CN109712328A - 一种基于物联网的智能充电柜及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的智能充电柜，包括一智能充电插座，用于接收来自网络平台发出的充电指令并执行充电；还包括与智能充电插座进行一对一匹配的电磁锁，用于在其匹配的智能充电插座接收到充电指令后对所在储存箱的箱门执行开锁；充电柜外表面具有一个用于扫码识别的二维码涂层。本发明在物联网技术的基础上，通过在每个充电柜的储存箱内部设置智能充电插座并且与相匹配的电磁锁结合，使二者的优势相结合，形成一种实时、安全、防盗、远程控制的技术方案；既能解决智能安全充电，又能实现电动车充电电池的保管功能；通过以物联网技术为基础，能够清晰定位设备位置，用户可通过移动终端按需查询，实现安全充电。

Description

一种基于物联网的智能充电柜及充电方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种用于电动车等交通工具，既能解决智能安全充电、又能实现电池保管功能的基于物联网的智能充电柜。

背景技术

随着物联网技术的向前发展，其带来的各种应用将产生海量连接，远远超过人与人之间的通信需求，无论是运营商，还是设备商，通过在不同垂直行业的应用，纷纷展示了完整的物联网解决方案。

用于实现这些方案的基础，是基于蜂窝的窄带物联网NB-IOT，成为万物互联网络的一个重要分支，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。由于NB-IOT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业、智能电器等。

本发明涉及的技术方案是基于物联网的智能充电技术，尤其涉及电动车充电电池的充电技术。

由于电动车的数量在不断增加，如今的电动车充电电池的技术正随着电动车技术的发展而不断相应的更新，本领域技术人员针对电动车在其常规的充电过程中，首先考虑的是电池的安全问题，例如，在充电过程中，充电电池应避免因过热而引起火灾，因而，技术人员也陆续研发了一些能够在充满电后自动切断电源的电池充电装置。

即便对电动车充电电池做出不断改进，其充电方式完全是基于插座，无法为电动车骑行者提供人性化服务，这种完全基于插座式的充电方式经过实际运用之后发现，仍然存在着两个重大风险，其一是可以视之为离线版、傻瓜式，缺乏智能安全判断机制；另一风险则是充电电池均放在公共区域，存在着被误拿以及被盗的风险，总结而言，电动车使用者在进行充电池，即无法确定电池充电过程中的安全性，也更加无法始终确保电池在充电过程中有效的防盗。

本发明正是在现有公知技术的基础上，结合实际应用，针对智能充电技术领域的产品结构以及充电方法进一步研发并提出相应的技术方案，旨在通过向公共场合有充电需求的人群提供智能、便捷、安全的一体化智能充电服务。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供一种基于物联网的智能充电柜，使其既能解决智能安全充电问题，又能实现电池保管的功能，同时解决现有技术的诸多不足。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于物联网的智能充电柜，其柜体内部隔出若干独立的储存箱，每一个储存箱包括：

一智能充电插座，固定安装于所述储存箱内部，用于接收来自网络平台发出的充电指令并执行充电；

一电磁锁，固定设置于所述储存箱的箱门内，并且与处于同一个储存箱内的所述智能充电插座进行一对一匹配，所述电磁锁用于在所匹配的智能充电插座接收到充电指令后对所在储存箱的箱门执行开锁；

所述充电柜外表面具有一个用于扫码识别的二维码涂层；

所述智能充电插座包括设置于其内部的NB-IOT模块、主控MCU模块、计量模块以及供电模块；

所述主控MCU模块连接用于采集温度状态信息的传感器单元，所述计量模块通过L线电流采样、N线电流采样、以及电压采样获取零线和火线的实时电压电流，所述主控MCU模块通过计量模块的串口通信读取电压、电流、电量状态信息并实时上报。

