大數據時代物聯網在電動自行車上的應用

薛天驕，婁井國（ 南京郵電大學 江蘇 南京 0046，江蘇新日電動車股份有限公司 江蘇 無錫 40 ）

大數據時代物聯網在電動自行車上的應用

薛天驕1，婁井國2
（ 1南京郵電大學 江蘇 南京 210046，2江蘇新日電動車股份有限公司 江蘇 無錫 214101 ）

本文闡述了大數據時代電動車車聯網的概念。將傳統電動自行車運行過程中采集到的各種物理信號，通過GPS的實時定位功能以及移動通信的實時傳輸手段，傳到云端存儲。并借助物聯網技術和手機的應用程序，對電動自行車的位置、狀態等進行監控、分析和控制，從而改善電動自行車的用戶體驗并提高生產商的信息化水平，為設計出更好的電動自行車提供了技術支持。

電動自行車；移動通信；物聯網；大數據；云存儲

0　概述

截止2014年底，我國已擁有2億輛電動自行車，并且每年新增3500輛，傳統的電動自行車上，一般都能夠采集電動自行車運行過程中的速度、電池電壓（容量）等運行數據，這些數據只能顯示給使用者現場觀察，本車沒有存儲功能，整車廠都相關鏈條無法利用這些數據。隨著移動通訊及物聯網技術的發展，把這些數據即時發送到云端變得簡單。大數據時代，服務器能夠提供海量的存儲功能，可以把大量整車運行數據及時從電動自行車傳送到物聯網上，并存儲起來；使用GPS或北斗系統，對電動自行車進行實時定位，在智能手機上安裝相關的APP，使用無線通訊技術與電動自行車的操作系統進行數據交互，對電動自行車的使用、維護、安全提供服務。這些長期積累的數據，又可以為生產廠家的系統化改良和服務提供數據支持。

1　發展歷史

最初，車聯網技術主要應用于汽車行業，2011年的“兩客一危”首先試驗，利用我國自主研發的衛星定位系統——北斗系統，來監測旅游大巴和長途客運大巴，以及危險化學品車輛的運動軌跡，從而確保這些車輛的安全運行。近年來隨著電動自行車和智能手機的普及，越來越多的電動自行車廠商將這種物聯網技術運用到了電動自行車上，最初的目的是防盜和定位導航。首次使用車聯網的概念是山東車衛士和移動公司的合作。目前，國內新日、雅迪、愛瑪、綠源等一線電動車企業，均投入大量的技術力量進行研究，并推出了一批物聯網智能電動自行車包括各自的智能手機APP應用程序。

2　原理及組成

2.1智能電動自行車構成

傳統電動自行車由車架、電機、電池、塑件、控制器、充電器等部件組成，智能電動自行車在外觀上沒有多少變化，主要是由傳統的儀表板換成了智能儀表板；電動車變化較大的是車子的“心臟大腦”部分控制器，內部增加了集通訊、管理、數據儲存、定義于一體的通訊器（內部增加了集藍牙通訊、電源管理、數據儲存、GPS定位模塊于一體的通訊器）。

2.2控制器物理組成

傳統控制器具有的單片機MCU部分、驅動及功率控制部分、欠壓過流管理（保護）部分、儀表顯示部分，電源管理部分、防盜管理（監測）部分，再加上智能電動自行車標志的智能儀表管理顯示、通訊器。

控制器采集的數據一般包括轉把信號、剎車信號、電池電壓信號、電機轉速信號、運行電流信號、燈光信號、故障碼。

2.3通訊器內部模塊

通訊器的設計一般包含以下及個模塊：

CPU模塊：通訊器的控制中心，中央處理器。電源模塊：用于提供通訊器內部器件的各種工作電壓。

定位模塊：用于接收GPS/北斗定位實時信號，計算出實時真實位置。

藍牙模塊：用于接收和發射小功率通訊數字信號，提供短距離數字通訊功能。

移動通訊模塊：帶有SIM卡插槽，通過通訊基站鏈接到物聯網，可以雙向傳輸。

數據存儲模塊：暫存電動自行車的運行狀態等數據。

串口通訊模塊：用于與控制器的通訊，采集車輛實時運行狀態數據、發送操作控制信號及數據。

2.4數據傳輸原理及方式

目前的數據傳輸有三種方式：

第一種為遠程傳輸：主要是把電動自行車的運行數據，通過三大電信運營商（移動公司、聯通、電信）的收費網絡，采用數據流的方式，上傳到物聯網上，為此必須在通訊器內部裝一個SIM卡，保持通訊的唯一性。通訊協議的內容，三大電信運營商各不相同，也不能互換，目前3G、4G都有，3G還有GSM、CDMA等幾種制式。

第二種為短距傳輸：主要是把電動自行車的運行數據與客戶的智能手機鏈接在一起，這個通訊現在基本使用手機的藍牙功能，與車子上的通訊器配對，并通過設置密碼，建立唯一性，使操作更方便，如可以使用手機控制電動自行車解鎖、啟動、設防、尋車、設置最高車速等。部分電動自行車使用WIFI進行通訊的，但這些通訊的距離一般不超過100米，不產生費用。

