CN109532551A - 一种电动自行车智能充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动自行车智能充电系统，至少包括云服务器以及远程接入该云服务器的多个现场充电单元，其中，所述云服务器用于接收用户充电需求指令并以此控制相应的现场充电单元执行充电操作；所述现场充电单元至少包括充电机和安全定位锁，其中，所述充电机用于接收所述云服务器发送的充电控制指令并以此输出充电信号；所述安全定位锁与所述充电机相连接，用于根据所述充电机的指令执行开锁或闭锁操作。与现有技术相比，本发明为电动自行车充电提供了更加科学，快捷的充电方式与更加安全的充电系统解决方案。

Description

一种电动自行车智能充电系统
技术领域
本发明涉及电动自行车充电领域，尤其涉及一种电动自行车智能充电系 统。
背景技术
随着“低碳生活，节能减排”理念的普及，电动自行车这一种便利、环保、 快捷的交通工具受到越来越多人的青睐。但是电动自行车充电难，充电慢等问 题，制约了电动自行车进一步的使用。目前，现有的电动自行车智能充电的形 式是提供电源插座，用户使用自带的充电器容易存在安全隐患；同时现有“三 段式”第一段的快速充电方式采用恒定大电流充电，会缩短电池寿命，损伤电 池，且需要“三段”完整结束才有较好的充电效果，等待时间长；另外，电动 自行车胡乱停放在停车位；电动自行车在充电时，无车辆安全保障措施；普通 自行车误入电动自行车充电的位置，占用充电资源。
故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存 在的技术问题。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种电动自行车智能充电系统，通过在充电机中 集成设置充电模块，并采用直插供电方式对电动自行车进行供电，避免用户使 用自带的充电器存在的安全隐患问题。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：
一种电动自行车智能充电系统，至少包括云服务器以及远程接入该云服务 器的多个现场充电单元，其中，
所述云服务器用于接收用户充电需求指令并以此控制相应的现场充电单 元执行充电操作；
所述现场充电单元至少包括充电机和安全定位锁，其中，
所述充电机用于接收所述云服务器发送的充电控制指令并以此输出充电 信号；
所述安全定位锁与所述充电机相连接，用于根据所述充电机的指令执行开 锁或闭锁操作。
作为进一步的改进方案，所述安全定位锁进一步包括固定板，在固定板两 侧分别设有呈竖直设置的支撑板，两块支撑板之间形成供二轮或者三轮电动车 前轮进入的通道，在两块支撑板之间连接有横跨在通道内的转轴，在转轴上连 接有与转轴周向固定连接的车轮锁止拱形板且车轮锁止拱形板的弧形锁止凹 面朝上，所述的转轴与能驱动其转动从而带动车轮锁止拱形板摆动的驱动机构 连接,在车轮锁止拱形板车轮进入的一端内部设有压力传感器，在转轴上设有 角度传感器。
驱动机构包括驱动电机，驱动电机的来回转动从而控制转轴来回转动，当 然，也还是可以是驱动气缸或者油缸等等，即，伸缩杆的伸出和收缩，然后通 过偏心驱动方式驱动转轴转动。
偏心驱动轮其可以用于连接转轴和气缸或者油缸。
压力传感器用于检测进入车轮锁止拱形板后的车轮重量压力，其可以检测 所有驶入车轮锁止拱形板后的车轮重量，当重量轻于设定重量压力或者高于重 量压力时，此时的驱动机构其则不启动，避免了车位占用导致资源的浪费。
角度传感器其可以避免过度的转动导致车轮的倾斜或者翻倒。
两块支撑板形成的通道，其可以进一步提高管理效率和质量，同时，还可 以提高停车安全系数，避免了倾斜或者翻倒现象，另外，协同车轮锁止拱形板， 其可以形成前后的限制，避免了自由行驶导致驻车存在安全隐患。
作为进一步的改进方案，所述充电机进一步包括输出机构、充电模块、控 制模块、通信模块和安全定位锁控制模块，其中，
所述输出机构与充电模块输出端相连接，其采用伸缩结构，用于物理连接 电动自行车的充电接口；
所述充电模块受控于控制模块，用于输出充电信号对电动自行车进行充 电；
所述通信模块用于接入云服务器并实现数据通信；
所述安全定位锁控制模块与安全定位锁相连接，用于控制所述安全定位锁 工作；
