CN104411376B - 一种利用即付即用技术的太阳能照明方法与装置 - Google Patents

Abstract

公开了利用即付即用技术向消费者提供太阳能照明和电力的设备和方法。即付即用技术允许用户在他们使用设备时在增量的基础上支付家庭电力和照明。付款是利用用户的手机进行的。即付即用照明装置可以包括配置为在被激活时向消费者提供照明的照明模块，以及控制系统，包括处理器和存储器，配置为监视照明装置的使用、跟踪剩余的使用信用并且在没有剩余使用信用时禁用照明装置。

Description

一种利用即付即用技术的太阳能照明方法与装置

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月20日提交的美国临时申请No.61/578,104的权益，该申请的全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及利用即付即用(pay-as-you-go)技术向消费者提供照明和电力的设备及方法。即付即用技术允许用户在他们使用设备时在增量的基础上支付电力和照明付费。付费利用手机进行。

背景技术

目前，超过15亿人无法获得电力。另外，超过40亿人，总人口的大部分，位于社会经济学金字塔的底部–所谓的“金字塔底层”。金字塔底层的家庭把他们收入的多达30％花在昂贵的电池和低质量、基于诸如煤油的危险燃油的光源上，来满足他们的能源需求。每个晚上，孩子们和成年人同样都在他们的家里吸入有害的煤油烟。孩子们靠微弱的煤油灯发奋学习。这些家庭行走数小时到最近的电源给他们的手机充电或购买电池。因此，存在对给金字塔底层的家庭提供灯和能源的安全经济的方式的需求。

移动货币付款系统是已知的。例如，美国专利公开No.2011/0270764描述了利用销售点设备执行电子交易的方法和系统。这个公开描述了允许用户利用用户的手机在销售点设备进行付款。但是，这个申请没有描述对用户的灯或能源使用保持跟踪并允许用户在增量的基础上支付这些服务的方法和设备。

发明内容

在发展中国家剥离电网能源访问的两个最大障碍是：1)缺乏对高性能、高质量太阳能产品的有效消费者融资(financing)；以及2)如果在微薄的销售毛利并且依赖大量销售来对冲这种小的毛利的情况下操作，那么对以盈利为目的的公司而言是无力扩展和成长的。

为了对付这些障碍，本发明人开发出了所公开的用于灯和电力系统的即付即用(PAYG)技术。如图1中所示，通过允许这些家庭以小于他们目前为煤油所付的成本随着时间以小的增量支付照明系统，PAYG技术允许太阳能照明和电力系统在之前依赖煤油照明的家庭的经济能力范围内。把前期付费从$50-60零售价格降至小于$15允许照明系统让超过90％的农村离网型区域在经济上可以接收。灯光系统中集成的硬件和固件调控能源输出并依赖于用户的移动货币支付的收据启用或禁用照明系统。

如图1中所示，照明系统链接到消费者操作的电话。消费者的预付成本<$15并且他们在他们使用照明系统时支付“能源信用”。利用现有的移动货币基础设施，消费者启动经USSD、SMS、SIM应用工具箱(STK)或任何其它协议发送照明系统提供商(在这里是ANGAZA)付费(例如，大约$1.50-2/周)。一旦提供商收到付款，就启动到由消费者操作的手机的语音呼叫。然后，消费者简单地把手机放在照明系统附近，以激活它成比例数量的“能源信用”。利用FSK技术(频移键控–或者通过可听噪声中离散频率变化的信息传输)，高频可听噪声通过手机上的扬声器播放并且被照明系统中的内部麦克风接收。照明系统的电路系统中的麦克风解码嵌在高频噪声中的数据并解锁，并且启用灯规定量的时间。

除了允许照明系统经蜂窝网络的激活，照明系统还存储使用和维护诊断数据并且可以利用蜂窝网络把这些数据发送回提供商。照明系统中的嵌入式扬声器与内部麦克风一起工作，以便把这些使用/诊断数据编码到随后通过消费者的开放语音呼叫通道发送回提供商的高频噪声中。提供商可以跟踪诸如消费者每晚精确地使用多少小时灯或者太阳能面板以什么效率操作的信息。利用这些数据，提供商可以为 其消费者设计更适当的产品以及经到消费者手机的文本信息为他们的具体单元提供自动化的维护反馈–诸如必需的电池替换的通知。跟踪特定灯系统的具体使用的能力还使得用于碳信贷计划的资格能够作为照明系统直接代替煤油使用的证据。

整个双向通信–从消费者启动移动货币支付到提供商和照明系统之间完整的双向数据传送–会花例如大约30秒并且完全是自动化的。

用于向设备提供电力的即付即用电气装置的实施例可以包括配置为当被激活时向设备提供电力的电力模块。该电气装置还可以包括控制系统，该控制系统包括处理器和存储器，配置为当利用使用信用被激活时启用电气装置、监视电气装置的使用、跟踪剩余的使用信用并且在没有剩余使用信用时禁用电气装置。电气装置还可以包括用于给电气装置供电的电池。由电气装置供电的设备可以包括照明单元。电力模块还可以包括连接设备的电气插口。电力模块还可以包括一个或多个LED照明源。

