大数据时代物联网在电动自行车上的应用

薛天骄，娄井国（ 南京邮电大学 江苏 南京 0046，江苏新日电动车股份有限公司 江苏 无锡 40 ）

大数据时代物联网在电动自行车上的应用

薛天骄1，娄井国2
（ 1南京邮电大学 江苏 南京 210046，2江苏新日电动车股份有限公司 江苏 无锡 214101 ）

本文阐述了大数据时代电动车车联网的概念。将传统电动自行车运行过程中采集到的各种物理信号，通过GPS的实时定位功能以及移动通信的实时传输手段，传到云端存储。并借助物联网技术和手机的应用程序，对电动自行车的位置、状态等进行监控、分析和控制，从而改善电动自行车的用户体验并提高生产商的信息化水平，为设计出更好的电动自行车提供了技术支持。

电动自行车；移动通信；物联网；大数据；云存储

0　概述

截止2014年底，我国已拥有2亿辆电动自行车，并且每年新增3500辆，传统的电动自行车上，一般都能够采集电动自行车运行过程中的速度、电池电压（容量）等运行数据，这些数据只能显示给使用者现场观察，本车没有存储功能，整车厂都相关链条无法利用这些数据。随着移动通讯及物联网技术的发展，把这些数据即时发送到云端变得简单。大数据时代，服务器能够提供海量的存储功能，可以把大量整车运行数据及时从电动自行车传送到物联网上，并存储起来；使用GPS或北斗系统，对电动自行车进行实时定位，在智能手机上安装相关的APP，使用无线通讯技术与电动自行车的操作系统进行数据交互，对电动自行车的使用、维护、安全提供服务。这些长期积累的数据，又可以为生产厂家的系统化改良和服务提供数据支持。

1　发展历史

最初，车联网技术主要应用于汽车行业，2011年的“两客一危”首先试验，利用我国自主研发的卫星定位系统——北斗系统，来监测旅游大巴和长途客运大巴，以及危险化学品车辆的运动轨迹，从而确保这些车辆的安全运行。近年来随着电动自行车和智能手机的普及，越来越多的电动自行车厂商将这种物联网技术运用到了电动自行车上，最初的目的是防盗和定位导航。首次使用车联网的概念是山东车卫士和移动公司的合作。目前，国内新日、雅迪、爱玛、绿源等一线电动车企业，均投入大量的技术力量进行研究，并推出了一批物联网智能电动自行车包括各自的智能手机APP应用程序。

2　原理及组成

2.1智能电动自行车构成

传统电动自行车由车架、电机、电池、塑件、控制器、充电器等部件组成，智能电动自行车在外观上没有多少变化，主要是由传统的仪表板换成了智能仪表板；电动车变化较大的是车子的“心脏大脑”部分控制器，内部增加了集通讯、管理、数据储存、定义于一体的通讯器（内部增加了集蓝牙通讯、电源管理、数据储存、GPS定位模块于一体的通讯器）。

2.2控制器物理组成

传统控制器具有的单片机MCU部分、驱动及功率控制部分、欠压过流管理（保护）部分、仪表显示部分，电源管理部分、防盗管理（监测）部分，再加上智能电动自行车标志的智能仪表管理显示、通讯器。

控制器采集的数据一般包括转把信号、刹车信号、电池电压信号、电机转速信号、运行电流信号、灯光信号、故障码。

2.3通讯器内部模块

通讯器的设计一般包含以下及个模块：

CPU模块：通讯器的控制中心，中央处理器。电源模块：用于提供通讯器内部器件的各种工作电压。

定位模块：用于接收GPS/北斗定位实时信号，计算出实时真实位置。

蓝牙模块：用于接收和发射小功率通讯数字信号，提供短距离数字通讯功能。

移动通讯模块：带有SIM卡插槽，通过通讯基站链接到物联网，可以双向传输。

数据存储模块：暂存电动自行车的运行状态等数据。

串口通讯模块：用于与控制器的通讯，采集车辆实时运行状态数据、发送操作控制信号及数据。

2.4数据传输原理及方式

目前的数据传输有三种方式：

第一种为远程传输：主要是把电动自行车的运行数据，通过三大电信运营商（移动公司、联通、电信）的收费网络，采用数据流的方式，上传到物联网上，为此必须在通讯器内部装一个SIM卡，保持通讯的唯一性。通讯协议的内容，三大电信运营商各不相同，也不能互换，目前3G、4G都有，3G还有GSM、CDMA等几种制式。