所述控制模块与所述充电模块、通信模块和安全定位锁控制模块相连接， 用于控制所述充电机的工作。
作为进一步的改进方案，所述充电模块进一步包括功率因数校正电路、总 变压电路、反馈控制电路和采样模块，其中，
所述功率因数校正电路与交流市电相连接，用于进行功率因数校正并输出 直流高压；
所述反馈控制电路与控制模块相连接，用于获取所述控制模块的PWM信号 并发送给所述总变压电路；
所述总变压电路与所述反馈控制电路和控制模块相连接，用于在变电压间 歇负脉冲充电模式下输出稳定直流充电信号；
所述采样模块用于获取输出充电信号的电压值和电流值并反馈给控制模 块，所述控制模块根据充电信号实时调整所述反馈控制电路的输出以及变电压 间歇负脉冲模式的控制波形。
作为进一步的改进方案，所述压力传感器用于检测所述安全定位锁上的压 力信息；所述充电机获取该压力信息并以此判断电动自行车是否进锁。
在上述的安全定位锁中，所述的车轮锁止拱形板下表面中部设有沿着车轮 锁止拱形板宽度方向设置的转轴孔，所述的转轴插于转轴孔内且转轴可相对转 轴孔旋转。
转轴孔其可以便于安装和加工，以及提高车轮锁止拱形板摆动的平顺性。
优化方案，在转轴两端或者转轴孔两端设有轴套，其可以减小转动摩擦力。
在上述的安全定位锁中，所述的车轮锁止拱形板下表面中部向下凸出且沿 着车轮锁止拱形板宽度方向设置的拱起凸部，在拱起凸部内设有上述的转轴 孔。
拱起凸部呈三角状，且拱起凸部具有弧形凸面，弧形凸面通过两处弧形凹 面与车轮锁止拱形板下表面两端连接。
在上述的安全定位锁中，所述的车轮锁止拱形板包括下导向板和连接在下 导向板一端的上定位板，所述的下导向板上表面和上定位板上表面平滑连接形 成弧形锁止凹面，在上定位板远离下导向板的一端连接有弯曲限位板。
弧形锁止凹面其可以形成自锁，避免了车轮的自由行驶。
设计的弯曲限位板，其可以形成极限限位，设计更加人性化。
在上述的安全定位锁中，所述的下导向板远离上定位板的一端下表面设有 能与地面吻合的接触平面。
该结构其可以在最大程度上避免磨损现象，同时，还可以进一步提高与地 面接触的稳定性。
在上述的安全定位锁中，两块支撑板相互平行。
相互平行，其可以形成两侧的防护，同时，还可以便于加工制造。
在上述的安全定位锁中，所述的固定板上设有若干安装固定孔，所述的固 定板和支撑板分别由金属板材制成，且固定板和支撑板通过焊接固定在一起。
支撑板靠近人体的一端设有弧形避让凹面，在支撑板的上侧边具有弧形凸 面一，以及位于支撑板后端的弧形凸面二。
支撑板的竖直高度从支撑板靠近人体的一端向后逐渐升高。
本安全定位锁包括固定板，在固定板两侧分别设有呈竖直设置的支撑板， 两块支撑板之间形成供二轮或者三轮电动车前轮进入的通道，在两块支撑板之 间连接有横跨在通道内的转轴，在转轴上连接有与转轴周向固定连接的车轮锁 止拱形板且车轮锁止拱形板的弧形锁止凹面朝上，所述的转轴与能驱动其转动 从而带动车轮锁止拱形板摆动的驱动机构连接,在车轮锁止拱形板车轮进入的 一端内部设有压力传感器，在转轴上设有角度传感器，所述的压力传感器和角 度传感器分别与单片机控制模块连接；该安全定位锁的使用方法包括如下步 骤：
S1、驱动机构驱动转轴逆时针转动从而带动车轮锁止拱形板同步摆动，且 车轮锁止拱形板供车轮进入的一端下表面与地面接触；
S2、将二轮或者三轮电动车前轮驶入车轮锁止拱形板供车轮进入的一端上 表面，此时的压力传感器通过检测驶入车轮锁止拱形板上的电动车重量从而给 安全定位锁控制模块发出重量信号，当检测到的重量信号为设定区间内的重量 信号时所述的安全定位锁控制模块控制驱动机构带动转轴顺时针转动，从而迫 使车轮锁止拱形板向上脱离地面且角度传感器发送转轴转动角度信号给安全 定位锁控制模块，然后将电动自行车智能充电系统与电动车电连，即，开始充 电。
在上述的安全定位锁中，所述的转轴转动角度小于270°。
与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果：
1、通过在充电机中集成设置充电模块，采用直插供电方式对电动自行车 进行供电，避免用户使用自带的充电器存在的安全隐患问题；