电气装置还可以包括配置为为了通过电话与提供商系统通信而生成可听信号的扬声器，以及配置为为了通过电话与提供商系统通信而接收可听信号的麦克风。电气装置还可以包括配置为给电池充电的太阳能面板。电气装置可以配置为通过与提供商系统通信而更新使用信用信息。电气装置还可以配置为利用SMS文本消息与提供商系统通信。

即付即用照明装置的实施例可以包括配置为在被激活时向消费者提供照明的照明模块。照明装置可以包括控制系统，该控制系统包括处理器和存储器，配置为在利用使用信用被激活时启用照明装置、监视照明装置的使用、跟踪剩余的使用信用并且在没有剩余使用信用时禁用照明装置。照明装置还可以包括用于给照明装置供电的电池。照明模块可以包括连接设备的电气插口。照明模块还可以包括一个或多个LED照明源。

照明装置可以包括配置为为了通过电话与提供商系统通信而生 成可听信号的扬声器，以及配置为为了通过电话与提供商系统通信而接收可听信号的麦克风。照明装置还可以包括配置为给电池充电的太阳能面板。照明装置还可以配置为通过与提供商系统通信而更新使用信用信息。照明装置还可以配置为利用SMS文本消息与提供商系统通信。

用于在即付即用照明装置提供照明的方法的实施例可以包括向用户登记即付即用照明装置、从提供商系统获得用于用户和照明装置的能源信用信息、使照明装置根据能源信用信息提供照明，并且向提供商系统传送关于照明装置的使用信息。用于在即付即用照明装置提供照明的方法还可以包括为照明装置和提供商系统之间的双向通信生成可听信号，并且利用电话发送可听信号。可听信号可以包括识别照明装置位置的数据。

管理即付即用照明装置的方法的另一种实施例可以包括接收与用户相关联的付款消息、编码用于即付即用照明装置的可听消息、经电话网络把编码的消息发送到用户，并且从即付即用照明装置接收可听消息。付款消息可以识别照明装置。

管理即付即用照明装置的方法还可以包括把付款消息与帐号和即付即用照明装置配对。从照明装置接收到的可听消息可以确认由照明装置接收到的编码的可听消息指定照明装置。

管理即付即用照明装置的方法还可以包括启动电话呼叫，以发送编码的消息。编码的消息可以包括主体以及报头、识别消息类型的数字和认证码中的至少一个。编码的消息的主体可以包括软件更新、解锁照明装置的代码，或者识别关于照明装置的技术问题的测试序列。

管理即付即用照明装置的方法还可以包括聚集从多个照明装置接收到的数据、更新用于每个照明装置的简况、基于从用于每个照明装置的简况确定的平均能源使用识别具有逾期未付的付款的照明装置，并且发消息通知用户关于逾期未付的付款和通过分析收集到的数据所确定的诊断信息。

附图说明

图1是所述装置及方法如何可以降低照明系统的初始成本的图。

图2A是根据实施例的太阳能照明系统的部件的图。

图2B是根据实施例的太阳能照明系统的部件的图。

图2C是根据实施例的灯模块的有角度视图的图。

图2D是根据实施例的悬挂灯模块的侧视图的图。

图3是根据实施例的系统控制板的图。

图4A是根据实施例说明PAYG方法中各方之间通信过程流的流程图。

图4B是根据实施例说明各方与后端提供商之间通信过程流的流程图。

图5是根据实施例描述消费者如何与照明系统交互的消费者体验流程图。

图6是根据实施例说明后端提供商系统的处理的流程图。

图7是根据实施例说明照明系统的内部处理的流程图。

具体实施方式

所描述的是利用即付即用技术向消费者提供太阳能照明和电力的设备及方法。在低收入地区，太阳能系统的预付购买价格过于昂贵，但是消费者能负担得起随着时间以小的增量支付这些系统。即付即用技术允许用户在他们使用照明设备时在增量的基础上支付家庭电力和照明。付款是利用由用户操作的手机进行的。如本文所描述的，所述设备和方法允许可能支付不起起太阳能电力和照明的预付成本的用户负担得起这些服务。

图2A、2B、2C和2D示出了根据各种实施例的太阳能灯和电力系统200的部件。太阳能照明系统包括LED灯模块202和太阳能充电系统204。灯模块202包括充电电池206、扬声器208、USB手机充电插孔210、LCD屏幕212、麦克风214以及太阳能面板插孔216。图2C示出 了根据各种实施例的灯模块202的外部有角度视图。图2D示出了灯模块202的外部视图，如被电线挂钩218挂起时所显现的。灯模块202设计成或者利用固定的螺丝孔永久性地安装到消费者家里的天花板上或者利用附连到灯背面的电线挂钩218从绳子或其它物体悬挂。优选地，灯模块202产生足够的光以便明亮地照亮一个房间，使得整个家庭可以通过它来阅读或工作。它提供给房间的周围照明允许人们容易且清楚地移动并彼此交互。

灯模块202可以例如包括2个LED，以产生200流明的光，同时只消耗2W的功率。这些LED可以是CREE宽色散和高效率的LED。由于更低的功耗和更高的恢复性，LED灯优于荧光灯或白炽灯。但是，包括荧光和白炽照明在内的其它照明源可以在有些实施例中使用。

