CN107316390A - 一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法 - Google Patents

Abstract

一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，所述的充电桩系统包括公网云端、通讯控制器、充电桩、继电器、电量计量芯片，所述通电控制器的主线上串联有10～32个最小充电单元，每个最小充电单元通过RS‑485总线串联在一起，所有的RS‑485总线汇入到车库入口处的通讯控制器的总线上，通讯控制器内部设置有GPRS模块；每个所述最小充电单元均包括具有8条输出线路的充电桩、与充电桩串联的继电器和电量计量芯片；本发明通过微信公众号将微信账户与充电桩的ID进行绑定，用户即可通过公众号完成对充值卡进行移动端充值，省去了去销售网点排队充值的麻烦，实现不被环境、时间所局限随时随地充值。

Description

一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法

技术领域

本发明涉及充电桩领域，更具体的说，尤其涉及一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法。

背景技术

部分小区采用固定停车位的方式，车子只能够停在指定的停车位上，且一个停车位只能停一辆车，以防止一张卡被多次刷卡停入多辆车的情况，而且对于电动车的停车位，很难合理的收取停车费，有些人停车不需要充电，有些人停车经常充电，若按照只收车位的方式对不需要充电的人来说费用收的不合理。

现在市场上很多公司的充电桩，采用5-10个充电桩共用一个GPRS模块，用一个GPRS模块来将它管辖的5-10个充电桩与后台云服务器实现通讯。若一个地下车库要安装200台充电桩，那么就需要20-40个GPRS模块，这必然会增加硬件成本，同时GPRS模块通讯每月要交服务费用，从长远来看这也是一比不容忽视的费用。

然而，在充电桩的数量基数变大的同时，充电桩GPRS模块发生故障的概率也会随之提升，一旦发生故障将导致该充电桩与后台控制系统之间无法进行通信，从而无法传输充电桩内部数据。若检修人员直接打开充电桩进行修理则非常容易导致充电桩内部的数据进行丢失，对后续的维护及充电桩的统一管理造成的麻烦，因此急需一种可以让检修人员在充电桩进行检修前能对充电桩内部的数据进行备份，从而顺利的对充电桩诊断和维修的设备，以防维修充电桩时导致的数据丢失。

同时，由于同一个电动车充电桩往往具有多个充电接口，在对充电桩进行功率限制时，只会对充电桩上每个充电接口进行功率控制，这对一部分具有大功率电动车的充电用户来说往往是无法进行充电的，或者是在多个充电桩进行同时供电时很容易超过输入线路所能承载的总功率，因此这些充电桩已经无法适应用户的需要。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题而提供一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，低成本、低功耗实现电动自行车充电桩通信功能且覆盖距离广阔，通过刷卡、微信、支付宝等支付方式，尽可能的为用户支付提供方便，同时能够准确计算用户的耗电量、合理计费，把结算单元从“元”精确到“分”，并且对用户的充电功率进行了限制，最大程度的确保了供电线路的安全。并且对用户的充电功率进行了限制，最大程度的确保了供电线路的安全。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，所述的充电桩系统包括公网云端、通讯控制器、充电桩、继电器、电量计量芯片和蓝牙接口，所述通电控制器的主线上串联有10～32个最小充电单元，每个最小充电单元通过RS-485总线串联在一起，所有的RS-485总线汇入到车库入口处的通讯控制器的总线上，通讯控制器内部设置有GPRS模块；每个所述最小充电单元均包括具有8条输出线路的充电桩、与充电桩串联的继电器和电量计量芯片；所述通讯控制器为LoRa物联网基站，每个充电桩内部均设有读卡装置、LoRa模块、功率限制模块、蓝牙连接模块和掉电保护模块，所述读卡装置用于识别用户的充电卡，所述蓝牙连接模块上设置有用于连接插拔式的蓝牙收发装置的连接口，蓝牙连接模块通过与插接在连接口上的蓝牙收发装置实现与维修人员的手持终端进行蓝牙通讯；所述LoRa物联网基站还与每个充电桩内的LoRa模块连接，每一个充电桩通过LoRa模块将数据发送到LoRa物联网基站中，所述LoRa物联网基站与公网云端相互连接，LoRa物联网基站通过以太网或GPRS将数据传输到公网云端；所述功率限制模块对每条输出线路上的充电功率进行识别，并根据充电功率判断是否进行充电；当用户待充电的电动自行车充电功率大于或等于600W时，充电桩会拒绝充电并发出无法充电的语音提示；若电动自行车的充电功率小于600W，但如果进行充电则会使充电桩输电线的总负载功率大于或等于2500W，则充电桩会拒绝充电并发出稍后充电的语音提示；只有同时满足充电功率小于600W和总负载功率小于2500W的情况才允许用户进行充电；所述掉电保护模块在充电桩正常使用的情况下以心跳包的方式将充电桩每条输出线路的数据传输给公网云端，在充电桩断电后在公网云端打包出距离断电时间最近且代表充电桩所有输出线路状态的数据大包并将该数据大包在充电桩恢复供电后发送至充电桩中，由充电桩控制各个输出线路以断电前的状态继续工作；所述蓝牙接口包括用于连接充电桩的蓝牙连接模块的USB接口、用于在当前网络通信不满足预设条件时存储监测数据的数据存储模块、用于获取移动终端输出的数据索取指令并根据数据索取指令输出检测数据至移动终端的指令响应模块和蓝牙模块，数据存储模块连接指令响应模块，指令响应模块通过蓝牙模块将监测数据传输到移动终端；所述的充电保护方法包括如下步骤：