2、现有电动车充电机仅提供电源插座，无法根据充电负载调节充电参数， 同时充电负载过大存在一定安全隐患；本发明将现有电瓶车充电器集成设置在 充电机中，从而能够根据充电负载情况智能调节充电参数，大大提高了充电安 全性能；
3、本发明的架构，充电参数信息能够方便的上传至云服务器，云服务器 端通过大数据分析能够给出最优化的充电选择模式；
4、本发明通过设置安全定位锁，防止电瓶车被盗，同时避免了电动自行 车胡乱停放的情况发生；另外，本发明提出一种安全定位锁的设计，从而能够 方便地实现电动自行车开锁和闭锁操作；
5、本发明进一步优化了充电模式，采用变电压间歇负脉冲曲线，实现边 充电，边修复，达到“三段式”充电法完整结束才有的效果，实现快速科学的充 电。
附图说明
图1为本发明电动自行车智能充电系统的架构图。
图2为本发明中现场充电单元示意图。
图3为本发明中充电机的原理框图。
图4为本发明中功率校正电路示意图。
图5为本发明中总变压电路示意图。
图6为本发明负脉冲产生电路示意图。
图7为本发明反馈控制电路示意图。
图8为本发明充电方法示意图。
图9为本发明单片机部分端口示意图。
图10为本发明安全定位锁工作流程示意图。
图11为本发明系统工作流程示意图。
图12为本发明安全定位锁的结构示意图。
图13是本发明安全定位锁提供的控制框图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。
参见图1和2，所示为本发明提供一种电动自行车智能充电系统的原理框 图和现场充电单元的示意图，至少包括云服务器以及远程接入该云服务器的多 个现场充电单元，其中，
所述云服务器用于接收用户充电需求指令并以此控制相应的现场充电单 元执行充电操作；
所述现场充电单元至少包括充电机和安全定位锁，每个充电机可以连接多 个安全定位锁，其中，充电机用于接收所述云服务器发送的充电控制指令并以 此输出充电信号；安全定位锁与所述充电机相连接，用于根据所述充电机的指 令执行开锁或闭锁操作。
具体的，云服务器包括数据管理模块和通信平台。数据管理模块用于存储 用户在充电过程中的数据以及利用大数据分析，处理结果包括开始充电前的时 长选择建议，充电时的安全定位锁的状态信息，充电进程信息等。通信平台指 可提供移动通信服务的平台，如中国移动，中国电信等。云服务器搭建在公共 的如阿里云，腾讯云等平台上。具体实施方式如下：用户通过用户终端发送充 电请求命令至云服务器端，云服务器端将充电指令通过通信平台发送至充电 机，充电机接收并开始相关指令操作，充电机与安全定位锁连接，云服务器通 过控制充电机间接控制安全定位锁的工作。充电机将数据(包括电动自行车的实时电压、电流数据和安全定位锁数据等)通过通信模块上传至云服务器。云 服务器将利用数据处理模块，对上述数据进行处理，并将结果如开始充电前的 时长选择建议等，发送至用户终端，使用户对电动自行车充电过程有详细的了 解。
参见图3，所示为本发明中充电机的原理框图，充电机包括输出机构、充 电模块、控制模块、通信模块和安全定位锁控制模块。其中，充电模块控于控 制模块，用于输出充电信号对电动自行车进行充电。包括功率因数校正电路、 反馈控制电路、总变压电路和采样模块。功率因数校正电路与交流市电相连接， 用于进行功率因数校正并输出直流高压；变压电路与反馈控制电路和控制模块 相连接，用于在变电压间歇负脉冲模式下输出稳定直流充电信号；采样模块用 于获取输出充电信号的电压值和电流值并反馈给控制模块，控制模块根据充电 信号实时调整反馈控制电路的输出以及变电压间歇负脉冲模式的控制波形。
进一步的，充电模块进一步包括功率因数校正电路、总变压电路、反馈控 制电路和采样模块，其中，
所述功率因数校正电路与交流市电相连接，用于进行功率因数校正并输出 直流高压；
所述反馈控制电路与控制模块相连接，用于获取所述控制模块的PWM信号 并发送给所述总变压电路；
所述总变压电路与所述反馈控制电路和控制模块相连接，用于在变电压间 歇负脉冲充电模式下输出稳定直流充电信号；
所述采样模块用于获取输出充电信号的电压值和电流值并反馈给控制模 块，所述控制模块根据充电信号实时调整所述反馈控制电路的输出以及变电压 间歇负脉冲模式的控制波形。