LED灯模块202还可以包括如图3中所示的系统控制板。系统控制板可以包括，例如，微控制器、锂离子充电电路系统、LED驱动和控制电路系统、手机充电电路系统(未绘出)以及音频控制电路系统。系统控制板允许LED照明系统实现如本文所述的即付即用方法。

LED灯模块还包括内部充电电池，诸如锂离子(Li-离子)或磷酸铁锂电池。该电池允许系统整个白天和晚上都产生电力和光。锂离子电池的例子是3.7V的单体电池(single-cell battery)，具有2600mAh的电容和内部电荷保护电路系统。能源信用可以调节充电电池，或者电池可以一直充电并且能源信用调节来自电池的输出。

锂离子充电电路可以使用电池管理集成电路，因此，当太阳能面板电压(例如，5.5V)高于电池电压(例如，3.7V)时，电池充电；这是线性充电器设计。当PV面板电压降至低于电池电压或者一旦电池充满电，电池充电就可以切断。锂电池充电器可以在内部利用微控制器控制，或者使用独立的集成电路芯片。

LED灯模块202还可以包括允许用户控制LED模块的光输出的LED驱动器模块。例如，灯的高设置可以使用LED驱动器–为LED升高电压的降压升压转换器。这可以通过LED阵列(2个LED)提供恒定的电流，以维持恒定的光输出。灯的中等设置可以使用例如555- 定时器，该定时器产生以高频开关LED驱动器集成电路的PWM(脉宽调制)脉冲，以产生较低的亮度。这种配置比仅仅开启LED中的一个更加有效，因为降压升压转换器在两个LED都接通时最有效。在典型的可变太阳光下充电一天之后，灯模块202可以例如在其最亮设置提供4小时的照明、并且在不太亮的设置提供8小时的照明。

LED控制器通过LED控制电流，以维持恒定的光/能源输出。电路的这部分被调节成使得，如果没有“能源信用”剩余，则LED将不开启。

灯模块202还可以包括允许用户使用该系统给他们的电气设备充电的电力插口或适配器，例如，给他们的手机充电。该系统可以对用户所使用的瓦数保持跟踪并且相应地给用户充电。在有些实施例中，灯模块可以利用具有所公开的即付即用技术的电站模块来代替或增强。电站可以用来给用户的电气设备供电、对他们的电力使用保持跟踪并且实现本文所描述的PAYG系统。

该系统可以采用不同类型的计量来以不同的方式在市场上出售该系统。例如，该系统可以采用基于时间的计量，以允许消费者在支付该系统被使用的每个时段，而不是系统消耗的能源量。消费者还可以根据被供电的设备类型或者系统所使用的灯亮度设置来支付由该系统供电的每个设备。照明系统可以记录所消耗的能源、能源被消耗的时段或者其它按单元(per-unit)的信息，并且可以在任何能源信用耗尽之后停用系统。在有些实施例中，可以使用固定的每瓦时或每小时成本。在每小时成本的定价中，对三个小时使用低灯亮度设置可以例如与对相同时段使用高亮度设置花费相同，并且用于给手机充电的成本可以基于电话插入系统多长时间。这些不同类型的计量提供了基于不同定价方案出售照明系统的不同方式。

即付即用技术可以用来收集朝最终清偿价格(pay-off price)积累的付款，到那个时候，消费者不再需要进行支付。以这种先租后买(rent-to-own)模式，在消费者支付最后的价格之后，提供商向单元发送最终的消息，这有效地结束付款周期。最终的消息可以结构化 为为该单元发送大量或无限量的能源信用，从而把消费者费用改成零，或者发送“解锁”代码。作为替代，即付即用技术可以用作需要消费者在他们拥有设备的整个周期内都要付款的订阅服务。

通过允许经电话(优选地是由用户操作的手机)与服务器通信，图3中所示的系统板允许PAYG系统的实现。通信可以利用FSK利用系统控制板的微控制器内的DSP(数字信号处理)或者通过使用BFSK(二进制FSK)利用硬件使能的解调来实现。消息还可以利用MFSK(多个频率)、QAM、PSK、ASK或者任何其它通信方案发送。虽然本公开内容常常提到在提供商和照明单元之间传送消息的音频带编码方案，但是所公开的PAYG系统还可以利用其它通信系统实现。例如，系统控制板可以在音频带信号、文本消息(利用GSM使能的照明系统)或者数据连接(例如：GPRS)中编码消息。

整个通信，或者其任何部分，可以经网络的任意组合进行，包括蜂窝、无格式(plain)旧电话服务(POTS)、互联网以及分组交换网络、互联网语音传输协议(VoIP)等形式。

图3中的系统板包括存储器数据存储设备，例如EEPROM。灯模块202主动地收集、记录并在数据存储设备中存储信息。这种数据可以通过与提供商的双向通信传输，然后被擦除或重写。数据可以在每个通信序列中自动传送到提供商并且不需要消费者知道。

