CN107757406A - 一种基于mqtt电动车充电智能管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，涉及电动车充电系统领域，包括服务器、客户端和充电桩，所述客户端包括微信客户端、IOS客户端和Android客户端，所述服务器包括MQTT服务器和数据管理服务器，所述数据管理服务器用于处理用户的注册、充值，存储账号消费记录，以及充电桩的位置信息和使用情况，所述MQTT服务器用于处理充电桩和客户端的信息交互；所述充电桩外部设有二维码、使用说明、液晶屏、小键盘、指示灯和插座，所述充电桩内部设有电路控制板，所述电路控制板分别连接控制液晶屏、小键盘、插座以及指示灯，本发明有效解决了在充电过程中他人盗电使用的问题，插头一旦拔去就会断电需要用户重新激活，同时采用计量收费，用多少电付多少钱。

Description

一种基于MQTT电动车充电智能管理系统
技术领域
本发明涉及电动车充电系统领域，具体涉及一种基于MQTT电动车充电智能管理系统。
背景技术：
电动自行车具有轻便、快捷和低碳环保等优点，给人们的短途交通带来很大的便利，目前国内电动自行车社会保有量已经超过2.5亿辆。随着社会的发展，电动自行车的需求量越来越大，上班族、外卖员、快递员等使电动自行车的频率很高。然而电池的续航能力有限，充电问题成了亟需解决的问题。目前电动车充电在住宅区缺少规范的管理，很多居民将电瓶取下后带回家充电，或者从某处引出插座，纵横交错的横空拉线，这很不方便，也存在安全隐患。电动自行车充电过程中，经常出现“遗忘”、“顾不上”的情况，长时间充电导致的电瓶过充会损伤电瓶，也容易造成重大安全事故。路边常见的投币式充电装置，以投币数量来计电量或计时间，极易导致电瓶欠充，若电瓶始终处于亏电状态会极大影响电瓶的寿命，同时充电过程中，如果缺乏现场监督，存在被他人窃电的可能性，市面上很少有监测充电状态的充电装置。
如申请号为201710177693.5公开了一种基于移动支付的电动车远程充电系统，属于电动车充电系统领域，电动车远程充电系统包括远程服务器、一个以上的充电站控制器以及一个以上的手机终端，一个以上的所述充电站控制器与所述远程服务器进行远程数据交互，并受控于所述远程服务器，一个以上的所述手机终端内部均设置有APP客户端，所述APP客户端与所述远程服务器进行远程数据交互，电动车远程充电系统还包括IC卡，所述IC卡与所述充电站控制器上设置的IC感应区电磁感应。该种电动车远程充电系统有效解决了传统的电动车充电器用户群体小而且不能支持移动支付和远程管理，未设置IC卡，无法分片区管理等问题，但是该种电动车远程充电系统不能对插头进行监测会被人窃电使用。
申请号：201610044828.6公开了一种电动车辆的充电系统，包括：充电机，充电机的直流连接器包括直流输出正极、直流输出负极、第一正极和第一负极，蓄电池包括与直流输出正极连接的输入正极、与直流输出负极连接的输入负极、与第一正极连接的第二正极及与第一负极连接的第二负极，充电机通过直流输出正极和直流输出负极为蓄电池充电；第一电阻，设定第一电阻的阻值与蓄电池的型号相对应的关系表，将第一电阻串联在第二正极和第二负极之间；检测模块，充电机通过检测模块检测第一电阻的阻值，且根据该阻值查询关系表，还根据蓄电池的型号为该蓄电池匹配充电。该种电动车辆的充电系统及充电方法，解决了不同容量电池匹配电流充电的问题，但是不能按照电量的多少来计费，只按照充电的时间计费，存在不合理的情况。
申请号：201710374847.X权利要求10公开了一种电流法检测“充电状态”，能检测插头插出状态，但是如果电动车采用了间歇式法充电、慢脉冲法充电，这种检测方法是无效的，间歇式法充电、慢脉冲法充电过程中存在电流为零的情况，这种检测方法会让系统误判为“充电异常”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，包括服务器、客户端和充电桩，所述客户端包括微信客户端、IOS客户端和Android客户端，所述客户端用于客户的账号注册和登录，以及“充电”命令、“断电”命令、充电状态、账户余额、消费记录查询和附近充电点查询；所述服务器包括MQTT服务器和数据管理服务器，所述数据管理服务器用于处理用户的注册、充值，存储账号消费记录，以及充电桩的位置信息和使用情况，所述MQTT服务器用于处理充电桩和客户端的信息交互；所述充电桩外部设有二维码、使用说明、液晶屏、小键盘、指示灯和插座，所述液晶屏用于显示客户的个人信息，所述小键盘用于客户输入账号和密码，所述充电桩内部设有电路控制板，所述电路控制板分别连接控制液晶屏、小键盘、插座以及指示灯。
