送至PR0FIBUS模塊4，并將解碼后的信號轉(zhuǎn)換為PR0FIBUS協(xié)議數(shù)據(jù)格式；然后將數(shù)據(jù)信號傳送至加氫機的PLC (Programmable logic controller,可編程序控制器),完成整個數(shù)據(jù)接收過程。隔離模塊2完成數(shù)據(jù)通信及電的隔離，保護系統(tǒng)安全。
[0024]同時，如圖3所示，IrDA發(fā)送模塊8安裝在固定卡箍上，然后套入受氣頭，并通過卡緊受氣頭的固定螺母將受氣頭固定于車輛側(cè)面的鋼板上，IrDA接收模塊I安裝在加氫槍13頭部的外圈環(huán)狀區(qū)，當安裝IrDA接收模塊的加氫槍13插入安裝IrDA發(fā)送模塊8的受氣頭上的加氫口 10，在完成加氫的同時，發(fā)送模塊8和接收模塊I間同步完成紅外信號發(fā)送和接收過程。
[0025]本發(fā)明所示的加氫機與燃料電池汽車之間的通信系統(tǒng)的具體工作過程如下。
[0026]如圖3所示，溫度、壓力傳感器11均安裝在車載儲氫瓶12的瓶閥上，以測量瓶內(nèi)的溫度和壓力，并將溫度和壓力值以電流或電壓信號送至數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)，在燃料電池汽車上，用導線分別依次串接經(jīng)良好固定的溫度壓力傳感器11、CAN信號收發(fā)模塊6、編碼模塊7和緊挨加氫口 10安裝的IrDA發(fā)送模塊8，并由第一電源模塊9 (即車載電源)提供12V電壓。在加氫機上，用導線分別依次串接緊挨加氫槍13安裝的IrDA接收模塊1、隔離模塊2、解碼模塊3、PR0FIBUS模塊4和加氫機PLC14，并由第二電源模塊5 (即加氫機電源)提供24V電。安裝和連接完成后，當加氫槍13插入燃料電池汽車的加氫口 10開始加氫后，車載儲氫瓶12內(nèi)的壓力和溫度變化分別通過安裝于瓶口的壓力和溫度傳感器11，以電壓信號經(jīng)導線傳送至CAN信號收發(fā)模塊6，CAN信號收發(fā)模塊將電壓信號轉(zhuǎn)換成CAN協(xié)議格式，并通過CAN總線發(fā)送到編碼模塊7，編碼模塊7經(jīng)數(shù)據(jù)解析及信號轉(zhuǎn)換后，將信號傳送至固定于加氫口 10附近的IrDA發(fā)送模塊8，IrDA發(fā)送模塊8完成將溫度、壓力數(shù)據(jù)實時以紅外信號形式向外發(fā)送。在加氫機側(cè)，固定于加氫槍13上的IrDA接收模塊I,接收IrDA發(fā)送模塊8發(fā)出的紅外信號，然后以485通訊方式將其傳送至解碼模塊3，由解碼模塊3對紅外信號進行解碼并將信號傳送至PROFIBUS模塊4，再轉(zhuǎn)換為PROFIBUS協(xié)議數(shù)據(jù)格式，然后再以電壓信號形式將溫度和壓力數(shù)據(jù)傳送至加氫機PLC14，加氫機將據(jù)此執(zhí)行加氫程序15以控制加氫的速率及啟停。溫度和壓力數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，貫穿整個加氫過程，直至燃料電池汽車車載儲氫瓶12加氫結(jié)束，加氫槍13脫離加氫口為止。
[0027]本發(fā)明為燃料電池汽車車載儲氫瓶12的溫度、壓力數(shù)據(jù)設計了 CAN信號接收、傳送、解析、轉(zhuǎn)換及紅外信號發(fā)送系統(tǒng)；為加氫機設計了紅外信號接收、解碼、傳送的接收系統(tǒng)，從而在加氫機和燃料電池汽車間實現(xiàn)紅外無線通信方式，減少了由于有線通信而產(chǎn)生的電耦合故障概率，增強了數(shù)據(jù)傳送的可靠性、便利性和安全性，且具有IrDA紅外接口的設備都可以使用本產(chǎn)品實現(xiàn)與現(xiàn)場總線PROFIBUS的互連。用戶不必了解PROFIBUS技術(shù)細節(jié)，不需要復雜編程，即可在短時間內(nèi)實現(xiàn)紅外無線連接通信。