参见图4，所示为功率校正电路的原理图，包括功率校正IC、整流桥D11、 二极管D12、MOS管Q11、电阻R11、电感L11、电容C11～C12；市电与整流桥 D11的1，3端口连接，整流桥D11的2口与电容C11正极、电感L11一边一 端、功率校正IC连接，整流桥D11的4口与电容C11的负极、电阻R11一端、 功率校正IC连接，R11的另一端与功率校正IC、MOS管Q11的源极、负载端 的负极、电容C12的负极连接后接地，电感L11一边另一端与二极管D12的阳 极、MOS管Q11漏极连接，电感L11另一边两端与功率校正IC连接，二极管 D12的阴极与电容C12的正极、功率校正IC、输出负载的正极、输出端Vo380 连接；功率校正IC型号为ICE2PCS01；
市电接入整流桥D11后变为直流电，开始为电容C12充电，当MOS管Q11 截止时，电容C12两端电压等于直流电压。当MOS管Q11导通时，电感L11 充磁储能，当MOS管Q11截止时，电感L11两端电压串联直流电压，为电容 C12充电，即可实现将220V交流市电转换成380V的稳定直流高压。功率校 正电路可降低交流脉动纹波系数，提升平滑直流输出，经过滤波后输出380V 稳定直流高压。
在一种优选实施方式中，总变压电路包括变压电路和负脉冲产生电路；参 见图5，所示为变压电路的原理图，包括电阻R21～R30、电容C21～C32、变压 器T21、二极管D21～D22、MOS管Q21、三极管Q22、继电器RELAY1、PWM控制 芯片U21；PWM控制芯片U21的1脚与第一电容C1的一端连接后接地，PWM控 制芯片U21的2脚与第一电容C21的另一端、COMP端口连接，PWM控制芯片 U21的3脚与Vref端口连接，PWM控制芯片U21的4脚与第一电阻R21的一端、第三电容C23的一端连接，PWM控制芯片U21的5脚与MOS管Q21的栅极连接， PWM控制芯片U21的6脚与第四电容C24的一端、第二电阻R22的一端、第五 电阻R25的一端连接，PWM控制芯片U21的7脚与Vcc连接，PWM控制芯片U21 的8脚与第二电容C22的另一端、第三电容C23的另一端、第四电容C24的另 一端、第二电阻R22的另一端连接后接地，MOS管的源极与第五电阻R25的另 一端，第四电阻R24的一端连接，MOS管Q21的漏极与二极管D21的阳极、第 六电容C26的一端、变压器T21原级的负极连接，二极管D21阴极与第三电阻 R23的一端、第五电容C25的一端连接，第三电阻R23的另一端与第五电容C25 的另一端、变压器T21的原级的正极、输出端口Vo380连接，第六电容C26 的另一端与第六电阻R26的一端连接，第六电阻R26的另一端与第四电阻R24 的另一端连接后接地，二极管D22阳极与变压器T21副级的正极、第七电阻 R27的一端连接，第七电阻R27的另一端与第七电容C27的正极、第八电容C28 的正极、第九电容C29的正极、第十电容C30的正极、第十一电容C31的正极、 第十二电容C32的正极、第八电阻R28的一端、端口Vout、继电器RELAY1开 关的一端连接，变压器T21副级的负极与第七电容C27的负极、第八电容C28 的负极、第九电容C29的负极、第十电容C30的负极、第十一电容C31的负极、 第十二电容C32的负极、第八电阻R28的另一端、第十电阻R30的一端连接后 接地，继电器RELAY1开关的另一端与输出阳极、端口V-battery、继电器RELAY1控制的一端连接，继电器RELAY1控制的另一端与三极管Q22的集电极连接， 三极管Q22的基极与第九电阻R29的一端连接，第九电阻R29的另一端与端口 Relay连接；三极管Q22的发射极与第十电阻R30的另一端、端口Cath、输出 阴极连接；PWM控制芯片的型号为UC3844，继电器RELAY1的型号为 HF7520-012-HSTP；
变压电路主要由反激式开关电源构成，利用“电能-磁能-电能”转换的原理 和脉宽调制，可满足从功率因数校正电路输出380V的稳定直流电压降为所需 的稳定直流电压的要求。功率因数校正电路的输出端Vo380接入反激式开关 电源的原级输入端，根据输入、输出电压正比于原、副级匝数比，在副级可输 出稳定的直流电压。PWM控制芯片U21中COMP端与反馈控制电路的COMP 端相连，用于调节Out端输出占空比不同的PWM波，控制MOS管Q21的开 关时间比，MOS管D21与第三电阻R23用于消除漏感尖峰，副级输出电压根 据公式：Vout＝原副级匝数比*占空比/(1-占空比)*Vo380，由于原副级匝数 比为常数，Vout端输出电压由占空比控制。副级输出后端接RC滤波，消除输 出电压夹杂的交流部分；Relay端口与单片机Relay端口连接，通过三极管Q22 控制继电器RELAY1的开关，继电器RELAY1由单片机控制开关，继电器 REALY1连接输出结构K1，继电器闭合时，直流输出结构K1即可直接输出直流电压，用于电动自行车充电。