优选的，所述电路控制板包括主控电路：用于控制硬件和模块协调工作；插头插拔检测模块：在插座零线口内安装与主电网隔离的弹片式开关，用于检测插头的插拔情况，当插头插入时，便接通了插座孔内的弹片式开关，当插头拔出时，便自动断开电路结束充电；电能计量模块：用于对电能量的计量，将模拟电能信息转化为主控电路可以读取并且操作的数字电能信息；电压电流采样模块：将充电桩硬件系统与主电网进行隔离，使强电和弱电分开，将主电网中的大电压，大电流转化为小电压，小电流，以便提供给电能计量模块进行信号处理；电流检测模块：用于对电瓶充电状况的判断，判断电瓶充电是恒流充电、涓流充电、还是浮充充电状态，同时判断电流的异常情况，防止遭遇恶劣外部环境带来的过大电流；继电器：用于控制主电网的通断；SIM卡模块：用于充电桩与服务器的通讯连接；时钟电路模块：用于为充电桩提供准确的时间信息；语音模块：用于提示和报警，提示音包括“充电开始”、“充电完毕”、“插头拔掉”和“余额不足”。
优选的，所述指示灯分为电桩指示灯和插座指示灯，所述电桩指示灯用于提示充电桩和云端服务器连接是否正常，所述插座指示灯用于提示插座是否被占用。
优选的，所述二维码的上方设有透明塑料盖，所述插座设有多个并且由二孔与三孔组合而成。
优选的，所述客户端中还增添了充电时间设定功能。
优选的，所述充电桩与插座上均设有唯一的ID标识。
优选的，所述充电桩与服务器、客户端与服务器的通讯是在GSM网络、UMTS网络、LTE网络、或NB-IoT进行，充电桩和服务器保持心跳连接，使服务器实时获取充电桩状态，并且为了保证信息安全，对通讯数据进行加密。
本发明的优点在于：该系统提供了一种基于用户手动输入账号和密码的充电方式，充电桩包括小键盘和液晶屏，用户事先注册登记账号和密码，便可以在充电桩上输入账户和密码进行充电，通过电能计量模块来结算相应的费用，用多少电付多少钱，通过插头插拔检测模块检测插头的插拔情况，用户拔去插头便自动结束充电并结算费用，在未完成充电前拔掉插头都会告知客户，防止他人窃电。
附图说明
图1为本发明的系统整体结构图。
图2为本发明中手机端控制流程图。
图3为本发明中实施例2的充电桩外观图。
图4为本发明中充电桩的内部系统框图。
图5为本发明中实施例1的充电桩外观图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1、图2、图4、图5所示，一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，包括服务器、客户端和充电桩，所述客户端包括微信客户端、IOS客户端和Android客户端，所述客户端用于客户的账号注册和登录，以及“充电”命令、“断电”命令、充电状态、账户余额、消费记录查询和附近充电点查询；所述服务器包括MQTT服务器和数据管理服务器，所述数据管理服务器用于处理用户的注册、充值，存储账号消费记录，以及充电桩的位置信息和使用情况，所述MQTT服务器用于处理充电桩和客户端的信息交互；所述充电桩外部设有二维码、使用说明、液晶屏、小键盘、指示灯和插座，所述液晶屏用于显示客户的个人信息，所述小键盘用于客户输入账号和密码，小键盘和液晶屏是为用户提供备用服务，用户要使用此项功能，只需事先注册登记，可以不用扫码，直接输入账号和密码充电，所述充电桩内部设有电路控制板，所述电路控制板分别连接控制液晶屏、小键盘、插座以及指示灯。
MQTT是专门为低带宽、不稳定网络以及计算和处理能力受限的设备设计，协议采用小型传输，耗电量小，能大大降低网络流量，最小化数据包并有效分配与传输，很适移动系统上面的应用。
值得注意的是，所述电路控制板包括主控电路：用于控制硬件和模块协调工作；插头插拔检测模块：在插座零线口内安装与主电网隔离的弹片式开关，用于检测插头的插拔情况，当插头插入插座孔时，便接通了插座内的弹片式开关，当插头拔出插座孔时，便自动断开电路结束充电；电能计量模块：用于对电能量的计量，将模拟电能信息转化为主控电路可以读取并且操作的数字电能信息；电压电流采样模块：将充电桩硬件系统与主电网进行隔离，使强电和弱电分开，将主电网中的大电压，大电流转化为小电压，小电流，以便提供给电能计量模块进行信号处理；电流检测模块：用于对电瓶充电状况的判断，判断电瓶充电是恒流充电、涓流充电、还是浮充充电状态，同时判断电流的异常情况，防止遭遇恶劣外部环境带来的过大电流；继电器：用于控制主电网的通断；SIM卡模块：用于充电桩与服务器的通讯连接；时钟电路模块：用于为充电桩提供准确的时间信息；语音模块：用于提示和报警，提示音包括“充电开始”、“充电完毕”、“插头拔掉”和“余额不足”。