收集到的数据可以包括特定于功能的能源消耗信息，诸如与手机充电相比而言灯所消耗的瓦-时量。数据的其它例子包括由热敏电阻测出的温度信息、诸如效率/容量/寿命的电池监视信息、诸如效率的太阳能面板监视信息，以及诸如每天每小时所使用能源量的实时时钟数据。其它例子包括具体的使用数据–即，灯开启多少小时、在哪天，以及在哪个亮度设置；以及信用信息–即，多少能源信用可用并且被使用。

音频控制器连接到内部麦克风(或者收发器)并且把进入的消息转换成电信号并且连接到把电信号转换成可听音调(tone)的内部扬声器(或者收发器)。放大器和辅助电路系统帮助正确地识别作为 消息和背景噪音关系曲线的一部分的可听音。编码数据的音调可以利用扬声器和麦克风在系统和提供商之间传输。作为替代，直接的物理连接器(例如，电缆)可以用来传送音调。

系统控制板允许灯模块202在多种状态下操作。这些状态可以包括OFF(断开)、以上所述的多个亮度设置，以及“通信模式”。通信模式可以是不同的模式，用户可以利用灯模块202上的物理开关或按钮切换成该状态。这种模式将发信号通知微处理器/麦克风监听并解释来自手机的进入的声音并使得编码能够通过扬声器把数据发送出去。这种不同模式的添加节约了处理功率并且因而节约电池寿命，并缓解总是区分背景噪音和进入的编码FSK数据的需求。

通信模式可以自动被激活一段时间，而不需要消费者干预。这方便了使用，因为消费者不需要手动把设备切换成通信模式。能源消耗可以通过例如以偶然的间隔监听或者通过缓冲音频样本并且只以偶然的间隔处理它们来最小化。在另一种实施例中，单元不能采用通信模式并且可以保持主动，以便通过扫描通信尝试来持续地或者周期性地处理音频。

LED灯模块202可以提供为有效使用和电池消耗进行优化的不同电池模式。例如，模式可以包括完全、节省、存储和死亡。这个特征通过在不同时间切断到照明装置不同部分的电压来管理电池寿命。例如，在完全模式，电池可以用于正常操作，并且在节省模式，电池可以用于有限的操作。在节省模式，电池功率不能用于灯和手机充电，因为功率要节约下来用于微控制器监听周期。这允许消费者通过通信序列向照明装置添加能源信用。在存储模式，能源输出和微控制器监听周期可以禁用，直到被消费者“唤醒”。这是当电池充满电时用于长期存储和运输的有意的(deliberate)模式。最后，当电池完全耗尽并且没有剩余能源用于灯和通信时，电池可以处于死亡模式。

灯模块202还可以包括电池电平指示器。电池电平指示器可以利用现有的照明LED、附加的LED、小显示屏或者内部扬声器实现，以便向消费者传达内部电池的当前电荷电平。灯模块202还可以包括 “能源信用”水平指示器。能源信用指示器可以利用与关于电池电平指示器所描述的相同类型的通信方法实现。这种指示器向消费者传达有多少“能源信用”剩余，以提醒消费者何时需要给即付即用系统补充附加的钱，以保持灯被激活。照明LED可以用颜色来指示不同的设置和功能状态。例如，红色和绿色LED可以用来指示剩余的能源信用。稳定点亮的红灯可以指示所有能源信用都耗尽了。闪烁的红灯可以指示能源信用低。绿灯可以指示足够的能源信用维持正常操作。

灯模块202的小显示屏可以包括照明系统中剩余功率的实时读数，以小时和分钟示出，以指示电池耗尽之前单元中任何剩余的能源。这个读数提供主动的反馈数据，以帮助消费者管理能源消耗。显示屏还可以提供技术支持信息，诸如用于技术支持的序列号和电话号码、与单元关联的当前能源信用、当前电池电荷电平、实时电池功率反馈、太阳能面板电荷强度，等等。

太阳能充电系统204包括太阳能面板。这种太阳能面板可以例如通过高效单晶光伏(PV)电池从太阳捕获能源，并且把它转换成用来给灯模块202的内部锂离子电池充电的电力。这些单晶电池允许设计具有更小的包装尺寸，以便更容易运输和分配，以及在诸如下雨或有云的恶劣天气下更高的能源输出。优选地，太阳能电池封在完全不受天气影响并抗UV的外壳中，在适当的保护下，这种外壳将维持超过20年。PV电池可以在校准的压力和热处理下层压到有效封装否则将又薄又脆弱的电池的保护性衬底。然后，该层压结构可以利用铝框架保护并用防水密封剂密封。太阳能面板可以利用附连的金属支架永久性安装到用户房屋的屋顶，具有从面板延伸到房屋内部的电线，在那里它插入照明单元。

太阳能充电系统204给灯模块202的内部锂离子电池充电。充电电路系统可以与太阳能调节电路系统集成，以降低与印制电路板相关联的制造成本。电池组和相关联的电路系统可以放在灯模块202中，如上所述。下表1概述了太阳能充电系统204的一些属性。

表1

规范	度量
		太阳能技术	封装的单晶体
充电功率	大约2W
		太阳能面板电压	6.5VDC
太阳能面板电流	0.35A
		输出电压	5VDC
连接	同轴电源连接器