参见图6，所示为负脉冲产生电路的原理框图，包括电阻R31～R35、MOS 管Q31～Q34、MOS管驱动芯片U1；MOS驱动芯片U31的1脚与第一MOS 管Q31的漏极、第二MOS管Q32的漏极、第三MOS管Q33的漏极、第四 MOS管的漏极Q34、MOS管驱动芯片U31的5脚、端口Vout连接，MOS管 驱动芯片U31的2脚与端口En连接，MOS管驱动芯片U31的3脚与MOS 管驱动芯片U31的4脚、第二电阻R32的一端、第三电阻R33的一端、第四 电阻R34的一端、第五电阻R35的一端连接，MOS管驱动芯片U31的6脚与 端口H连接，MOS管驱动芯片U31的7脚与端口L连接，MOS管驱动芯片 U31的8脚接地，第二电阻R32的另一端与第一MOS管Q31的栅极连接，第 三电阻R33的另一端与第二MOS管Q32的栅极连接，第四电阻R44的另一端 与第三MOS管Q33的栅极连接，第五电阻R35的另一端与第四MOS管Q34 的栅极连接，第一电阻R31的一端与第一MOS管Q31的源极、第二MOS管 Q32的源极、第三MOS管Q33的源极、第四MOS管Q34的极连接，第一电 阻R31的另一端与Cath端口连接；
MOS管驱动芯片U31的EN为使能端，连接至单片机的EN端，由单片机 控制；MOS管专用驱动芯片U31的HIN端口控制蓄电池充电时间，LIN端口 控制电池放电时间，即负脉冲放电时间，充电与放电的时序时间如图8所示， HIN和LIN端口通过H、L端口与单片机连接，受单片机控制。负脉冲放电 能有效地降低充电时蓄电池的温度，有效地解决蓄电池极板的去极化问题，降 低蓄电池充电时电离水的程度。通过如图8所示的时序控制，可实现边充电，边修复，达到“三段式”充电法完整结束才有的效果。
参见图7，所示为反馈控制电路的原理图，包括电阻R41～R48、电容 C41～C44、运算放大器U41、光耦合器U42、单向可控硅D41；来自单片机的PWM 控制信号与第一电阻R41的一端连接，第一电阻R41的另一端与第一电容C41 的一端、第二电阻R42的一端连接，第二电阻R42的另一端与第二电容C42 的一端、运算放大器U41的5脚连接，第一电容C41的另一端与第二电容C42 的另一端、运算放大器U41的4脚连接后接地，运算放大器U41的1脚接工作电压Vcc,运算放大器U41的6脚与7脚连接，运算放大器U41的7脚与第三 电阻R43的一端、单向可控硅D41的阳极连接，第三电阻R43的另一端与单向 可控硅D41的控制极、第三电容C43的一端、第四电容C44的一端、第五电阻 R45的一端、光耦合器U42的2脚连接，第四电容C44的另一端与第四电阻R44 的一端连接，第三电容C43的另一端与单向可控硅D41的阴极、第四电阻的 R44另一端、第六电阻R46的一端连接，第六电阻R46的另一端与第五电阻R45 的另一端，第七电阻R47的一端、端口Vout连接，光耦合器U42的1脚与R47 的另一端连接，光耦合器U42的3脚接地，光耦合器U42与第八电阻R48的一 端连接,第八电阻R48的另一端与COMP端口连接；运算放大器U41的型号为 LM358，光耦合器U42的型号为PC817；
单片机PWM端口接入反馈控制电路PWM端，且单片机输出占空比可调 PWM波，经第一电阻R41,第二电阻R42,第一电容C41,第二电容C42滤波， 变为直流电压值，再由运算放大器U41输出至第三电阻R43，控制单向可控 硅D41的参考电位，实现电压Vout的设置。如图7所示的反馈控制电路Vout 端接变压电路副级Vout端，当光耦合器原端发光越强，COMP端得到的反馈 信号越强，从而调节如图5所示U21PWM控制器的5脚Out输出端的PWM占空 比，可实现输出电压值的连续变化。
