本文介绍了在动态感应无线电力传输(DIWPT)车道中，自动识别电动自行车并管理其电池充电的无线通信系统的设计、实现和测试。 所提出的系统检查由其RFID标签唯一识别的电动自行车是否被授权从车道线圈接收能量，并采取相应的行动。基于使用连接到线圈上的嵌入式Wi-Fi板，并与一个带有MySQL数据库的中央HTTP服务器进行通信，开发了一种认证机制。所开发的管理系统还提供了其他功能，例如记录每辆电动自行车使用的车道线圈数量，以便进行计费。 在实验室原型上进行的实验测试结果被用来验证所开发的功能，并评估拟议系统提供的服务质量。
相关论文以题为“ Wireless Communication and Management System for E-Bike Dynamic Inductive Power Transfer Lanes ”与2020年9月10日发表在《 Electronics 》上。
自行车作为减少使用内燃机车辆的一种替代办法，可以在应对部分由使用化石燃料造成的气候变化方面发挥重要作用。 与汽车相比，自行车也是一种交通工具，它还能带来其他一些好处，如锻炼身体和改善健康状况，减少停车所需空间，降低购置和维护成本。尤其是电动自行车，或电动自行车，正日益成为满足城市居民出行需求的可持续替代产品。与纯人力驱动的自行车不同，电动自行车使体质较差的人有可能在陡峭的地形和较长的距离上骑行。
然而，与标准道路电动车(EV)的情况类似，在电动自行车中，电池也占了车辆初始成本和生命周期成本的表现部分。 基于电动自行车的自然特性，可以将其归类为电动车，但由于其既可以由人力牵引，也可以由电池提供动力，因此也有利于缓解电池的经济性和环境问题。此外，它们与动态感应无线电力传输（DIWPT）车道系统的配合使用，使其成为通勤和一般轻量级城市交通的无电池电动车的可行选择。
系统设计
在新提出的DIWPT车道系统中，安装在车道上的初级线圈是由放置在电动自行车上的RFID标签的正向读数激活的。当电动自行车在车道上移动时，依次安装在车道上的几个初级线圈为放置在电动自行车上的次级线圈提供能量。该系统避免了创建传统的固定电池充电空间的需要，以及这些空间的拥挤和等待电池充电所需的时间。
图1说明了电动自行车在DIWPT车道系统初级线圈上的基本布置，在这项工作中增加了RFID阅读器，以及它们的拼装读取线圈。
图1.电动自行车 (a)经过改装的电动自行车，其车载能量收集系统定位在DIWPT车道的初级线圈上。(b)2017年在维戈大学进行公开演示的真实原型。
电动自行车反复接收车道的能量，每次进入初级线圈的感应场（图2）。在此期间，动力系统通过从车道上采集的能量进行电动化，如果选择安装电池，动力系统没有使用的多余能量可以用来给该电池充电。如果电动自行车上没有安装电池，那么在线圈间的转换过程中，一个小型的超级电容组会提供能量，这样电动自行车在车道上行驶时，仍然可以一直保持100%的电力供应。出于安全和效率的考虑，只有在需要电力传输时，才应激活初级线圈--即电动自行车在其感应场可能达到的范围内。当检测到并积极识别附着在电动自行车上的RFID标签时，就会设置该条件，当电动自行车离开感应场，导致初级线圈的功率需求低于预先设定的最低水平时，该条件就会自动复位；或者通过超时，考虑到最低自行车速度。
图2.连续一次线圈的DIWPT车道系统的配置。
系统架构
图3展示了本文为构思中的系统提出的架构，以及为其实现所选择的技术。每个主线圈模块上都连接了一块MFRC522 RFID阅读器板，用于读取每个电动自行车上安装的包含唯一UID（用户标识符）的RFID标签，以提供自动车辆识别。RFID阅读器通过SPI（串行外设接口）将UID传输到相关的嵌入式Wi-Fi板。每个Wi-Fi板直接连接到Wi-Fi接入点(AP)，形成一个无线局域网(WLAN)，并允许与连接到数据库的中央服务器进行通信。该服务器可以直接连接到WLAN，也可以通过互联网远程访问。除了连接到车道上的每个主线圈的RFID阅读器和Wi-Fi板之外，这些嵌入式板还可以安装在客户服务台，以便执行与用户账户管理相关的功能。
图3.开发系统的架构。
在图3中，电动自行车的移动方向是由右向左。为了便于说明，研究人员可以认为图中所示的两辆电动自行车是从车道最右边的初级线圈开始行驶的（尽管开发的系统允许任何电动自行车从任何初级线圈开始使用车道）。最右边的自行车的RFID标签被同一线圈的RFID阅读器检测到。然后Wi-Fi板向服务器发送认证请求，查询该自行车是否可以使用该线圈提供的能量。然后服务器发回一个认证响应，该响应会被广播到所有嵌入在车道上的Wi-Fi板卡，这些板卡将这些信息存储在本地列表中，以减少网络流量，提高响应时间。
结论
本文提出的无线通信与管理系统，从车辆认证、能耗核算、用户账号管理等方面介绍了一系列支持动态感应无线功率传输(DIWPT)车道系统的功能，足以满足电动自行车的需求。
认证响应由服务器广播给同一局域网内所有控制DIWPT车道模块的Wi-Fi板卡，Wi-Fi板卡将授权状态存储在相应的本地列表中。这意味着，电动自行车路径上的下一个Wi-Fi板卡，大部分时间不需要向服务器发送新的认证请求。 再加上临时授权机制，这种设计方式减少了网络流量，提高了响应时间，有助于提高用户体验。
关于DIWPT车道系统，通过精确测量车道上每个主线圈的能量接收，而不是仅仅显示每个线圈的使用情况，提供一个更全面的计费方法将是有益的。每个线圈的单个能耗可以包含在Wi-Fi板发送的能耗数据包中，然后，每个电动自行车的总能耗可以存储在服务器上。
目前，在服务台执行的用户账户管理功能是通过基于文本的用户界面进行的。为了系统的商业部署，有必要开发新的用户友好的图形用户界面应用程序，以便服务人员和客户使用。