为了防止他人窃电，在充电期间如果插头被拔下，插头插拔检测模块会告知主控电路，主控电路控制相应插座断电，同时将“插头拔掉”、“已用电量”等讯息发布给MQTT服务器，客户端订阅到信息后，提醒用户“插头拔下，充电终止”，执行计费并将本次充电情况上传到数据管理服务器。
另外，用户只有先接入负载，插头插拔检测模块检测到有负载插入，用户才能正常用电，否则会告知用户“请先插入插座”。
在本实施例中，所述二维码的上方设有透明塑料盖，防止他人贴上虚假二维码，骗取客户的费用，所述插座设有多个并且由二孔与三孔组合而成。
在本实施例中，所述客户端中还增添了充电时间设定功能，使充电时间控制在一定范围之内，方便客户有计划的使用。
在本实施例中，所述充电桩与插座上均设有唯一的ID标识，用户扫码后在选择插座ID的界面上，可同时选择多个ID插座，服务器会做出相应的累计扣费。
实施例2
如图1至图4所示，一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，包括服务器、客户端和充电桩，所述客户端包括微信客户端、IOS客户端和Android客户端，所述客户端用于客户的账号注册和登录，以及“充电”命令、“断电”命令、充电状态、账户余额、消费记录查询和附近充电点查询；所述服务器包括MQTT服务器和数据管理服务器，所述数据管理服务器用于处理用户的注册、充值，存储账号消费记录，以及充电桩的位置信息和使用情况，所述MQTT服务器用于处理充电桩和客户端的信息交互；所述充电桩外部设有二维码、使用说明、液晶屏、小键盘、指示灯和插座，所述液晶屏用于显示客户的个人信息，所述小键盘用于客户输入账号和密码，小键盘和液晶屏是为用户提供备用服务，用户要使用此项功能，只需事先注册登记，可以不用扫码，直接输入账号和密码充电，所述充电桩内部设有电路控制板，所述电路控制板分别连接控制液晶屏、小键盘、插座以及指示灯。
MQTT是专门为低带宽、不稳定网络以及计算和处理能力受限的设备设计，协议采用小型传输，耗电量小，能大大降低网络流量，最小化数据包并有效分配与传输，很适移动系统上面的应用。
值得注意的是，所述电路控制板包括主控电路：用于控制硬件和模块协调工作；插头插拔检测模块：在插座零线口内安装与主电网隔离的弹片式开关，用于检测插头的插拔情况，当插头插入插座孔时，便接通了插座零线口内的弹片式开关，当插头拔出插座孔时，便自动断开电路结束充电；电能计量模块：用于对电能量的计量，将模拟电能信息转化为主控电路可以读取并且操作的数字电能信息；电压电流采样模块：将充电桩硬件系统与主电网进行隔离，使强电和弱电分开，将主电网中的大电压，大电流转化为小电压，小电流，以便提供给电能计量模块进行信号处理；电流检测模块：用于对电瓶充电状况的判断，判断电瓶充电是恒流充电、涓流充电、还是浮充充电状态，同时判断电流的异常情况，防止遭遇恶劣外部环境带来的过大电流；继电器：用于控制主电网的通断；SIM卡模块：用于充电桩与服务器的通讯连接；时钟电路模块：用于为充电桩提供准确的时间信息；语音模块：用于提示和报警，提示音包括“充电开始”、“充电完毕”、“插头拔掉”和“余额不足”。
为了防止他人窃电，在充电期间如果插头被拔下，插头插拔检测模块会告知主控电路，主控电路控制相应插座断电，同时将“插头拔掉”、“已用电量”等讯息发布给MQTT服务器，客户端订阅到信息后，提醒用户“插头拔下，充电终止”，执行计费并将本次充电情况上传到数据管理服务器。
另外，用户只有先接入负载，插头插拔检测模块检测到有负载插入，用户才能正常用电，否则会告知用户“请先插入插座”。
在本实施例中，所述指示灯分为电桩指示灯和插座指示灯，所述电桩指示灯用于提示充电桩和云端服务器连接是否正常，所述插座指示灯用于提示插座是否被占用。
在本实施例中，所述二维码的上方设有透明塑料盖，防止他人贴上虚假二维码，骗取客户的费用，所述插座设有多个并且由二孔与三孔组合而成。
在本实施例中，所述客户端中还增添了充电时间设定功能，使充电时间控制在一定范围之内，方便客户有计划的使用。
在本实施例中，所述充电桩与插座上均设有唯一的ID标识，用户扫码后在选择插座ID的界面上，可同时选择多个ID插座，服务器会做出相应的累计扣费。
此外，所述充电桩与服务器、客户端与服务器的通讯是在GSM网络、UMTS网络、LTE网络、或NB-IoT进行，充电桩和服务器保持心跳连接，使服务器实时获取充电桩状态，并且为了保证信息安全，对通讯数据进行加密。