[0028]上述的對實施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，其特征在于:包括安裝在燃料電池汽車上的數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)以及安裝在加氫機上數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)； 所述數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)包括第一電源模塊、依次通信連接的CAN信號收發(fā)模塊、編碼模塊和IrDA發(fā)送模塊，所述第一電源模塊分別與所述CAN信號收發(fā)模塊、編碼模塊以及IrDA發(fā)送模塊相連以提供工作電源；所述CAN信號收發(fā)模塊實時采集車載儲氫瓶內(nèi)溫度和壓力值并發(fā)送至所述編碼模塊處理，所述編碼模塊接受所述CAN信號收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)信號，完成數(shù)據(jù)解析和編碼并將編碼后的數(shù)據(jù)傳送至IrDA發(fā)送模塊；所述IrDA發(fā)送模塊位于所述加氫口處以將數(shù)據(jù)以紅外信號形式發(fā)出； 所述數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)包括第二電源模塊、依次通信連接的IrDA接收模塊、解碼模塊和PROFIBUS模塊，所述第二電源模塊分別與所述IrDA接收模塊、解碼模塊以及PROFIBUS模塊相連以提供工作電源；所述IrDA接收模塊固定于加氫槍上以接收所述IrDA發(fā)送模塊發(fā)送的紅外信號并發(fā)送至所述解碼模塊處理，所述解碼模塊完成數(shù)據(jù)接收和解碼并將解碼后的信號送至PROFIBUS模塊，所述PROFIBUS模塊將解碼后的信號轉(zhuǎn)換為PROFIBUS協(xié)議數(shù)據(jù)格式并將數(shù)據(jù)信號傳送至加氫機處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)還包括隔離模塊，所述隔離模塊分別與所述第二電源模塊、IrDA接收模塊以及解碼模塊相連以完成數(shù)據(jù)通信及電的隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，其特征在于:所述CAN信號收發(fā)模塊、編碼模塊和IrDA發(fā)送模塊之間依次經(jīng)由導線連接，所述IrDA接收模塊、隔離模塊、解碼模塊和PROFIBUS模塊之間依次經(jīng)由導線連接，數(shù)據(jù)采集發(fā)送子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)內(nèi)部溫度、壓力數(shù)據(jù)均為有線傳送。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，其特征在于:所述CAN信號收發(fā)模塊采用IS01050模塊，所述編碼模塊采用STM32F103RBT6，所述IrDA發(fā)送模塊采用T0M4232芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，其特征在于:所述IrDA接收模塊采用T0M4232芯片，解碼器采用STM32F103RBT6 (CPU),隔離模塊采用MTL7758+安全柵，PROFIBUS模塊采用VPC3+芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，其特征在于:所述IrDA發(fā)送模塊經(jīng)由固定卡箍設置于車輛受氣頭上；所述IrDA接收模塊位于加氫槍頭部的外圈環(huán)狀區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述加氫機與燃料電池汽車之間的實時通信系統(tǒng)，其特征在于:所述第一電源模塊提供的工作電源電壓大小為12V，所述第二電源模塊提供的工作電源電壓大小為24V。
【文檔編號】G08C23/04GK103944634SQ201410133619
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】周偉, 張存滿, 呂洪, 樂煜 申請人:同濟大學, 上海舜華新能源系統(tǒng)有限公司