在有些实施例中，当消费者在多个照明系统200中投资时，太阳能面板可以菊花式链接到一起。因而，消费者可以在多个房间内创建他们自己的家用照明网络，而不需要大的预付开支。照明系统还很好地适合更大的社团中心、学校以及需要多个灯的企业。在有些实施例中，高功率太阳能系统可以包括用户与之交互的中心“集线器”，以便启用即付即用。灯和其它电器可以全都插入“集线器”，该集线器为所有相关联的电器调节能源输出和能源信用。

太阳能照明系统的操作以及实现即付即用的方法将关于以下过程流程图进一步解释。

通信流程图

图4A是说明PAYG方法中各方之间通信过程流的流程图。1.消费者通过手机启动移动货币付款。2.在提供商(ANGAZA)的移动货币账户中存入交易并且消费者接收付款收据。3.第三方软件系统聚集来自不同移动货币提供商的该提供商的移动货币付款。4.在有些实施例中，这种聚集软件可以是提供商的后端系统的一部分。所有移动货币付款都在一个地方聚集，以便让提供商使用。5.提供商的后端软件系统确认移动货币付款的集合并且启动照明系统的信用/激活的传送。6.提供商通过语音呼叫发送在可听音调中编码的数据。消费者把手机放到灯模块附近，以便向灯模块并且从其发送数据。7. 提供商激活照明系统一定量的“能源信用”并且提供商接收从灯返回的使用和诊断信息数据。

图4B是说明PAYG方法中各方之间的通信过程流并且包括“能源集线器”的流程图。1.消费者通过手机启动移动货币付款。2.在提供商(ANGAZA)的移动货币账户中存入交易并且消费者通过SMS文本接收付款收据。3.提供商的后端软件系统确认移动货币付款的集合并且通过语音呼叫发送在可听音调(例如，FSK)中编码的数据。消费者把手机放到灯模块附近，以便向灯模块并且从其发送数据。例如，数据可以包括能源信用的传送、照明系统的激活，或者二者兼有。4.提供商激活照明系统一定量的“能源信用”并且提供商接收从灯返回的使用和诊断信息数据。5.照明系统在内部跟踪能源使用并且当能源信用的量耗尽时自动停用。能源集线器是基于云的管理系统，该系统从消费者接收付款、自动启动激活呼叫、传送数据、编码和解码FSK数据、建立包括能源使用和付款简况的消费者数据库，并且管理消费者信息交互。在有些实施例中，消费者交互可以通过使用SMS消息自动发生。

消费者体验流程图：

图5是描述消费者如何与照明系统交互的消费者体验流程图。1.消费者通过使用移动货币系统购买照明系统。2.消费者把产品向他们的账户登记。这是通过让消费者向提供商提供照明系统的序列号(有可能作为包装内部或照明系统外部的标签显示)来进行的。消费者可以通过呼叫提供商或者向提供商发信息(SMS)把具有这个序列号及他们手机号码/移动货币账户信息的这种信息发送到提供商。这在提供商的数据库中记录消费者的手机、移动货币账户及他们具体的照明系统之间的离散配对。在这种实施例中，具体手机和具体照明单元之间的配对由后端提供商存储为对应手机号码和照明单元序列号之间的一对一匹配。

在有些实施例中，单个手机不与单个照明单元配对。这允许消 费者操作任何手机来在提供商和他们的照明单元之间进行交易。消费者在经移动货币进行付款时输入他们的照明单元序列号。在双向通信期间，提供商可以识别与提供商通信的照明单元并且如果消费者企图向具有与他们在移动货币支付期间所输入的不同序列号的照明单元添加信用就拒绝向该照明单元提供使用信用。因而，照明单元和移动货币账户之间的配对可以紧接在电话呼叫被启动之前确定。

在还有另一种实施例中，消费者在经移动货币进行支付时不输入他们的照明单元的序列号，并且当音调序列传送发生时在双向通信之前不在单元和付款之间进行直接配对。在音调序列期间，照明单元通过音调向后端提供商系统传送其序列号，然后设置配对。

3.消费者经移动货币基础设施(例如，Kenya中的MPesa)支付能源信用–或者经通信或消息传送协议的信用传送，诸如USSD、SMS文本消息传送、SIM应用工具箱(STK)，等等。通过从他们的移动货币账户把资金传送到提供商的移动货币账户，消费者向提供商发送用于期望数量“能源信用”的付款。消费者还可以手动发送手机号，或者电话号码可以利用消费者的移动货币账户信息自动发送。4.提供商确认消费者移动货币付款的收据并且启动向消费者手机或者消费者指定手机的语音呼叫。作为替代，消费者可以从任何手机启动到提供商的呼叫，以便在他们经移动货币发送付款之后开始这个过程。5.消费者把电话放到单元附近，利用麦克风电话或者不用。来自语音呼叫的可听信号通过电话播放。6.单元中的内部麦克风(或收发器)听到并处理音调。音调或者利用固件或者利用硬件解调来处理。7.照明系统被启用并且消费者使用能源，直到它耗尽或者到时间进行新的支付。8.照明系统在能源信用耗尽时停用。