b1.服务器创建账户：用户在充电桩公司指定的销售处获得对应车位充电桩的充电卡和该充电桩的位置信息，并进行姓名和充电卡ID登记，个人姓名、住址、充电卡ID、充电桩ID由指定销售处传入云服务器后台，并在云服务器后台创建一个总账户；

b2.用户手机绑定充电卡的总账户：用户利用手机首次扫描充电卡上的二维码，手机自动进入云服务器后台，并在云服务器后台上将该首次扫描充电卡的手机与充电卡的总账户进行绑定，实现用户的手机与充电卡总账户的绑定；

b2.用户将电动自行车连接充电桩：用户根据步骤b1中充电桩的位置信息找到与充电卡ID相对应的充电桩，选择该充电桩中空闲的充电分路的插座，将电动车充电器的插头查到插座上，准备给需要充电的电动自行车进行充电；

b3.充电桩识别充电卡：云服务器后台中充电桩ID与充电卡ID对应绑定后，云服务器后台将绑定的充电卡ID发送至对应的充电桩中；用户将充电卡靠近充电桩上的刷卡区域后，读卡装置对靠近的充电卡进行识别，读取充电卡的ID，并对充电卡的ID进行判断，判断其是否与该充电桩的ID相对应；若充电桩的ID与充电卡的ID不对应则刷卡失败，无法开启充电，若充电桩的ID与充电卡的ID对应，则充电桩准备供电，用户在充电桩上按下对应充电分路的插座的序号，开始利用充电桩上对应序号的插座给电动自行车进行充电；

b4.充电桩进行功率判断：充电桩利用功率限制模块对步骤b3中用户使用的充电分路进行判断，若判断结果为充电功率超过限制的范围则提示用户稍后充电，若判断结果可以充电则进行下一步；

b5.用户账户充值：云服务器后台对充电卡ID对应的总账户的账户余额进行判断，若总账户的账户余额充足则开始充电，如果总账户的账户金额不足，则后台服务器向充电桩推送账户余额不足的信息，用户通过手机扫描充电卡上的二维码进入充值界面；；用户设置好充值金额后，点击确定，选择用网银、微信或支付宝进行支付，充值成功后，将充值信息反馈到用户的手机中，并提示账户余额充足，开始进行充电；

b6.完成充电：在用户充电完成后，充电桩将用户的总用电量信息发送至云服务器后台中，云服务器后台根据用户充电的总用电量计算出充电费用，并在用户的账户中扣除相应的费用，并将余额信息通过微信公众号推送给用户手机，完成整个充电过程。

进一步的，用户通过手机扫描充电卡上的二维码，直接登录云服务器后台上二维码代表的总账户，并对该总账户进行充值、充电操作。

进一步的，用户通过手机扫描充电卡上的二维码，若总账户未绑定微信号，可以直接将本次登录的微信账户与总账户进行绑定，直接对总账户进行充值，也可以直接以微信账户登录，对微信账户进行充值。

进一步的，用户通过向微信好友发送邀请码使该微信好友获得充电资格，具体步骤如下：

e1.用户发向微信好友发送邀请码：用户打开已经绑定个人账户的手机的微信进入充电桩的微信公众号，之后用户点击该微信公共号的个人账户选项，手机即进入云服务器后台的个人账户页面后，点击页面上的“家人”按钮进入“家人”界面，接着用户点击发送邀请码的按钮，跳转微信好友界面，选取想要共用账户的好友，通过微信发送；

e2.微信好友添加邀请码：微信好友微信上收到邀请码，该好友关注微信上的充电桩公司的微信公共号，进行首次注册，按照步骤填写自己的个人信息，并通过填入邀请码请求将自己的微信账号绑定为a1步骤中建立的主账户的子账户，并进入等待验证的界面；

e3.用户进行确认：用户的微信公众号向用户发出子账户请求信息，提示是否确认添加到“家人”里，用户进行确认，在用户确认后，微信好友的微信账户绑定成为该充电桩的子账户，该微信好友通过手机上充电桩公司的微信公众号即可实现了该充电桩的充电、支付和扣费功能。

