CN102568183A - 充电桩的无线采集系统及其通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了充电桩的无线采集系统及方法。该系统包括控制中心和至少一个充电站，其特征在于：所述充电站包括充电桩和与该充电桩相连的无线服务装置，所述控制中心用于通过无线网络向各个无线服务装置发送控制指令，接收数据信息并对接收的数据信息进行管理；所述无线服务装置，用于接收无线网络数据，并将接收到的无线网络数据转换为充电桩接口数据后传输给充电桩，并在接收该充电桩发送的接口数据时，将该接口数据转换为无线网络数据后发送给所述控制中心。采用本发明，实现无线网络覆盖充电桩，可靠地传输数据。从而节省了布线成本和布线的空间需求。适应新能源汽车充电桩的未来发展要求，符合现代城市化建设对于拓展无线空间的发展方向。

Description

充电桩的无线采集系统及其通讯方法

技术领域

本发明涉及新能源电动车的充电技术，尤其涉及充电桩的无线采集系统及方法。

背景技术

充电桩是电动力车充电站，外形犹如停车计时秒表一般。一个充电桩可同时为多辆汽车充电，从没电到充满的充电时间一般为6至8小时。充电桩能实现计时、计电度、计金额充电，可以作为市民购电终端。同时为提高公共充电桩的效率和实用性。随着新能源电动汽车的普及，电动汽车充电桩逐渐呈现数量多、分散，但通信数据量小、可靠性要求高等特点。充电桩的数量多、分散，现有的利用有线网络连接控制中心与各个充电桩的数据传输方式已不能适应发展的要求，甚至显得不太现实。而由于经营方式的转变，充电桩运营方需要从控制中心实时获得各个充电桩的经营情况，实现即时收费。故此，这些交易信息非常重要，信息的丢失或出错都会给运营方带来混乱。现有的数据传输方式，已经难以满足对交易信息的可靠、安全传输。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了充电桩的无线采集系统及方法，能够实现无线网络覆盖充电桩，可靠地传输数据。

本发明提供了充电桩的无线采集系统，包括控制中心和至少一个充电站，其特征在于：所述充电站包括充电桩和与该充电桩相连的无线服务装置，所述控制中心用于通过无线网络向各个无线服务装置发送控制指令，接收数据信息并对接收的数据信息进行管理；

所述无线服务装置，用于接收无线网络数据，并将接收到的无线网络数据转换为充电桩接口数据后传输给充电桩，并在接收该充电桩发送的接口数据时，将该接口数据转换为无线网络数据后发送给所述控制中心。

相应地，本发明还提供了充电桩的无线采集系统的通信方法，所述充电桩的无线采集系统包括控制中心和至少一个充电站，其中，包括：

控制中心通过无线网络向各个充电站发送充电桩的数据和控制指令；

充电站将接收到的无线网络数据转换为充电桩的接口数据，通过充电桩的接口传输给该充电桩。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明首创了运用光载无线网络技术对充电桩进行数据传输和管理。优选地，采用标准的WiFi无线局域网技术，一个WiFi远端交换机即可无线覆盖50～100米，同时满足10～20个充电桩的数据通信要求，从而节省了布线成本和布线的空间需求。适应新能源汽车充电桩的未来发展要求，符合现代城市化建设对于拓展无线空间的发展方向。

发明内容

图1是本发明一种充电桩的无线采集系统的示意图；

图2是本发明一种充电桩的无线采集系统的总体示意图；

图3是本发明一种充电桩的无线采集系统的实施例的网络系统示意图；

图4是本发明一种充电桩的无线采集系统的实施例的充电站的示意图；

图5是本发明一种充电桩的无线采集系统的故障检测流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

图1是本发明一种充电桩的无线采集系统的示意图，包括控制中心和至少一个充电站，其中，所述充电站包括充电桩和与该充电桩相连的无线服务装置，所述控制中心用于通过无线网络向各个无线服务装置发送控制指令，接收数据信息并对接收的数据信息进行管理；

所述无线服务装置，用于接收无线网络数据，并将接收到的无线网络数据转换为充电桩接口数据后传输给充电桩，并在接收该充电桩发送的接口数据时，将该接口数据转换为无线网络数据后发送给所述控制中心。