后端系统过程流程图：

图6是说明后端提供商系统的处理的流程图。1.当消费者经移动货币支付时，提供商自动接收移动货币付款收据(例如，以SMS文本消息的形式)。这个收据内置到移动货币基础设施中，但是提供商可 以或者与第三方软件一起工作或者创建其自己的系统来阻止这些手机并且使它们可以经独立于提供商的API访问。不是SMS而是基于互联网的通知的付款收据可以在有些实施例中使用。在有些实施例中，信用不利用移动货币系统就可以购买。例如，可以使用刮刮卡方法，其中消费者购买代码并且通过文本通知提供商该代码，以验证他们已支付了更多的能源信用。(非常类似于消费者如何购买预付的手机分钟数)。2.提供商的软件把这个SMS收据(或者其它通知)与具体的移动货币账户和消费者配对。从消费者的产品登记，提供商知道哪个照明系统被这个消费者拥有。3.在进行移动货币付款之后，提供商的软件自动地启动提供商和消费者之间的语音呼叫。在有些实施例中，这种呼叫可以由消费者启动。

4.提供商的后端软件将在特定于目标消费者的照明系统的音频信号中编码一个或多个消息(利用FSK或其它调制方案)。这些数据将经电信网络发送，以便从由消费者操作的电话播放。消息可以包括以下信息：允许照明系统识别消息开始(并且同步其符号定时)的报头、识别消息类型(例如，“能源有限更新消息”)的数字、消息主体(例如，利用具体的$/瓦定价结构基于消费者已经支付的金额而为灯购买的“能源信用”的总量)，以及允许照明系统验证具体消息要用于具体照明系统的消息认证代码(例如，利用MD5的HMAC)。可能的调制方案包括：FSK、ASK、PSK，或者其任意组合(例如，QAM)，以调制音频带信号的频率、振幅或相位。数据率可以适于语音呼叫的质量。为了最小化重放欺诈消息，照明系统可以构造成幂等的，使得多个消息具有与单个消息相同的效果。提供商后端贯穿其整个寿命都发送，例如，应用到单元的能源信用的总量，而不是由最近购买所获得的信用量。可以发送到照明系统的其它可能数据包括，例如，软件或配置更新、永久性解锁单元以便不再需要运行任何附加“能源信用”的代码、识别可能的技术问题的测试序列(可以与远端消费者技术支持一起使用)、来自单元的对具体信息的请求(即，可以请求单元编码要利用数据的下一次传送发送回的一天的完整PV充 电循环)。除了把数据发送到照明系统，提供商的软件可以用来直接与消费者通信。消费者可以经他们电话上的触摸音调(DTMF)、SMS、语音或其它来响应。后端基础设施可以工作，以自动实现这种提供商-客户端信息交换。这个的另一个例子可以是直接关于消费者实现的有针对性的市场销售或调查实现。

5.提供商的后端软件还可以从照明系统接收音频带消息。例如，它可以接收确认其到照明系统的命令被成功接收和应用的消息。从照明系统接收到的消息还可以包括可以由提供商的后端软件检查以便验证消息被具体照明系统发送的消息认证码。来自照明系统的消息可以被解码并且利用与用于到照明系统的消息的相同调制方案或者不同的方案起作用–例如，以便允许诊断数据更高位速率的传输。由提供商的后端软件从照明系统接收到的信息可以包括，但不限于，以下：使用数据，例如，消费者每天使用多少小时的灯、以什么亮度设置、在一天当中什么时间、以什么间隔；维护诊断数据，例如，太阳能面板操作效率、包括电池已经经过多少充电周期的电池生命周期数据、测出的电池容量，等等；地理位置数据，例如，利用GPS、蜂窝三角测量或其它方法得出的关于照明系统安装在哪里的信息；利用DTMF和消费者手机键区的消费者信息，例如，提供商的系统可以询问是否什么都正常工作并且消费者可以触摸他们手机上的“1”来应答。

提供商的后端软件可以聚集数据并且提供用于分销商的接口。聚集的数据可以包括来自多个提供商的移动货币付款。接口可以包括通过双向数据传送收集到的每个部署的照明单元的付款简况。接口可以识别具有逾期未付的付款的照明单元，以允许分销商跟踪消费者。接口还可以用来管理照明单元库存、消费者信息，并且允许基于照明单元序列号的可定制的定价结构。聚集的数据可以从不同单元收集、存储为特定于永久性单元的数据，并且用于数据分析。数据分析可以包括计算来自照明单元的平均数据并且通过例如地理位置、分销商、定价等来存储数据。

提供商的后端软件可以包括自动化的跟踪能力。例如，查询SMS文本消息可以基于平均能源使用简况发送到消费者，以提醒消费者他们还没有添加能源信用并且估计他们剩余的信用很快要耗尽。如果诊断数据指示代替电池的需求或者清洁太阳能面板的需求，则跟踪协议也可以发消息通知消费者。

后端系统可以通过例如自动偿还给消费者的付款并且发送指示消费者再次尝试传送的消息来管理失败的通信序列。该系统可以通过经SMS本文消息传送、语音呼叫等直接联系提供商允许消费者自动启动另一个呼叫。