进一步的，用户通过微信公众号的控制后台随时查看对应购买的充电桩的使用状态，并通过在控制后台直接开启该充电桩的某一路插头实现该插头的临时充电。

进一步的，充电桩通过微信公众号实时向用户推送该用户购买的充电桩的状态信息。

进一步的，功率限制模块包括单片机、工作状态指示模块、数据检测模块、继电器、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路和A/D转换模块，单片机分别连接工作状态指示模块、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路、A/D转换电路，A/D转换电路连接数据检测模块，光电耦合电路与继电器连接，继电器和数据检测模块与保护模块串联，单片机完成数据处理和输出控制功能，数据检测模块完成对负载用电回路电流的采集功能，光电耦合电路和继电器完成控制负载用电回路通断的功能，保护模块完成短路保护功能。

进一步的，所述LoRa模块为SX1278芯片组成电路模块。

进一步的，所述LoRa物联网基站设置有两个，分别为主要基站和备用基站，当主要基站长期不能接受到充电桩内部的LoRa模块发送的数据时主要基站立即向公网云端发送报警信号并启动备用基站继续接受充电桩内部的LoRa模块发送的数据，实现LoRa物联网基站热备份。

进一步的，安装人员通过蓝牙接口绘制充电桩分布地图，具体步骤如下：

c1.安装人员将蓝牙接口插接到充电桩的蓝牙连接模块上，安装人员的手机与蓝牙接口上的蓝牙模块建立蓝牙通讯连接；

c2.安装人员通过手机上的定位模块获取当前充电桩的位置信息，并通过蓝牙通讯连接将充电桩的位置信息发送到充电桩中，充电桩将自身的ID和位置信息发送到LoRa物联网基站，再由LoRa物联网基站将充电桩的ID和位置信息发送至公网云端；

c3.公网云端接受所有充电桩发送来的ID和位置信息，并由此绘制出充电桩分布地图。

进一步的，维修人员通过蓝牙接口对充电桩进行软件层面的维修，具体步骤如下：

d1.维修人员将蓝牙接口插接到充电桩的蓝牙连接模块上，维修人员的手机与蓝牙接口上的蓝牙模块建立蓝牙通讯连接；

d2.维修人员通过手机发出数据索取指令到蓝牙接口上，蓝牙接口上的指令响应模块获取维修人员的手机输出的数据索取指令并根据数据索取指令输出检测数据至维修人员的手机上；

d3.维修人员根据手机上接收到的检测数据判断充电桩的状态，判断是否需要进行维修，若是无需进行维修则拔出蓝牙接口，若是需要进行维修则发出充电桩初始化指定，充电桩进行软件的初始化。

充电桩中的LoRa模块以SX1278芯片为核心，采用LoRa扩频无线通信技术，通信频率为433Mhz，灵敏度达到-142dbm，LoRa的抗干扰能力极强，loRa调制解调器经配置后，可划分的范围为64-4096码片/比特，最高可使用4096码片/比特中的最高扩频因子(12)相对于ZigBee仅能划分的范围为10-12码片/比特。LoRa物联网基站范围内的充电桩均配置LoRa模块，模块本身由充电桩内部供电与核心CPU进行SPI通信，负责将数据远距离发送。

本发明的LoRa通讯的工作流程如下：LoRa物联网基站与LoRa通信之间采用LoRaWAN协议中class A协议，LoRa模块定时向LoRa物联网基站发送数据并立即开启接受窗口，LoRa物联网基站接收到loRa模块发送的数据并及时回应，以此确定本充电桩是否处于联网状态，LoRa物联网基站接收到充电桩发送的有效信息组织并转发给公网云端的云服务器，管理人员可以通过L公网云端查看充电桩的运行情况。用户通过微信可以连接公网云端查看自己的电动自行车的充电情况以及消费情况。LoRa模块长时间未于基站保持通信，可判定该充电桩处于掉线状态，LoRa物联网基站将充电桩情况发送到公网，工作人员看到情况后可以做到及时响应突发情况。LoRa物联网基站长时间未与公网云端保持联网状态更新充电桩状态，可判定该LoRa物联网基站处于掉线，公网云端报警并提示备用基站启动。

本发明的有益效果在于：

1、因为充电桩本身是不带充电线，而是采用用户的电动自行车自身的充电器进行充电的，因此使用本发明的充电桩进行充电的同时不会对用户的电动自行车的电瓶产生损害，提高电瓶的使用寿命。

2、本发明内部设置有电费计量模块，能准确的测出电瓶车使用电的度数，可以反映不同充电功率的电动自行车的真实电量消费，打破传统通过时间计算费用，对用户更加的公平，并且可以防止商家亏损或倒贴电费。

3、本发明采用LoRa数据传输方案，LoRa物联网基站不仅功耗低而且覆盖范围广，有效避免GPRS信号差以及以太网布线问题，降低了整体的成本低。

4、本发明在充电桩上设置有蓝牙连接模块，利用蓝牙连接模块与插拔式的蓝牙接口的连接实现充电桩与维修人员手持终端的连接，方便维修人员仅依靠插拔式的蓝牙接口和手持终端来实现对充电桩数据的拷贝、充电桩位置的确定以及充电桩位置分布图的绘制。