本发明结合光载无线技术、WiFi局域网技术和无线数据采集与传输技术，首创了一种电动汽车充电桩无线数据采集系统。采用光载无线技术，通过光纤传输WiFi射频信号，可以将WiFi射频信号通过光纤有线覆盖200米～5000米。同时由于WiFi接入点集中在中心控制室、以及远端单元功能单元的简化，使WiFi的接入控制、认证和管理都集中在控制中心，有效提高了系统的可靠性、安全性和灵活性，适应电动汽车充电桩具有数量多、分散，但通信数据量小、可靠性要求高等特点。由于充电桩采用的数据格式与WiFi局域网的无线网络信息不同，故此，需要无线服务装置，实现所述充电桩的接口数据和无线网络数据相互转换。

图2是本发明一种充电桩的无线采集系统的总体示意图。与图1相比，图2采用了多个远端服务装置，所述光载无线网络通过光纤线路连接多个远端服务装置，可以增大无线网络的覆盖范围。

所述控制中心与各个无线服务装置之间通过光载无线交换装置和远端服务装置相连，设置在控制中心的光载无线交换装置，用于将控制中心的网络数据转换成无线局域网数据，并将接收到的无线局域网数据转换成网络数据发送给控制中心；

设置在一个服务区内并与该服务区的无线服务装置相连的远端服务装置，用于无线覆盖该服务区域内的无线服务装置；

所述光载无线交换装置与各个服务区的远端服务装置通过光纤连接。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案：所述光载无线交换装置采用光载无线交换机，所述远端服务装置采用远端单元（例如无线路由），所述的光载无线网络系统由放置在控制中心的光载无线交换机、放置在充电桩附近的远端单元，以及连接二者的光纤线路构成。所述光载无线交换机由WiFi接入点（AP）、收发分离单元、光电/电光转换模块构成。所述远端单元由光电/电光转换模块、低噪声放大器、功率放大器、双工器和辐射天线构成。

优选地，所述无线服务装置采用WiFi设备服务器，它带有RS485串行接口和WiFi适配器的嵌入式设备，具有实现串行接口数据和网络数据相互转换的功能。即WiFi设备服务器将串行接口RS485接收的数据转换成WiFi无线网络数据包，并通过WiFi适配器无线发送出去； WiFi设备服务器将通过WiFi适配器无线接收的网络数据包转换为串行数据，并通过串行接口RS485发送给充电桩。所述电动汽车充电桩为带有RS485串行接口的普通电动汽车充电桩。

所述WiFi设备服务器安装在电动汽车充电桩内，WiFi设备服务器的RS485串行接口与电动汽车充电桩的RS485串行接口相连，实现电动汽车充电桩数据的无线传输。

控制中心发送给电动汽车充电桩的数据和控制指令，通过WiFi无线网络发送给电动汽车充电桩上的WiFi设备服务器，然后由WiFi设备服务器转换为RS485串口通信格式数据，由RS485接口传送给电动汽车充电桩；电动汽车充电桩需要上传的数据先通过RS485串行接口发送给WiFi设备服务器，由WiFi设备服务器转换为网络数据，再通过WiFi无线局域网发送给控制中心。

一个远端单元覆盖50～100米的直线距离，满足10～20个电动汽车充电桩的数据通信要求。标准的WiFi无线局域网络采用802.11b/g，工作于2.4GHz频段。光载无线交换机、光纤线路、远端单元以及电动汽车充电桩中的WiFi设备服务器构成一个完整的WiFi光载无线局域网络。

图3是本发明一种充电桩的无线采集系统的实施例的网络系统示意图；

所述无线服务装置主要包括：

连接在所述充电桩的接口与所述远端服务装置之间的WiFi适配单元，用于将从所述充电桩接收到的接口数据转换成无线数据包，发送给所述远端服务装置；所述WiFi适配单元，还用于将接收到的无线数据包转换为接口数据，通过该接口传输给所述充电桩。