后端提供商系统还可以提供用于管理电信的国家内部基础设施，以降低成本。例如，后端软件可以动态识别交付付款并通过网络发送呼叫的电信服务提供商，以降低成本。

提供商的后端软件可以包括用于解释并解码具有丢失的数据的音调序列的纠错功能性。正向纠错(FEC)用于由周围噪音或者由电话呼叫的丢弃部分造成的传输误差，以防止整个数据分组的丢失。FEC技术可以包括海明(Hamming)和卷积码。后端提供商软件使用的健壮的误差检测技术可以包括允许通信中的参与者丢弃被破坏的数据分组的循环冗余校验(CRC)。这种系统中典型的通信协议将重试被放弃或丢弃的分组的传输。

照明系统内部处理流程图：利用GPS

图7是说明照明系统的内部处理的流程图。1.照明系统可以由消费者切换成“通信模式”，以发信号通知微处理器应当主动“监听”消息，或者微处理器可以恒定地或者周期性地“监听”进入的消息。2.照明系统中的麦克风或收发器把音频信号转换成用于内部微处理器(如果利用固件解码)或者解调硬件(如果利用硬件解码)的电信号。微处理器和/或其它通信硬件解调、验证并对由提供商的后端软件发送的消息起作用。可能的消息内容在后端系统过程流程图的描述中列出。

3.利用其扬声器或收发器，照明系统还可以构造用于传输到提供商的后端软件的消息，并且输出编码那个消息的调制音频信号。消息可以包括，但不限于，以下信息：基于该消息和单元的内部唯一标识符的认证码；早先的消息已经接收到、被处理并且没有错误的确认；以及任何使用或维护诊断数据。

4.照明系统中的内部硬件或固件可以主动跟踪并存储寿命数据(例如，所使用的灯的小时)，用于以后访问。这些数据可以存储在例如闪存存储器或EEPROM中。数据可以以这样一种方式存储，从而跨板上储存器的部分执行“耗损均衡”(例如，利用日志结构的文件系统，或者块重映射)，使得板上储存器的区域经受类似数量的写/擦除周期。数据可以转播回提供商的后端软件并且随后在该单元内被擦除，或者它可以无限期地存储在该单元内，以便在随后的日子被访问(例如，如果单元被带回到分销商，则分销商可以能够连接到该单元，以收集并下载数据)。

5.单元内的内部硬件/固件将监视能源输出(即，跟踪使用了多少瓦-时)并且把这与可用的“能源信用”协调。当“能源信用”耗尽时，单元将自动停用或切换到“信用耗尽”输出模式，在这期间，用户不能访问单元的正常功能。

除了以上讨论的太阳能电源应用，所公开的即付即用技术可以用于许多附加的产品应用，以便使消费者或用户能够随时间以递增的量支付。例如，干净的炉灶使得发展中国家的农村群体能够高效健康地烹饪。通过把所公开的即付即用技术添加到具有电气部件的炉灶，即付即用技术可以监视能源使用、从部署单元远端接收这些数据并且跟踪总体使用。这可直接适用于并且对设法要具有碳信贷计划资格并且需要证明他们的干净炉灶直接代替传统高污染烹饪方法的公司有用。此外，这种技术的其它可能应用包括在处理过的、过滤后的水很稀缺的群体中干净水的配给。利用乡村拥有的公共水处理站，消费者可以购买对这种处理过的水的订阅，或者利用这种即付即用技术每周或每月预付具体数量的水。利用他们的手机发送激活码并与处理站通 信，他们可以与饮水机交互并且基于他们预付的金额获得成比例的配给水量。处理站将经蜂窝网络远端与提供商的后端基础设施通信，以调节多个用户并且验证具体的手机与具体的预付金额配对，以消除欺诈使用。其它应用包括微型电网仪表、电网连接的仪表，以及可以以即付即用方式提供和管理的电子保健用品。这些附加的技术应用是两个例子，而不是要作为可能使用的详尽代表。本领域技术人员将理解，这些概念可以应用到另外的应用。

以上描述的给出是为了使本领域技术人员能够获得并使用本发明，并且以上描述是在特定应用及其需求的语境下给出的。对优选实施例的各种修改将对本领域技术人员显而易见，并且，在不背离本发明主旨和范围的情况下，本文所定义的通用原理可以应用到其它实施例和应用。因而，本发明不是要局限于所示出的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特征一致的最广范围。最后，本申请中所提到的专利和出版物的全部内容都在此引入作为参考。

Claims (23)

1.一种用于向设备提供电力的即付即用电气装置，包括：

电力模块，配置为在电气装置被启用时向连接的设备提供电力；

收发器，配置为为了通过无线电话与提供商系统通信而无线地发送和接收音频带信号；

控制系统，包括处理器和存储器，配置为：

存储使用信用信息，该使用信用信息包括使用信用的量，

启用电气装置以基于使用信用的量向连接的设备提供电力，

监视电气装置的使用，

跟踪剩余的使用信用的量，并且

在没有剩余的使用信用时禁止电气装置向连接的设备提供电力；以及

电池，用于存储在电气装置被启用时通过电力模块向连接的设备提供的电力；

其中所述控制系统和收发器被配置为：通过将使用数据编码在用于无线传输到无线电话的音频带信号中以及解码嵌入在从无线电话无线地接收到的音频带信号中的使用信用数据，通过利用所述无线电话与所述提供商系统通信而更新使用信用信息。