5、本发明通过设置在充电桩机箱上的二维码实现机箱的对应后台操作，顾客通过手机刷机箱上的二维码进入充电桩后台，在充电桩后台实现充电、控制插座开启和关闭等操作。

6、本发明能够通过刷卡、微信、支付宝等支付方式，尽可能的为用户支付提供方便，同时能够准确计算用户的耗电量、合理计费，把结算单元从“元”精确到“分”，并且对用户的充电功率进行了限制，功率超过600W的电动车将无法付费充电，最大程度的确保了供电线路的安全。

7、本发明通过微信公众号将微信账户与充电桩的ID进行绑定，用户即可通过公众号完成对充值卡进行移动端充值，省去了去销售网点排队充值的麻烦，实现不被环境、时间所局限随时随地充值；本发明通过邀请码的设置，实现了一个家庭多个账户均可在充电桩进行充电，戚朋友想要充电，可以向他发送邀请码，即可使用充电桩。并且微信公众号“家人”界面上可以随时删除已经添加了的微信好友；可以促进家人的感情。“家人”添加的微信好友使用了充电桩，用户的微信公众号会发送信息，如“XXX，X点X分使用充电桩。”

8、本发明的GPRS模块通过心跳包的形式传送数据，每次只传送代表代表一路或几路供电口状态的少量数据，流量的消耗比较少，通过降低充电桩的流量消耗降低了充电桩的使用成本，且电源恢复后充电桩写入的数据与发生断电之前相比只存在较小时间上的偏差，对于供电的状态来说可以忽略不计，即该写入数据可以较好地代表断电前充电桩的运行状态，提高了重新供电后充电的稳定性。

9、本发明在检修时无需像传统的检修一样携带各种拆装工具、监测仪表，只需要通过充电桩蓝牙接口接收内部参数，利用智能手机对数据进行处理即可，同时用于充电桩时可以通过用户的智能手机快速获取充电桩的位置和充电桩编号，从而可以仅利用智能手机和本设备完成充电桩地图分布的绘制。

10、本发明通过功率限制模块对电动自行车的充电功率进行限制，既可以实现对充电桩的单个充电位进行功率控制，也控制总功率，防止因为功率过载导致的各种危害，提高了充电桩使用的安全系数。

11、本发明通过充电卡作为主账户的方式，用户可以通过扫描充电卡上的二维码来进行充电卡上的充值，方便对充电卡进行快捷充值及其他操作；用户的家人也可以通过扫描充电卡上的二维码来成为充电卡的子用户，从而使家庭成员快捷的共享同一张充电卡。

附图说明

图1是本发明所述充电桩系统的连接示意图。

图2是本发明功率限制模块的流程示意图。

图3是本发明断电保护模块的流程示意图。

图4是本发明断电保护模块通电后充电桩的工作流程示意图。

图5是本发明充电使用方法的工作流程图。

图6是本发明邀请好友实用的流程示意图。

图7是本发明蓝牙接口的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～7所示，一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，所述的充电桩系统包括公网云端、通讯控制器、充电桩、继电器、电量计量芯片和蓝牙接口，所述通电控制器的主线上串联有10～32个最小充电单元，每个最小充电单元通过RS-485总线串联在一起，所有的RS-485总线汇入到车库入口处的通讯控制器的总线上，通讯控制器内部设置有GPRS模块；每个所述最小充电单元均包括具有8条输出线路的充电桩、与充电桩串联的继电器和电量计量芯片；所述通讯控制器为LoRa物联网基站，每个充电桩内部均设有读卡装置、LoRa模块、功率限制模块、蓝牙连接模块和掉电保护模块，所述读卡装置用于识别用户的充电卡，所述蓝牙连接模块上设置有用于连接插拔式的蓝牙收发装置的连接口，蓝牙连接模块通过与插接在连接口上的蓝牙收发装置实现与维修人员的手持终端进行蓝牙通讯；所述LoRa物联网基站还与每个充电桩内的LoRa模块连接，每一个充电桩通过LoRa模块将数据发送到LoRa物联网基站中，所述LoRa物联网基站与公网云端相互连接，LoRa物联网基站通过以太网或GPRS将数据传输到公网云端；所述功率限制模块对每条输出线路上的充电功率进行识别，并根据充电功率判断是否进行充电；当用户待充电的电动自行车充电功率大于或等于600W时，充电桩会拒绝充电并发出无法充电的语音提示；若电动自行车的充电功率小于600W，但如果进行充电则会使充电桩输电线的总负载功率大于或等于2500W，则充电桩会拒绝充电并发出稍后充电的语音提示；只有同时满足充电功率小于600W和总负载功率小于2500W的情况才允许用户进行充电；所述掉电保护模块在充电桩正常使用的情况下以心跳包的方式将充电桩每条输出线路的数据传输给公网云端，在充电桩断电后在公网云端打包出距离断电时间最近且代表充电桩所有输出线路状态的数据大包并将该数据大包在充电桩恢复供电后发送至充电桩中，由充电桩控制各个输出线路以断电前的状态继续工作；所述蓝牙接口包括用于连接充电桩的蓝牙连接模块的USB接口、用于在当前网络通信不满足预设条件时存储监测数据的数据存储模块、用于获取移动终端输出的数据索取指令并根据数据索取指令输出检测数据至移动终端的指令响应模块和蓝牙模块，数据存储模块连接指令响应模块，指令响应模块通过蓝牙模块将监测数据传输到移动终端；所述的充电保护方法包括如下步骤：