采样模块用以采集充电机输出到电动自行车实时电压和电流数据、电动自 行车自身的电压电流数据以及功率数据，采样点分别为如图5所示的Vout， V-battery两个端口。利用电阻分压，放大器放大电流电压的原理，即可实现对 两个端口电流电压数据的采样。将采样输出连接至如图9所示的单片机ADC 端口，即可得到相应的电流电压数据，其中采样点Vout用于采集充电机输出 至电动自行车的实时电流电压数据，供实时监测充电过程，和拟合如图8所示 的变电压间歇负脉冲充电方法的依据；采样点V-battery用于采集电动自行车 自身的电流电压，用于判断电动自行车蓄电池负脉冲时的放电程度，以及蓄电池的极化程度。
控制模块单片机选用STM32F103系列，部分端口如图9所示，其中1脚 为单片机工作电压接+5V，7脚接地；2脚为PWM控制端口，用输出占空比 可调的PWM波，与如图6所示的反馈控制电路的PWM端连接；3脚、4脚 分别与如图7所示的负脉冲产生电路的HIN、LIN端相连，用以控制HIN与 LIN的时序关系；6脚、11脚分别为串口接收端(RX)与发送端(TX)，分 别连接至通信模块串口的发送端(TX)与接收(RX)端，即可通过通信模块实 现与云服务器的通信功能；8脚连接至如图4所示的Relay端，用以控制继电 器开关，继电器闭合，即可为电动自行车充电；10脚连接至如图6所示的EN 端，用以控制其使能。控制模块收集处理的数据有ADC的转换结果，用于拟 合如图8所示的变电压间歇负脉冲充电法，避免出现过载、过充、短路等情况， 实现科学快速地充电；
安全定位锁控制模块可以同样使用如图9所示控制模块的单片机，进一步 的，安全定位锁控制模块和控制模块可以采用一片单片机集成设计。其相应的 IO口与安全定位锁的电机7相连接，以控制电机的开关；以及分别连接至如 图8所示的传感器6，用以接收并处理传感器6的数据；传感器的数据与压力 阈值1、压力阈值2、角度阈值进行比较，可实现监测电动自行车的车辆状态， 充电机与安全定位锁的一体化配合，有车辆安全保障。
通信模块采用常见的GSM/GPRS模块，如SIM800C等，信号强，能耗低， 可实现云服务器与充电机的数据交换。其中，通信模块的串口端与控制模块单 片机的串口端相连，单片机数据以串口协议的方式通过通信模块无线传输至云 服务器端，云服务器数据通过通信平台下发数据至充电机通信模块，通信模块 再通过串口连接与单片机进行通信。
直流输出模块与变压电路输出端直接连接，有三路输出，包括充电头和充 电缆线。充电头为分叉型通用“T”型充电头和通用圆孔，适配市面上绝大多数 的电动自行车充电口，兼容性强；充电缆线为1.5m的铜芯线缆，耐压耐温性 能好。充电缆线为伸缩结构，便于收纳。充电机输出的直流电压通过充电缆线 至充电头，用户使用充电头直插入电动自行车进行充电，避免用户使用自带的 充电器而存在的安全隐患问题。
系统工作流程如图10和11所示，用户驱使电动自行车进入充电专用停车 位，电动自行车前轮触发安全定位锁开始工作，待安全定位锁锁定后，用户可 发送充电请求至云服务器，并将充电机充电头与电动自行车充电接口连接，云 服务器接收到用户充电请求，下发充电指令至智能充电机，开始充电。在充电 过程中，直流电压、电流采样模块持续采集输出到电动自行车与电动自行车自 身的电压、电流数据，安全定位锁每隔30S收集一次数据，数据汇集到控制 模块，用于判断数据是否正常。若数据不正常，则马上发出警示信息，并停止 充电；反之，则继续充电，直至正常充电结束。
参见图12-13，所示位安全定位锁的原理框图，
本安全定位锁包括固定板1，所述的固定板1两侧分别设有呈竖直设置的 支撑板2，固定板1呈水平设置，两块支撑板2相互平行，固定板1的厚度与 支撑板2厚度相等或者大于支撑板2的厚度。
其次，在固定板1上设有若干安装固定孔11，所述的固定板1和支撑板2 分别由金属板材制成，且固定板1和支撑板2通过焊接固定在一起。焊接其不 会被轻易破坏，导致电动自行车遗失。
两块支撑板2之间的距离为150mm，可容纳市面上绝大多数电动自行车的 车轮宽度，兼容性强。