如图3所示光载无线网络系统由光载无线交换机100、光纤线路105、远端单元110以及辐射天线115构成。光载无线交换机100由WiFi接入点（AP）201、收发分离单元202、光电/电光转换单元203构成。远端单元110由光电/电光转换单元204、低噪声放大器（LNA）205、功率放大器（PA）206、双工器207构成。WiFi接入点（AP）201、收发分离单元202、光电/电光转换单元203中的电/光转换模块、光纤线路105、以及光电/电光转换单元204的光/电转换模块、功率放大器（PA）206、双工器207、辐射天线115构成光载无线网络系统的下行链路。辐射天线115、双工器207、低噪声功率放大器（LNA）205、光电/电光转换单元204的电/光转换模块、光纤线路105、光电/电光转换单元203中的光/电转换模块、收发分离单元202 、WiFi接入点（AP）201构成光载无线网络的上行链路。

光载无线网络系统通过光纤线路增大了WiFi无线网络的覆盖范围。本发明的实施例中，光纤线路105长度为2000米。

控制中心发送给电动汽车充电桩的数据和控制指令，通过WiFi无线网络发送给电动汽车充电桩上的WiFi设备服务器，然后由WiFi设备服务器转换为RS485串口通信格式数据，由RS485接口传送给电动汽车充电桩；电动汽车充电桩需要上传的数据先通过RS485串行接口发送给WiFi设备服务器，由WiFi设备服务器转换为网络数据，再通过WiFi无线局域网发送给控制中心。

图4是本发明一种充电桩的无线采集系统的实施例的充电站的示意图。

所述WiFi适配单元还包括终端加密单元和/或终端解密单元，所述加密单元用于在发送无线数据包之前，先对该无线数据包进行加密；所述解密单元用于在接收到无线数据包之后，对该无线数据包进行解密；

所述光载无线交换装置包括与所述终端加密单元相对应的控制端解密单元和/或与所述终端解密单元相对应的控制端加密单元，所述光载无线交换装置与所述无线服务装置采用相同的加密方式，用于对无线数据包进行加密传输；

各个远端服务装置包括地址绑定单元，用于通过MAC地址绑定各自服务区域内的预设数个无线服务装置。

优选地，电动汽车充电桩120由普通电动汽车充电桩300、RS485连接线301、WiFi设备服务器310、辐射天线320构成。其中WiFi设备服务器310由RS485串行接口311、微处理器（MCU）315、随机存储器（DDR）314、非易失存储器（Flash）312、WiFi适配器313构成。WiFi设备服务器310实现RS485串口数据转WiFi无线网络数据的功能，实现将串行数据到WiFi网络数据的转换。串行接口301采用RS485接口标准。本实施例中，RS485串口数据波特率设置为9600bps。WiFi设备服务器310将通过WiFi适配器313接收的无线网络数据转换为RS485标准的串行接口数据，通过串行接口301发送给充电桩300。充电桩300将要发送的数据转换为RS485标准的串行数据，通过串行接口301发送给WiFi设备服务器310，WiFi设备服务器将串行数据转换为网络数据，通过WiFi适配器313以无线方式发送出去。由于在无线交换路由和WiFi适配器之间采用了加密的数据传输方式，而在无线网络传输方面又采用了MAC地址绑定各个服务区域内的预设数个（有限个）WiFi设备服务器，从而使得整个无线采集系统的通信更加安全，通信数据不易被窃取或篡改。

本发明的实施例中，微处理器（MCU）315采用ARM处理器，WiFi设备服务器310的无线网络设置成802.11b标准模式。

所述系统管理装置通过光载无线网络系统与各个无线服务装置进行数据传输的步骤中，所述数据信息包括交易信息和/或故障信息。本发明充电桩的无线采集系统可用于无线采集充电桩的数据及设备故障诊断。下面以本发明的无线采集系统为基础，说明其通讯方法。

一种充电桩的无线采集系统的通信方法，所述充电桩的无线采集系统包括控制中心和至少一个充电站，其中，包括：

S101：控制中心通过无线网络向各个充电站发送充电桩的数据和控制指令；

S102：充电站将接收到的无线网络数据转换为充电桩的接口数据，通过充电桩的接口传输给该充电桩。

步骤S101和步骤S102为下行数据传输方法，本方法实现了控制中心通过无线局域网技术向各个充电站发送数据信息的功能。另外，优选地，采用标准的802.11b/g的WiFi无线局域网络，便于数据的可靠、安全传输，也有利于与互联网或电信网络进行对接。