b1.服务器创建账户：用户在充电桩公司指定的销售处获得对应车位充电桩的充电卡和该充电桩的位置信息，并进行姓名和充电卡ID登记，个人姓名、住址、充电卡ID、充电桩ID由指定销售处传入云服务器后台，并在云服务器后台创建一个总账户；

b2.用户手机绑定充电卡的总账户：用户利用手机首次扫描充电卡上的二维码，手机自动进入云服务器后台，并在云服务器后台上将该首次扫描充电卡的手机与充电卡的总账户进行绑定，实现用户的手机与充电卡总账户的绑定；

b2.用户将电动自行车连接充电桩：用户根据步骤b1中充电桩的位置信息找到与充电卡ID相对应的充电桩，选择该充电桩中空闲的充电分路的插座，将电动车充电器的插头查到插座上，准备给需要充电的电动自行车进行充电；

b3.充电桩识别充电卡：云服务器后台中充电桩ID与充电卡ID对应绑定后，云服务器后台将绑定的充电卡ID发送至对应的充电桩中；用户将充电卡靠近充电桩上的刷卡区域后，读卡装置对靠近的充电卡进行识别，读取充电卡的ID，并对充电卡的ID进行判断，判断其是否与该充电桩的ID相对应；若充电桩的ID与充电卡的ID不对应则刷卡失败，无法开启充电，若充电桩的ID与充电卡的ID对应，则充电桩准备供电，用户在充电桩上按下对应充电分路的插座的序号，开始利用充电桩上对应序号的插座给电动自行车进行充电；

b4.充电桩进行功率判断：充电桩利用功率限制模块对步骤b3中用户使用的充电分路进行判断，若判断结果为充电功率超过限制的范围则提示用户稍后充电，若判断结果可以充电则进行下一步；

b5.用户账户充值：云服务器后台对充电卡ID对应的总账户的账户余额进行判断，若总账户的账户余额充足则开始充电，如果总账户的账户金额不足，则后台服务器向充电桩推送账户余额不足的信息，用户通过手机扫描充电卡上的二维码进入充值界面；；用户设置好充值金额后，点击确定，选择用网银、微信或支付宝进行支付，充值成功后，将充值信息反馈到用户的手机中，并提示账户余额充足，开始进行充电；

b6.完成充电：在用户充电完成后，充电桩将用户的总用电量信息发送至云服务器后台中，云服务器后台根据用户充电的总用电量计算出充电费用，并在用户的账户中扣除相应的费用，并将余额信息通过微信公众号推送给用户手机，完成整个充电过程。

用户通过手机扫描充电卡上的二维码，直接登录云服务器后台上二维码代表的总账户，并对该总账户进行充值、充电操作。

用户通过手机扫描充电卡上的二维码，若总账户未绑定微信号，可以直接将本次登录的微信账户与总账户进行绑定，直接对总账户进行充值，也可以直接以微信账户登录，对微信账户进行充值。

用户通过向微信好友发送邀请码使该微信好友获得充电资格，具体步骤如下：

e1.用户发向微信好友发送邀请码：用户打开已经绑定个人账户的手机的微信进入充电桩的微信公众号，之后用户点击该微信公共号的个人账户选项，手机即进入云服务器后台的个人账户页面后，点击页面上的“家人”按钮进入“家人”界面，接着用户点击发送邀请码的按钮，跳转微信好友界面，选取想要共用账户的好友，通过微信发送；

e2.微信好友添加邀请码：微信好友微信上收到邀请码，该好友关注微信上的充电桩公司的微信公共号，进行首次注册，按照步骤填写自己的个人信息，并通过填入邀请码请求将自己的微信账号绑定为a1步骤中建立的主账户的子账户，并进入等待验证的界面；

e3.用户进行确认：用户的微信公众号向用户发出子账户请求信息，提示是否确认添加到“家人”里，用户进行确认，在用户确认后，微信好友的微信账户绑定成为该充电桩的子账户，该微信好友通过手机上充电桩公司的微信公众号即可实现了该充电桩的充电、支付和扣费功能。

用户通过微信公众号的控制后台随时查看对应购买的充电桩的使用状态，并通过在控制后台直接开启该充电桩的某一路插头实现该插头的临时充电。

充电桩通过微信公众号实时向用户推送该用户购买的充电桩的状态信息。

功率限制模块包括单片机、工作状态指示模块、数据检测模块、继电器、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路和A/D转换模块，单片机分别连接工作状态指示模块、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路、A/D转换电路，A/D转换电路连接数据检测模块，光电耦合电路与继电器连接，继电器和数据检测模块与保护模块串联，单片机完成数据处理和输出控制功能，数据检测模块完成对负载用电回路电流的采集功能，光电耦合电路和继电器完成控制负载用电回路通断的功能，保护模块完成短路保护功能。