两块支撑板2之间形成供二轮或者三轮电动车前轮进入的通道，在两块支 撑板2之间连接有横跨在通道内的转轴3，在转轴3上连接有与转轴3周向固 定连接的车轮锁止拱形板4且车轮锁止拱形板4的弧形锁止凹面4a朝上，所 述的转轴3与能驱动其转动从而带动车轮锁止拱形板4摆动的驱动机构5连接, 具体地，本实施例的驱动机构5包括驱动电机。
在车轮锁止拱形板4车轮进入的一端内部设有压力传感器6，在转轴3上 设有角度传感器7。
所述的车轮锁止拱形板4下表面中部设有沿着车轮锁止拱形板4宽度方向 设置的转轴孔41，所述的转轴3插于转轴孔41内且转轴3可相对转轴孔41 旋转。
优化方案，在车轮锁止拱形板4下表面中部向下凸出且沿着车轮锁止拱形 板4宽度方向设置的拱起凸部42，在拱起凸部42内设有上述的转轴孔41。
具体地，本实施例的车轮锁止拱形板4包括下导向板411和连接在下导向 板411一端的上定位板412，所述的下导向板411上表面和上定位板412上表 面平滑连接形成弧形锁止凹面4a，在上定位板412远离下导向板411的一端 连接有弯曲限位板43。
另外，在下导向板411远离上定位板412的一端下表面设有能与地面吻合 的接触平面44。
在本实施例中，转轴采用φ20gcr15光轴作为支撑，下方导4内孔与转轴 配合为H7/f8的间隙配合。电机通过M5螺钉固定安装于支撑板上。下导向板 在靠近电机一侧封闭，开D型中孔，与电机轴配合，传导电机扭矩。压力传感 器放置在下导向板内部，正对于转轴，压力传感器包括搭载有AD模块的压力 传感器，角度传感器7包括搭载有AD模块的角度传感器，传感器输出数字信 号，通过导线与单片机控制模块的IO口相连，分别用以检测下导向板所受的 压力数据和转轴所转过的角度数据。
通过单片机控制模块，将压力数据与设置的压力阈值1比较，可防止普通 自行车误入电动自行车充电车位；与压力阈值2比较，可实时检测电动自行车 是否在车位上，保障电动自行车的车辆安全。将角度数据与角度阈值比较，可 开启电机辅助下导向板的转动，辅助电动自行车进入车轮锁止拱形板4内，可 实现电动自行车的整齐停放，在转动角度达到设定的阈值条件后，电机锁死， 下导向板贴合电动自行车前轮，使电动自行车难以被移动，保障电动自行车的 充电安全。
安全定位锁包括固定板1，在固定板1两侧分别设有呈竖直设置的支撑板2， 两块支撑板2之间形成供二轮或者三轮电动车前轮进入的通道，在两块支撑板 2之间连接有横跨在通道内的转轴3，在转轴3上连接有与转轴3周向固定连 接的车轮锁止拱形板4且车轮锁止拱形板4的弧形锁止凹面4a朝上，所述的 转轴3与能驱动其转动从而带动车轮锁止拱形板4摆动的驱动机构5连接,在 车轮锁止拱形板4车轮进入的一端内部设有压力传感器6，在转轴3上设有角 度传感器7，所述的压力传感器6和角度传感器7分别与单片机控制模块8连 接；该安全定位锁的使用方法包括如下步骤：
S1、驱动机构5驱动转轴3逆时针转动从而带动车轮锁止拱形板4同步摆 动，且车轮锁止拱形板4供车轮进入的一端下表面与地面接触；
S2、将二轮或者三轮电动车前轮驶入车轮锁止拱形板4供车轮进入的一端 上表面，此时的压力传感器6通过检测驶入车轮锁止拱形板4上的电动车重量 从而给单片机控制模块8发出重量信号，当检测到的重量信号为设定区间内的 重量信号时所述的单片机控制模块8控制驱动机构5带动转轴3顺时针转动， 从而迫使车轮锁止拱形板4向上脱离地面且角度传感器7发送转轴3转动角度 信号给单片机控制模块8，然后将电动自行车智能充电系统与电动车电连，即， 开始充电。
所述的转轴3转动角度小于270°。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指 出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还 可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的 保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本 发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见 的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在 其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而 是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电动自行车智能充电系统，其特征在于，至少包括云服务器以及远程接入该云服务器的多个现场充电单元，其中，