在所实施的以上技术方案的基础上，还包括：

为了便于控制，所述充电柜的每一个储存箱通过电磁锁信号线接入继电器控制模块；

实际上，对于电磁锁，其通过网络平台发出的请求指令对所在储存箱的箱门进行远程控制开闭。

相应地，所述智能充电插座与相匹配的电磁锁构成一防盗式充电箱。

对于以上所实施的智能充电插座，其相应的技术手段还包括：

在插座的尺寸方面，所述智能充电插座的面盖尺寸优选采用86mm×86mm；

对于以上所实施的智能充电插座，还具备智能温控保护结构，主控MCU 模块的WIRE_DQ端口与温度传感器模块之间通过DS18B20接口对接， DS18B20接口的WIRE_DQ接入端直接接入DS18B20芯片的引脚。

结合本发明实施例所实施的技术手段，还可形成以下技术方案：

一种基于物联网的智能充电柜的充电方法，采用以下步骤：

(1)在要使用的区域设置至少一个配有一个二维码扫描标识的多层充电柜，每个充电柜分隔为带有箱门的若干储存箱，每个储存箱内部安装一智能充电插座，每个箱门装有与智能充电插座相对应的电磁锁；

(2)待充电的使用者通过手机APP软件扫码距离其最近位置处的充电柜，即通过网络向平台发送充电请求；

(3)网络平台在接收到使用者发送的充电请求信号之后，对终端数据库的该对应设备ID进行查找与匹配，并得知该对应充电柜设备的各个箱体的使用状态，选择该对应充电柜设备的其中一个空闲箱体，经平台处理后通过网络进行数据下发，并且向对应ID充电柜设备的一个空闲箱体发出请求指令；

(4)智能充电插座收到指令信号并通过电磁锁信号线对电磁锁发送打开箱门的信号，电磁锁将箱门开启，智能充电插座开始供电，使用者开始使用。

进一步地，当电磁锁开锁之后，对应的智能充电插座向平台反馈一个开门充电成功的信号，并且将该储存箱的状态通过网络传送至平台，平台再通过网络发送至使用者使其查看到充电成功的信息

本发明有益效果为：

(1)在物联网技术的基础上，以实现一种具有若干储存箱的智能充电柜为设计方案，通过在每个储存箱内部设置智能充电插座并且与相匹配的电磁锁结合，使二者的优势相结合，形成一种实时、安全、防盗、远程控制的技术方案；

(2)针对目前公共区域电动车充电电池在充电过程中不够完善、不够成熟的技术，本发明所实施的技术方案对其进行了升华，既能解决智能安全充电，又能实现电动车充电电池的保管功能；

(3)通过以物联网技术为基础，能够清晰定位设备位置，用户可通过手机等移动终端按需查询，实现电动车充电电池的安全充电。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述基于物联网的智能充电柜的外形结构示意图；

图2是本发明实施例所述智能充电柜的储存箱内部智能充电插座的外形结构示意图；

图3是本发明实施例所述基于物联网的智能充电柜的电气拓扑图；

图4是本发明实施例所述基于物联网的智能充电柜的充电流程示意图；

图5是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座工作原理框图；

图6是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座NB-IOT电路模块示意图；

图6-1是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座的开机电路连接示意图；

图6-2是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座网络指示灯电路示意图；

图7是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座的供电电路模块示意图；

图8是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座的主控MCU模块示意图；

图8-1是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座主控MCU模块与 NB-IOT电路模块连接的接口电路示意图；

图8-2是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座主控MCU模块与继电器控制电路模块连接示意图；

图8-3是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座主控MCU模块与蜂鸣器电路模块连接示意图；

图8-4是本发明实施例所述充电插座的主控MCU模块与温度传感器电路模块连接的DS18B20接口电路示意图；

图9是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座组成原理示意图；

图10-1是图9所示的L线电流采样电路连接示意图；

图10-2是图9所示的N线电流采样电路连接示意图；

图10-3是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座电压采样电路示意图；

图10-4是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座插拔检测电路示意图；

图10-5是本发明实施例所述智能充电柜的充电插座计量检测端子电路示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明实施例所述的基于物联网的智能充电柜，所实施的技术方案要实现的目的在于，实施一种以物联网技术为基础来清晰定位设备位置的智能充电柜，来满足电动车使用者在公共区域对充电电池等进行安全、防盗、快速且具有一定可控性的充电需求，从而解决现有公共区域所用的大多数充电设备缺少安全机制以及电动车充电电池容易被盗或误拿的问题。