所述LoRa模块为SX1278芯片组成电路模块。

所述LoRa物联网基站设置有两个，分别为主要基站和备用基站，当主要基站长期不能接受到充电桩内部的LoRa模块发送的数据时主要基站立即向公网云端发送报警信号并启动备用基站继续接受充电桩内部的LoRa模块发送的数据，实现LoRa物联网基站热备份。

充电桩中的LoRa模块以SX1278芯片为核心，采用LoRa扩频无线通信技术，通信频率为433Mhz，灵敏度达到-142dbm，LoRa的抗干扰能力极强，loRa调制解调器经配置后，可划分的范围为64-4096码片/比特，最高可使用4096码片/比特中的最高扩频因子(12)相对于ZigBee仅能划分的范围为10-12码片/比特。LoRa物联网基站范围内的充电桩均配置LoRa模块，模块本身由充电桩内部供电与核心CPU进行SPI通信，负责将数据远距离发送。

本发明的LoRa通讯的工作流程如下：LoRa物联网基站与LoRa通信之间采用LoRaWAN协议中class A协议，LoRa模块定时向LoRa物联网基站发送数据并立即开启接受窗口，LoRa物联网基站接收到loRa模块发送的数据并及时回应，以此确定本充电桩是否处于联网状态，LoRa物联网基站接收到充电桩发送的有效信息组织并转发给公网云端的云服务器，管理人员可以通过L公网云端查看充电桩的运行情况。用户通过微信可以连接公网云端查看自己的电动自行车的充电情况以及消费情况。LoRa模块长时间未于基站保持通信，可判定该充电桩处于掉线状态，LoRa物联网基站将充电桩情况发送到公网，工作人员看到情况后可以做到及时响应突发情况。LoRa物联网基站长时间未与公网云端保持联网状态更新充电桩状态，可判定该LoRa物联网基站处于掉线，公网云端报警并提示备用基站启动。

本发明的掉电保护方法，在电动车充电桩内部设置单片机和GPRS模块，且充电桩具有多个供电口，充电桩的单片机通过串口与GPRS模块相连，GPRS模块用于实现电动车充电桩和服务器之间的数据传输，且GPRS模块与服务器之间通过MQTT通讯协议实现数据传输，具体包括如下步骤：

第一步：充电桩开机，充电桩内部的单片机处于正常工作状态，单片机监控各个供电口的运行状态，单片机的各个状态变化量在某一时刻的值代表了各个供电口在该时刻的运行状态；

第二步：GPRS模块与服务器以心跳包的方式进行数据通信，即GPRS模块每个指定时间将该时刻下代表的供电口状态的系统参数打包发送至服务器进行存储；

第三步：当充电桩发生了断电，充电桩停止进行工作，服务器将发生断电前最近一次接收到的数据以及往前推移至代表所有供电口状态的数据作为一个数据大包；

第四步：当充电桩的电源恢复，充电桩重新开机后，服务器与充电桩内GPRS模块的连接重新建立，服务器将第三步中的数据大包通过GPRS模块发送至充电桩的单片机内；

第五步：单片机以服务器传输过来的数据大包内的所有充电桩状态的数据开始工作，充电桩恢复断电前的工作状态，继续正常工作。

所述单片机的各个状态变化量包括电动车的充电时间、消费金额和电动车的充电功率。

GPRS模块每次传输至少一路供电口的数据上传至服务器，即在某一时刻，GPRS模块将至少一路供电口的状态的系统状态参数打包传送至服务器进行存储，间隔指定时间后，GPRS模块把相邻的等同路数的供电口的状态的系统参数打包传送至服务器进行存储，再间隔指定时间后，GPRS模块把与上一波供电口相邻的等同路数的供电口的状态的系统参数打包传送至服务器进行存储，以此规律不断进行数据传输；所述的指定时间即为心跳包的间隔时间。

安装人员通过蓝牙接口绘制充电桩分布地图，具体步骤如下：

c1.安装人员将蓝牙接口插接到充电桩的蓝牙连接模块上，安装人员的手机与蓝牙接口上的蓝牙模块建立蓝牙通讯连接；

c2.安装人员通过手机上的定位模块获取当前充电桩的位置信息，并通过蓝牙通讯连接将充电桩的位置信息发送到充电桩中，充电桩将自身的ID和位置信息发送到LoRa物联网基站，再由LoRa物联网基站将充电桩的ID和位置信息发送至公网云端；

c3.公网云端接受所有充电桩发送来的ID和位置信息，并由此绘制出充电桩分布地图。

维修人员通过蓝牙接口对充电桩进行软件层面的维修，具体步骤如下：

d1.维修人员将蓝牙接口插接到充电桩的蓝牙连接模块上，维修人员的手机与蓝牙接口上的蓝牙模块建立蓝牙通讯连接；

d2.维修人员通过手机发出数据索取指令到蓝牙接口上，蓝牙接口上的指令响应模块获取维修人员的手机输出的数据索取指令并根据数据索取指令输出检测数据至维修人员的手机上；