所述云服务器用于接收用户充电需求指令并以此控制相应的现场充电单元执行充电操作；
所述现场充电单元至少包括充电机和安全定位锁，其中，
所述充电机用于接收所述云服务器发送的充电控制指令并以此输出充电信号；
所述安全定位锁与所述充电机相连接，用于根据所述充电机的指令执行开锁或闭锁操作。
2.根据权利要求1所述的电动自行车智能充电系统，其特征在于，所述安全定位锁进一步包括固定板(1)，所述的固定板(1)两侧分别设有呈竖直设置的支撑板(2)，两块支撑板(2)之间形成供二轮或者三轮电动车前轮进入的通道，在两块支撑板(2)之间连接有横跨在通道内的转轴(3)，在转轴(3)上连接有与转轴(3)周向固定连接的车轮锁止拱形板(4)且车轮锁止拱形板(4)的弧形锁止凹面(4a)朝上，所述的转轴(3)与能驱动其转动从而带动车轮锁止拱形板(4)摆动的驱动机构(5)连接,在车轮锁止拱形板(4)车轮进入的一端内部设有压力传感器(6)，在转轴(3)上设有角度传感器(7)。
3.根据权利要求1或2所述的电动自行车智能充电系统，其特征在于，所述充电机进一步包括输出机构、充电模块、控制模块、通信模块和安全定位锁控制模块，其中，
所述输出机构与充电模块输出端相连接，其采用伸缩结构，用于物理连接电动自行车的充电接口；
所述充电模块受控于控制模块，用于输出充电信号对电动自行车进行充电；
所述通信模块用于接入云服务器并实现数据通信；
所述安全定位锁控制模块与安全定位锁相连接，用于控制所述安全定位锁工作；
所述控制模块与所述充电模块、通信模块和安全定位锁控制模块相连接，用于控制所述充电机的工作。
4.根据权利要求3所述的电动自行车智能充电系统，其特征在于，所述充电模块进一步包括功率因数校正电路、总变压电路、反馈控制电路和采样模块，其中，
所述功率因数校正电路与交流市电相连接，用于进行功率因数校正并输出直流高压；
所述反馈控制电路与控制模块相连接，用于获取所述控制模块的PWM信号并发送给所述总变压电路；
所述总变压电路与所述反馈控制电路和控制模块相连接，用于在变电压间歇负脉冲充电模式下输出稳定直流充电信号；
所述采样模块用于获取输出充电信号的电压值和电流值并反馈给控制模块，所述控制模块根据充电信号实时调整所述反馈控制电路的输出以及变电压间歇负脉冲模式的控制波形。
5.根据权利要求3所述的电动自行车智能充电系统，其特征在于，所述压力传感器用于检测所述安全定位锁上的压力信息；所述充电机获取该压力信息并以此判断电动自行车是否进锁。
6.根据权利要求2所述的电动自行车智能充电系统，其特征在于，所述的车轮锁止拱形板(4)下表面中部设有沿着车轮锁止拱形板(4)宽度方向设置的转轴孔(41)，所述的转轴(3)插于转轴孔(41)内且转轴(3)可相对转轴孔(41)旋转。
7.根据权利要求6所述的电动自行车智能充电系统，其特征在于，所述的车轮锁止拱形板(4)下表面中部向下凸出且沿着车轮锁止拱形板(4)宽度方向设置的拱起凸部(42)，在拱起凸部(42)内设有上述的转轴孔(41)。
8.根据权利要求2所述的电动自行车智能充电系统，其特征在于，所述的车轮锁止拱形板(4)包括下导向板(411)和连接在下导向板(411)一端的上定位板(412)，所述的下导向板(411)上表面和上定位板(412)上表面平滑连接形成弧形锁止凹面(4a)，在上定位板(412)远离下导向板(411)的一端连接有弯曲限位板(43)；
所述的下导向板(411)远离上定位板(412)的一端下表面设有能与地面吻合的接触平面(44)。
9.根据权利要求2所述的电动自行车智能充电系统，其特征在于，两块支撑板(2)相互平行。
10.根据权利要求2所述的电动自行车智能充电系统，其特征在于，所述的固定板(1)上设有若干安装固定孔(11)，所述的固定板(1)和支撑板(2)分别由金属板材制成，且固定板(1)和支撑板(2)通过焊接固定在一起。
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