第三種為衛星數據傳輸，或者叫GPS/北斗定位：主要功能是通訊器的GPS/北斗模塊，不間斷的接受來自天空的GPS/北斗定位信號，計算出車子的準確位置，民用GPS/北斗定位一般可以精確到2米，而且是開放式的，也不產生費用。

2.5車速采集的兩種方法

由于引入了移動通信及物聯網，廠商提供電動自行車車速數據采用二種方法。

第一種方法：使用裝在車子上的傳感器，采集電機轉速、根據輪徑等數據，換算出車子的實際運行速度，采用這種方法，車子只有真正靠自己的電能或騎行，才能采集到車子的速度。

第二種方法，GPS方法：在車子控制器內部的通訊模塊內有一個GPS或者北斗定位系統，原理是收集環地球同步靜止的最少4顆衛星發來的時間信號，計算出該控制器在地球表面的坐標位置A，間隔很短的時間T，再定位計算出坐標位置B，與網絡提供的數字地圖比較，計算出A-B點的距離，再除以時間，計算出車子的速度。類似于我們手機安裝的“咕咚運動”等應用軟件的工作原理，換句話說，只要控制器在地球上移動，就能采集到車子的速度。

目前的智能電動自行車采用第二種方法的居多。

3　運用及操作

3.1客戶操作

對于使用者來說，具備了電動自行車、智能手機、在物聯網及GPS的環境下，就可以靈活的建立一個運營平臺，使用電動自行車的液晶儀表板或智能手機界面進行操作，使用手機操作時，需要下載安裝廠商開發的該車型的APP應用程序，并使用手機藍牙功能進行電動自行車和手機的配對鏈接，設置配對密碼。目前已開發實現以下功能。

TFT顯示界面下載日期時間續航里程運行速度線路導航定位功能GPS/北斗定位CELL-ID RFID定位自助導航定位設防報警功能遠程報警停車看護主動尋車預警配置倒地報警提示功能超速提示電量提示故障警示維護提示欠壓過流

3.2廠商運用

由于大數據的運用，單臺電動自行車的運行情況，技術數據、維護數據、甚至運行區域、軌跡等數據，每時每刻都會傳輸到云端，這些數據的量，基本都是數字信號，而非圖像信號，據統計，一年的數據量不超過2G，在現代大數據面前微不足道，廠商可以通過建立一個管控平臺，一方面為用戶提供更周密的服務，例如，可以根據客戶使用情況，了解總行駛里程，提醒客戶注意輪胎的磨損情況及時更換輪胎。另一方面，了解產品在使用中的不足，統計和找出質量薄弱點進行改良設計。目前已開發實現以下功能。

遠程管控銷售數據鎖定電機生產數據運營大盤備品備件切斷電路市場需求客戶視圖營銷輔助關鍵部件產能優化KPI監控網點規劃電池壽命設計改進管理分析服務數據生命周期新品開發

4　發展方向及趨勢

電動自行車發展的方向，第一是從使用一個控制器完成功率控制、欠壓過流控制、運行信號采集、數據上網傳送等，逐步過渡到把“心臟（控制器）”和“大腦（通訊器）”分開，控制器只完成強電部分，電源逆變、欠壓過流控制等，通訊器完成運行弱電信號采集、數據上網傳送等。第二，把數字信號從目前的線束中分離出來，使用單獨的數據總線。這樣帶來的優勢是，由于強電和弱電分離、驅動與控制分離，大大減少了強電對信號的干擾，提高了數據信號傳輸控制的可靠及速度。通訊技術以4G、5G為基礎，各大電信公司采用一樣的通訊制式及傳輸協議，增加了各大廠商、各大通信公司產品的通用性、兼容性和互換性，節約了社會資源，方便了電動自行車生產者、使用者，還可以做到數據共享，為整個行業、社會的和諧發展、創新發展做出貢獻。

（編輯：傅金睿）

The Telecommunication Applied on Electric Bicycle in Times of Big Data

Xue Tianjiao1， Lou Jinguo2
（ 1 Nanjing University of Posts and Telecommunication， Nanjing 210046，China 2 Jiangsu SunRA Electric Vehicle co.LTD， Wuxi 214101 ， China）

This paper describes the concept of electrical bicycle IoT（In ternet of Things） in the times of big data. It is a new technology that transfer physical signals collected from running bicycles， using GPS real time locate system and telecommunication technology， to the cloud. Moreover， it can monitor， analyze and control the electrical using IoT technology and Mobile phone App. This technology can both improve the users' experience and producers'after-sale service. It also provides technical support for developing better electrical bicycles.

Electric bicycle； Telecommunication；IoT（Internet of Things）； Big Data， Cloud storage

薛天驕，女，江蘇無錫，本科；研究方向：通信工程專業。婁井國，男，天津，本科；研究方向：測控技術與儀器專業。