d3.维修人员根据手机上接收到的检测数据判断充电桩的状态，判断是否需要进行维修，若是无需进行维修则拔出蓝牙接口，若是需要进行维修则发出充电桩初始化指定，充电桩进行软件的初始化。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：所述的充电桩系统包括公网云端、通讯控制器、充电桩、继电器、电量计量芯片和蓝牙接口，所述通电控制器的主线上串联有10～32个最小充电单元，每个最小充电单元通过RS-485总线串联在一起，所有的RS-485总线汇入到车库入口处的通讯控制器的总线上，通讯控制器内部设置有GPRS模块；每个所述最小充电单元均包括具有8条输出线路的充电桩、与充电桩串联的继电器和电量计量芯片；所述通讯控制器为LoRa物联网基站，每个充电桩内部均设有读卡装置、LoRa模块、功率限制模块、蓝牙连接模块和掉电保护模块，所述读卡装置用于识别用户的充电卡，所述蓝牙连接模块上设置有用于连接插拔式的蓝牙收发装置的连接口，蓝牙连接模块通过与插接在连接口上的蓝牙收发装置实现与维修人员的手持终端进行蓝牙通讯；所述LoRa物联网基站还与每个充电桩内的LoRa模块连接，每一个充电桩通过LoRa模块将数据发送到LoRa物联网基站中，所述LoRa物联网基站与公网云端相互连接，LoRa物联网基站通过以太网或GPRS将数据传输到公网云端；所述功率限制模块对每条输出线路上的充电功率进行识别，并根据充电功率判断是否进行充电；当用户待充电的电动自行车充电功率大于或等于600W时，充电桩会拒绝充电并发出无法充电的语音提示；若电动自行车的充电功率小于600W，但如果进行充电则会使充电桩输电线的总负载功率大于或等于2500W，则充电桩会拒绝充电并发出稍后充电的语音提示；只有同时满足充电功率小于600W和总负载功率小于2500W的情况才允许用户进行充电；所述掉电保护模块在充电桩正常使用的情况下以心跳包的方式将充电桩每条输出线路的数据传输给公网云端，在充电桩断电后在公网云端打包出距离断电时间最近且代表充电桩所有输出线路状态的数据大包并将该数据大包在充电桩恢复供电后发送至充电桩中，由充电桩控制各个输出线路以断电前的状态继续工作；所述蓝牙接口包括用于连接充电桩的蓝牙连接模块的USB接口、用于在当前网络通信不满足预设条件时存储监测数据的数据存储模块、用于获取移动终端输出的数据索取指令并根据数据索取指令输出检测数据至移动终端的指令响应模块和蓝牙模块，数据存储模块连接指令响应模块，指令响应模块通过蓝牙模块将监测数据传输到移动终端；所述的充电保护方法包括如下步骤：

b1.服务器创建账户：用户在充电桩公司指定的销售处获得对应车位充电桩的充电卡和该充电桩的位置信息，并进行姓名和充电卡ID登记，个人姓名、住址、充电卡ID、充电桩ID由指定销售处传入云服务器后台，并在云服务器后台创建一个总账户；

b2.用户手机绑定充电卡的总账户：用户利用手机首次扫描充电卡上的二维码，手机自动进入云服务器后台，并在云服务器后台上将该首次扫描充电卡的手机与充电卡的总账户进行绑定，实现用户的手机与充电卡总账户的绑定；

b2.用户将电动自行车连接充电桩：用户根据步骤b1中充电桩的位置信息找到与充电卡ID相对应的充电桩，选择该充电桩中空闲的充电分路的插座，将电动车充电器的插头查到插座上，准备给需要充电的电动自行车进行充电；

b3.充电桩识别充电卡：云服务器后台中充电桩ID与充电卡ID对应绑定后，云服务器后台将绑定的充电卡ID发送至对应的充电桩中；用户将充电卡靠近充电桩上的刷卡区域后，读卡装置对靠近的充电卡进行识别，读取充电卡的ID，并对充电卡的ID进行判断，判断其是否与该充电桩的ID相对应；若充电桩的ID与充电卡的ID不对应则刷卡失败，无法开启充电，若充电桩的ID与充电卡的ID对应，则充电桩准备供电，用户在充电桩上按下对应充电分路的插座的序号，开始利用充电桩上对应序号的插座给电动自行车进行充电；

b4.充电桩进行功率判断：充电桩利用功率限制模块对步骤b3中用户使用的充电分路进行判断，若判断结果为充电功率超过限制的范围则提示用户稍后充电，若判断结果可以充电则进行下一步；

b5.用户账户充值：云服务器后台对充电卡ID对应的总账户的账户余额进行判断，若总账户的账户余额充足则开始充电，如果总账户的账户金额不足，则后台服务器向充电桩推送账户余额不足的信息，用户通过手机扫描充电卡上的二维码进入充值界面；；用户设置好充值金额后，点击确定，选择用网银、微信或支付宝进行支付，充值成功后，将充值信息反馈到用户的手机中，并提示账户余额充足，开始进行充电；

b6.完成充电：在用户充电完成后，充电桩将用户的总用电量信息发送至云服务器后台中，云服务器后台根据用户充电的总用电量计算出充电费用，并在用户的账户中扣除相应的费用，并将余额信息通过微信公众号推送给用户手机，完成整个充电过程。