第二种为短距传输：主要是把电动自行车的运行数据与客户的智能手机链接在一起，这个通讯现在基本使用手机的蓝牙功能，与车子上的通讯器配对，并通过设置密码，建立唯一性，使操作更方便，如可以使用手机控制电动自行车解锁、启动、设防、寻车、设置最高车速等。部分电动自行车使用WIFI进行通讯的，但这些通讯的距离一般不超过100米，不产生费用。

第三种为卫星数据传输，或者叫GPS/北斗定位：主要功能是通讯器的GPS/北斗模块，不间断的接受来自天空的GPS/北斗定位信号，计算出车子的准确位置，民用GPS/北斗定位一般可以精确到2米，而且是开放式的，也不产生费用。

2.5车速采集的两种方法

由于引入了移动通信及物联网，厂商提供电动自行车车速数据采用二种方法。

第一种方法：使用装在车子上的传感器，采集电机转速、根据轮径等数据，换算出车子的实际运行速度，采用这种方法，车子只有真正靠自己的电能或骑行，才能采集到车子的速度。

第二种方法，GPS方法：在车子控制器内部的通讯模块内有一个GPS或者北斗定位系统，原理是收集环地球同步静止的最少4颗卫星发来的时间信号，计算出该控制器在地球表面的坐标位置A，间隔很短的时间T，再定位计算出坐标位置B，与网络提供的数字地图比较，计算出A-B点的距离，再除以时间，计算出车子的速度。类似于我们手机安装的“咕咚运动”等应用软件的工作原理，换句话说，只要控制器在地球上移动，就能采集到车子的速度。

目前的智能电动自行车采用第二种方法的居多。

3　运用及操作

3.1客户操作

对于使用者来说，具备了电动自行车、智能手机、在物联网及GPS的环境下，就可以灵活的建立一个运营平台，使用电动自行车的液晶仪表板或智能手机界面进行操作，使用手机操作时，需要下载安装厂商开发的该车型的APP应用程序，并使用手机蓝牙功能进行电动自行车和手机的配对链接，设置配对密码。目前已开发实现以下功能。

TFT显示界面下载日期时间续航里程运行速度线路导航定位功能GPS/北斗定位CELL-ID RFID定位自助导航定位设防报警功能远程报警停车看护主动寻车预警配置倒地报警提示功能超速提示电量提示故障警示维护提示欠压过流

3.2厂商运用

由于大数据的运用，单台电动自行车的运行情况，技术数据、维护数据、甚至运行区域、轨迹等数据，每时每刻都会传输到云端，这些数据的量，基本都是数字信号，而非图像信号，据统计，一年的数据量不超过2G，在现代大数据面前微不足道，厂商可以通过建立一个管控平台，一方面为用户提供更周密的服务，例如，可以根据客户使用情况，了解总行驶里程，提醒客户注意轮胎的磨损情况及时更换轮胎。另一方面，了解产品在使用中的不足，统计和找出质量薄弱点进行改良设计。目前已开发实现以下功能。

远程管控销售数据锁定电机生产数据运营大盘备品备件切断电路市场需求客户视图营销辅助关键部件产能优化KPI监控网点规划电池寿命设计改进管理分析服务数据生命周期新品开发

4　发展方向及趋势

电动自行车发展的方向，第一是从使用一个控制器完成功率控制、欠压过流控制、运行信号采集、数据上网传送等，逐步过渡到把“心脏（控制器）”和“大脑（通讯器）”分开，控制器只完成强电部分，电源逆变、欠压过流控制等，通讯器完成运行弱电信号采集、数据上网传送等。第二，把数字信号从目前的线束中分离出来，使用单独的数据总线。这样带来的优势是，由于强电和弱电分离、驱动与控制分离，大大减少了强电对信号的干扰，提高了数据信号传输控制的可靠及速度。通讯技术以4G、5G为基础，各大电信公司采用一样的通讯制式及传输协议，增加了各大厂商、各大通信公司产品的通用性、兼容性和互换性，节约了社会资源，方便了电动自行车生产者、使用者，还可以做到数据共享，为整个行业、社会的和谐发展、创新发展做出贡献。

（编辑：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

薛天骄，女，江苏无锡，本科；研究方向：通信工程专业。娄井国，男，天津，本科；研究方向：测控技术与仪器专业。