基于上述，该种系统的工作方式：客户用app或微信扫二维码后，会在客户端上进入插座选择的界面，选择插座号，选择开始充电。手机app或微信小程序会对账户余额进行判断，若小于阈值，则提示用户进行充值；若大于阈值，则手机把用户ID、充电桩ID、插座ID、充电开始等讯息发布给MQTT服务器。数据管理服务器获取本次充电，执行记录，充电桩订阅到讯息后，接通相应插座，开始计量用电。当电流检测模块检测到电池充满电，则断开充电，同时将“断电”、“用电量”连同用户ID、充电桩ID、插座ID等讯息发布给MQTT服务器，客户端订阅到消息后执行断电计费，数据管理服务器进行扣费记录，完成一次充电过程。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，包括服务器、客户端和充电桩，其特征在于，所述客户端包括微信客户端、IOS客户端和Android客户端，所述客户端用于客户的账号注册和登录，以及“充电”命令、“断电”命令、充电状态、账户余额、消费记录查询和附近充电点查询；所述服务器包括MQTT服务器和数据管理服务器，所述数据管理服务器用于处理用户的注册、充值，存储账号消费记录，以及充电桩的位置信息和使用情况，所述MQTT服务器用于处理充电桩和客户端的信息交互；所述充电桩外部设有二维码、使用说明、液晶屏、小键盘、指示灯和插座，所述液晶屏用于显示客户的个人信息，所述小键盘用于客户输入账号和密码，所述充电桩内部设有电路控制板，所述电路控制板分别连接控制液晶屏、小键盘、插座以及指示灯。
2.根据权利要求1所述的一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，其特征在于：所述电路控制板包括主控电路：用于控制硬件和模块协调工作；插头插拔检测模块：在插座零线口内安装与主电网隔离的弹片式开关，用于检测插头的插拔情况，当插头插入插座孔时，便接通了插座孔内的弹片式开关，当插头拔出时，便自动断开电路结束充电；电能计量模块：用于对电能量的计量，将模拟电能信息转化为主控电路可以读取并且操作的数字电能信息；电压电流采样模块：将充电桩硬件系统与主电网进行隔离，使强电和弱电分开，将主电网中的大电压，大电流转化为小电压，小电流，以便提供给电能计量模块进行信号处理；电流检测模块：用于对电瓶充电状况的判断，判断电瓶充电是恒流充电、涓流充电、还是浮充充电状态，同时判断电流的异常情况，防止遭遇恶劣外部环境带来的过大电流；继电器：用于控制主电网的通断；SIM卡模块：用于充电桩与服务器的通讯连接；时钟电路模块：用于为充电桩提供准确的时间信息；语音模块：用于提示和报警，提示音包括“充电开始”、“充电完毕”、“插头拔掉”和“余额不足”。
3.根据权利要求1所述的一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，其特征在于：所述指示灯分为电桩指示灯和插座指示灯，所述电桩指示灯用于提示充电桩和云端服务器连接是否正常，所述插座指示灯用于提示插座是否被占用。
4.根据权利要求1所述的一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，其特征在于：所述二维码的上方设有透明塑料盖，所述插座设有多个并且由二孔与三孔组合而成。
5.根据权利要求1所述的一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，其特征在于：所述客户端中还增添了充电时间设定功能。
6.根据权利要求1所述的一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，其特征在于：所述充电桩与插座上均设有唯一的ID标识。
7.根据权利要求6所述的一种基于MQTT电动车充电智能管理系统，其特征在于：所述充电桩与服务器、客户端与服务器的通讯是在GSM网络、UMTS网络、LTE网络、或NB-IoT进行，充电桩和服务器保持心跳连接，使服务器实时获取充电桩状态，并且为了保证信息安全，对通讯数据进行加密。
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Inventor before: Wang Zhihui

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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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Application publication date: 20180306