2.如权利要求1所述的向设备提供电力的即付即用电气装置，其中设备包括照明单元。

3.如权利要求1所述的向设备提供电力的即付即用电气装置，其中电力模块包括连接所述设备的电气插口。

4.如权利要求1所述的向设备提供电力的即付即用电气装置，其中所述收发器包括：

麦克风，所述麦克风被配置为检测从无线电话无线地接收到的音频带信号；以及

扬声器，所述扬声器配置为为了通过电话与提供商系统通信而生成音频带信号。

5.如权利要求1所述的向设备提供电力的即付即用电气装置，还包括配置为给电池充电的太阳能面板。

6.如权利要求1所述的向设备提供电力的即付即用电气装置，其中电力模块包括一个或多个LED照明源。

7.如权利要求1所述的向设备提供电力的即付即用电气装置，其中电气装置配置为利用SMS文本消息与提供商系统通信。

8.一种即付即用照明装置，包括：

照明模块，配置为在电气装置被启用时向消费者提供照明；

收发器，配置为为了通过无线电话与提供商系统通信而无线地发送和接收音频带信号；

控制系统，包括处理器和存储器，配置为：

存储使用信用信息，该使用信用信息包括使用信用的量，

启用照明装置以基于使用信用的量向连接的设备提供电力，

监视照明装置的使用，

跟踪剩余的使用信用的量，并且

在没有剩余的使用信用时禁止照明装置提供照明；以及

电池，用于给照明装置供电；

其中所述控制系统和收发器被配置为：通过将使用数据编码在用于无线传输到无线电话的音频带信号中以及解码嵌入在从无线电话无线地接收到的音频带信号中的使用信用数据，通过利用所述无线电话与所述提供商系统通信而更新使用信用信息。

9.如权利要求8所述的即付即用照明装置，其中照明模块还包括连接所述设备的电气插口。

10.如权利要求8所述的即付即用照明装置，其中所述收发器包括：

麦克风，所述麦克风被配置为检测从无线电话无线地接收到的音频带信号；以及

扬声器，配置为为了通过电话与提供商系统通信而生成音频带信号。

11.如权利要求8所述的即付即用照明装置，还包括配置为给电池充电的太阳能面板。

12.如权利要求8所述的即付即用照明装置，其中照明模块包括一个或多个LED照明源。

13.如权利要求8所述的即付即用照明装置，其中照明装置配置为利用SMS文本消息与提供商系统通信。

14.一种用于在即付即用照明装置处提供照明的方法，包括：

向用户登记即付即用照明装置；

通过解码嵌入在从无线电话无线地接收到的音频带信号中的使用信用数据，从提供商系统获得用于用户和照明装置的使用信用信息；

使照明装置能够根据使用信用信息提供照明；以及

通过将使用数据编码在用于无线传输到无线电话的音频带信号中，向提供商系统传送关于照明装置的使用的使用信息。

15.如权利要求14所述的用于在即付即用照明装置处提供照明的方法，其中音频带信号包括识别照明装置位置的数据。

16.一种管理即付即用照明装置的方法，包括：

接收与用户关联的付款消息；

为即付即用照明装置编码包括使用信用信息的消息，其中编码的消息被配置为通过无线电话被无线地发送到即付即用照明装置，所述无线电话与即付即用照明装置无线地交换音频带信号；

经电话网络通过无线电话向即付即用照明装置发送编码的消息；以及

接收通过使用音频带信号由即付即用照明装置无线地发送到无线电话的更新消息。

17.如权利要求16所述的管理即付即用照明装置的方法，还包括把付款消息与账户和即付即用照明装置配对。

18.如权利要求16所述的管理即付即用照明装置的方法，其中付款消息识别照明装置。

19.如权利要求16所述的管理即付即用照明装置的方法，还包括启动到无线电话的电话呼叫，以发送编码的消息。

20.如权利要求19所述的管理即付即用照明装置的方法，其中编码的消息包括主体以及以下中的至少一个：报头、识别消息类型的数字和认证码。

21.如权利要求20所述的管理即付即用照明装置的方法，其中编码的消息的主体包括软件更新、解锁照明装置的代码，或者识别关于照明装置的技术问题的测试序列。

22.如权利要求16所述的管理即付即用照明装置的方法，其中从照明装置接收到的更新消息确认由照明装置接收到的编码的可听消息指定照明装置。

23.如权利要求16所述的管理即付即用照明装置的方法，还包括：

聚集从多个照明装置收集到的数据；

更新用于每个照明装置的简况；

基于从用于每个照明装置的简况确定的平均能源使用来识别具有逾期未付的付款的照明装置；以及

发消息通知用户关于逾期未付的付款和通过分析收集到的数据所确定的诊断信息。