S201: 通过光纤将充电桩的数据和控制指令发送到各个服务区域内的远端服务装置。

S202: 所述远端服务装置将所述数据和所述控制指令转换成无线数据包，通过无线局域网技术传输到各个充电站。

S203：充电站将接收到的无线网络数据转换为充电桩的接口数据，通过充电桩的接口传输给该充电桩。

 需要说明的是，上述步骤增加了远端服务装置作为中转媒介，为了实现上述技术方案，所述远端服务装置可采用无线路由。在控制中心与无线路由之间采用光纤连接，便于数据信息的快速传输；在无线路由与各个充电站之间，通过无线覆盖进行信息传输，有利于节省布线成本。光载无线网络通过光纤线路增大了WiFi无线网络的覆盖范围。

S301：所述充电桩根据控制指令，将需要上传的数据信息转换成无线数据包；

S302：通过无线网络将所述无线数据包转换成数据信息发送回所述控制中心。

步骤S301和步骤S302为上行数据传输方法，本方法实现了各个充电站将各自的充电桩数据通过无线局域网技术发送给控制中心的功能。需要说明的是，各个充电桩可以按照预设的程序上传数据信息，可以在接收到控制中心发出的下行的指令信号后，根据所述指令信号有选择性地传送相应数据信息。这里所说的数据信息包括该充电桩的交易信息和故障信息。通过同时实现无线采集系统的上行和下行的数据传输，本发明能够让控制中心与各个充电站之间进行双向的交互通信，从而进一步地实现了控制中心对各个充电站的管理，包括对各个充电桩的经营情况的收集和统计，以及对各个充电桩的运行状态进行跟踪与检测。

S401：所述充电桩根据控制指令，将需要上传的数据信息转换成无线数据包；

S402：各个充电站将无线数据包通过无线局域网技术传输回远端服务装置；

S403：各个服务区域内的所述远端服务装置通过光纤将所述无线数据包转换成数据信息，通过光纤传输回所述控制中心。

类似的，借助远端服务装置对数据进行中转，有利于扩大WiFi无线网络的覆盖范围。

当将数据信息转换成无线数据包时，对该无线数据包进行加密；

当将无线数据包转换成数据信息时，采用所述预设的加解密方式对该无线数据包进行解密。

进一步地，为了保障各个充电桩的数据信息安全地传输，本发明对无线数据包进行加密。更进一步的，各个远端服务装置通过MAC地址绑定各自服务区域内的预设数个无线服务装置，防止了对数据信息的人为窃取。

所述系统管理装置通过光载无线网络系统与各个无线服务装置进行数据传输的步骤中，所述数据信息包括故障信息。图5是本发明一种充电桩的无线采集系统的故障检测流程图。下面结合图5对本充电桩的无线采集系统的故障检查过程做一举例说明。

主机（主机为一台电脑主机，通过有线或无线方式接入光载无线网络系统）定时通过光载无线网络向充电桩发送请求帧，请求获取充电桩的数据和工作状态，充电桩收到请求帧后，在5秒内响应请求，主机收到响应数据，处理数据并上传给充电桩数据处理中心；如主机在5秒内接收不到充电桩的响应数据，启动故障检测程序，判断是与该充电桩相连的WiFi设备服务器（A）出现故障，还是WiFi接入点（AP）出现故障。

故障检测程序首先通过网络读取WiFi接入点（AP）的接入设备信息，如AP点的接入设备信息不正常，则判断AP点故障，远程执行复位AP点的操作，修复AP点，并记录故障信息和报警提示；如AP点接入设备信息正常，执行Ping操作，Ping与充电桩连接的WiFi设备服务器（A），如WiFi设备服务器（A）应答正常，则该WiFi设备服务器工作正常；如WiFi设备服务器（A）应答不正常，则Ping与其它充电桩相连的WiFi设备服务器（B），如WiFi设备服务器（B）应答正常，则判断WiFi设备服务器（A）故障，并报警提示；如WiFi设备服务器（B）应答不正常，则判断WiFi接入点（AP）故障，执行复位AP，修复AP，并记录故障及报警提示。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电桩的无线采集系统，包括控制中心和至少一个充电站，其特征在于：所述充电站包括充电桩和与该充电桩相连的无线服务装置，所述控制中心用于通过无线网络向各个无线服务装置发送控制指令，接收数据信息并对接收的数据信息进行管理；