2.根据权利要求1所述的一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：用户通过手机扫描充电卡上的二维码，直接登录云服务器后台上二维码代表的总账户，并对该总账户进行充值、充电操作。

3.根据权利要求1所述的一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：用户通过手机扫描充电卡上的二维码，若总账户未绑定微信号，可以直接将本次登录的微信账户与总账户进行绑定，直接对总账户进行充值，也可以直接以微信账户登录，对微信账户进行充值。

4.根据权利要求1所述的一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：用户通过向微信好友发送邀请码使该微信好友获得充电资格，具体步骤如下：

e1.用户发向微信好友发送邀请码：用户打开已经绑定个人账户的手机的微信进入充电桩的微信公众号，之后用户点击该微信公共号的个人账户选项，手机即进入云服务器后台的个人账户页面后，点击页面上的“家人”按钮进入“家人”界面，接着用户点击发送邀请码的按钮，跳转微信好友界面，选取想要共用账户的好友，通过微信发送；

e2.微信好友添加邀请码：微信好友微信上收到邀请码，该好友关注微信上的充电桩公司的微信公共号，进行首次注册，按照步骤填写自己的个人信息，并通过填入邀请码请求将自己的微信账号绑定为a1步骤中建立的主账户的子账户，并进入等待验证的界面；

e3.用户进行确认：用户的微信公众号向用户发出子账户请求信息，提示是否确认添加到“家人”里，用户进行确认，在用户确认后，微信好友的微信账户绑定成为该充电桩的子账户，该微信好友通过手机上充电桩公司的微信公众号即可实现了该充电桩的充电、支付和扣费功能。

5.根据权利要求3所述的一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：用户通过微信公众号的控制后台随时查看对应购买的充电桩的使用状态，并通过在控制后台直接开启该充电桩的某一路插头实现该插头的临时充电。

6.根据权利要求3所述的一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：充电桩通过微信公众号实时向用户推送该用户购买的充电桩的状态信息。

7.根据权利要求1所述的一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：功率限制模块包括单片机、工作状态指示模块、数据检测模块、继电器、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路和A/D转换模块，单片机分别连接工作状态指示模块、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路、A/D转换电路，A/D转换电路连接数据检测模块，光电耦合电路与继电器连接，继电器和数据检测模块与保护模块串联，单片机完成数据处理和输出控制功能，数据检测模块完成对负载用电回路电流的采集功能，光电耦合电路和继电器完成控制负载用电回路通断的功能，保护模块完成短路保护功能。

8.根据权利要求1所述的一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：所述LoRa物联网基站设置有两个，分别为主要基站和备用基站，当主要基站长期不能接受到充电桩内部的LoRa模块发送的数据时主要基站立即向公网云端发送报警信号并启动备用基站继续接受充电桩内部的LoRa模块发送的数据，实现LoRa物联网基站热备份。

9.根据权利要求1所述的一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：安装人员通过蓝牙接口绘制充电桩分布地图，具体步骤如下：

c1.安装人员将蓝牙接口插接到充电桩的蓝牙连接模块上，安装人员的手机与蓝牙接口上的蓝牙模块建立蓝牙通讯连接；

c2.安装人员通过手机上的定位模块获取当前充电桩的位置信息，并通过蓝牙通讯连接将充电桩的位置信息发送到充电桩中，充电桩将自身的ID和位置信息发送到LoRa物联网基站，再由LoRa物联网基站将充电桩的ID和位置信息发送至公网云端；

c3.公网云端接受所有充电桩发送来的ID和位置信息，并由此绘制出充电桩分布地图。

10.根据权利要求1所述的一种精确支付的充电桩系统的充电使用方法，其特征在于：维修人员通过蓝牙接口对充电桩进行软件层面的维修，具体步骤如下：

d1.维修人员将蓝牙接口插接到充电桩的蓝牙连接模块上，维修人员的手机与蓝牙接口上的蓝牙模块建立蓝牙通讯连接；

d2.维修人员通过手机发出数据索取指令到蓝牙接口上，蓝牙接口上的指令响应模块获取维修人员的手机输出的数据索取指令并根据数据索取指令输出检测数据至维修人员的手机上；

d3.维修人员根据手机上接收到的检测数据判断充电桩的状态，判断是否需要进行维修，若是无需进行维修则拔出蓝牙接口，若是需要进行维修则发出充电桩初始化指定，充电桩进行软件的初始化。