所述无线服务装置，用于接收无线网络数据，并将接收到的无线网络数据转换为充电桩接口数据后传输给充电桩，并在接收该充电桩发送的接口数据时，将该接口数据转换为无线网络数据后发送给所述控制中心。

2.根据权利要求1所述的充电桩的无线采集系统，其特征在于：所述控制中心与各个无线服务装置之间通过光载无线交换装置和远端服务装置相连，

设置在控制中心的光载无线交换装置，用于将控制中心的网络数据转换成无线局域网数据，并将接收到的无线局域网数据转换成网络数据发送给控制中心；

设置在一个服务区内并与该服务区的无线服务装置相连的远端服务装置，用于无线覆盖该服务区域内的无线服务装置；

所述光载无线交换装置与各个服务区的远端服务装置通过光纤连接。

3.根据权利要求2所述的充电桩的无线采集系统，其特征在于，所述无线服务装置主要包括：

连接在所述充电桩的接口与所述远端服务装置之间的WiFi适配单元，用于将从所述充电桩接收到的接口数据转换成无线数据包，发送给所述远端服务装置；所述WiFi适配单元，还用于将接收到的无线数据包转换为接口数据，通过该接口传输给所述充电桩。

4.根据权利要求3所述的充电桩的无线采集系统，其特征在于：

所述WIFI适配单元还包括终端加密单元和/或终端解密单元，所述加密单元用于在发送无线数据包之前，先对该无线数据包进行加密；所述解密单元用于在接收到无线数据包之后，对该无线数据包进行解密；

所述光载无线交换装置包括与所述终端加密单元相对应的控制端解密单元和/或与所述终端解密单元相对应的控制端加密单元，所述光载无线交换装置与所述无线服务装置采用相同的加密方式，用于对无线数据包进行加密传输；

各个远端服务装置包括地址绑定单元，用于通过MAC地址绑定各自服务区域内的预设数个无线服务装置。

5.根据权利要求1至4任一项所述的充电桩的无线采集系统，其特征在于，所述控制中心用于通过无线网络向各个无线服务装置发送控制指令，接收数据信息并对接收的数据信息进行管理步骤中，接收的所述数据信息包括交易信息和/或故障信息。

6.一种充电桩的无线采集系统的通信方法，所述充电桩的无线采集系统包括控制中心和至少一个充电站，其特征在于，包括：

控制中心通过无线网络向各个充电站发送充电桩的数据和控制指令；

充电站将接收到的无线网络数据转换为充电桩的接口数据，通过充电桩的接口传输给该充电桩。

7.根据权利要求6所述的充电桩的无线采集系统的通信方法，其特征在于，控制中心通过无线网络向各个充电站发送充电桩的数据和控制指令的步骤，包括：

通过光纤将充电桩的数据和控制指令发送到各个服务区域内的远端服务装置；

所述远端服务装置将所述数据和所述控制指令转换成无线数据包，通过无线局域网技术传输到各个充电站。

8.根据权利要求6或7所述的充电桩的无线采集系统的通信方法，其特征在于，还包括：

所述充电桩根据控制指令，将需要上传的数据信息转换成无线数据包；

通过无线网络将所述无线数据包转换成数据信息发送回所述控制中心。

9.根据权利要求8所述的充电桩的无线采集系统的通信方法，其特征在于，所述通过无线网络将所述无线数据包转换成数据信息发送回所述控制中心的步骤，包括：

各个充电站将无线数据包通过无线局域网技术传输回远端服务装置；

各个服务区域内的所述远端服务装置通过光纤将所述无线数据包转换成数据信息，通过光纤传输回所述控制中心。

10.根据权利要求7或9所述的充电桩的无线采集系统的通信方法，其特征在于：

当将数据信息转换成无线数据包时，采用预设的加解密方式对该无线数据包进行加密；

当将无线数据包转换成数据信息时，采用所述预设的加解密方式对该无线数据包进行解密。

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