对于以上所实施的智能充电柜的结构进行解析：

其柜体由若干层的若干个带锁的箱体构成，每一箱体内部装有独立的智能充电插座，为实现远程智能控制，每一个智能充电插座与控制对应箱体开闭的电磁锁相配合，从而实现既能进行智能充电、又能实现在充电过程中确保对应箱门具有较佳防盗性能，在应用效果上，其形成一种全新的解决方案，既能解决智能安全充电问题，又能实现电动车充电电池保管功能。

如图3-4所示，本发明实施例所述的基于物联网的智能充电柜，结合工作流程图以及电器拓扑图针对智能充电柜的运行方式、以及每个箱体内部充电插座与对应的电磁锁的控制方式进一步解析：

首先，本发明所实施的技术方案在应用时，由于处于公共区域的每个充电柜均配有对应的二维码，因而，仅需待充电的使用者通过手机APP扫码距离该使用者最近位置处的充电柜，即可通过网络向平台发送充电请求；

然后，网络平台在接收到使用者发送的充电请求信号之后，对终端数据库的该对应设备ID进行查找与匹配，并得知该对应充电柜设备的各个箱体的使用状态，选择该对应充电柜设备的其中一个空闲箱体，经平台处理后通过网络进行数据下发，并且向对应ID充电柜设备的一个空闲箱体发出请求指令，由于每个箱体仅对应一个智能充电插座，每个箱体内部的独立智能充电插座与该箱体的带有电磁锁的箱门进行一对一的匹配；

最后，在智能充电插座收到指令信号之后，每个智能充电插座通过电磁锁信号线向对应的电磁锁发送打开箱门的信号，由继电器控制，电磁锁将箱门开启，该智能充电插座开始供电，使用者将电动车充电电池置入对应的箱体内部，当电磁锁开锁成功之后，对应的智能充电插座会向上反馈一个开门充电成功的信号，并且将该箱体的状态通过网络传送至处理平台，使用者会通过APP软件查看到充电成功的信息。

对于以上所实施的扫码步骤，则主要依靠相应的网络软件来实现，该网络软件主要涉及程序代码的开发；对于以上所实施的电磁锁自身构造，则为现有技术，可采用能够开启箱门、柜门等锁闭空间的任意电磁锁，通过驱动电磁锁的电磁铁工作，控制电磁锁的锁块运动，进行电磁锁的自动开、关，由于为现有技术或本领域技术人员通过常规手段即可实现，此处不再赘述。

如图5所示，本发明所实施的智能充电插座包括设置于其内部的NB-IOT 模块、主控MCU模块、计量模块以及供电模块，相应模块由供电线取电，进行数据发送时，充电插座的控制模块进行运算后将结果送往服务器，即智能插座上电后首先会发送入网注册信息，收到入网应答信号后进入控制程序，平台对充电柜的插座状态进行监控。

相应地，所实施的NB-IOT模块与主控MCU模块各自的NB_RXD端口、 NB_TXD端口、NB_RESET端口、RI端口以及VCC5端口，分别对应连接；

相应地，所实施的主控MCU模块与计量模块各自的GND端口、VCC3.3 端口，分别对应连接，主控MCU模块与计量模块各自的RXD端口、TXD端口、 ZX端口、CB_JC端口、JD_JC端口，分别对应连接；

相应地，所实施的计量模块与供电模块各自的LIN端口、VDD3.3端口、 GNDP端口，分别对应连接；

相应地，所实施的供电模块与主控MCU模块各自的GND端口、VCC3.3 端口、VCC5端口，分别对应连接。

如图6、图6-1、图6-2所示，在图5所示的内部模块组成基础上，对NB-IOT 模块电路进一步实施并且图6标示出各个相应的连接端口，其中的NETLIGHT 端口接入相应的网络指示灯单元，所实施的网络指示灯单元具备S8050型的Q2 并且该Q2三极管通过一个阻止为2.2K的电阻连接发光二极管G1；NB-IOT模块的NB PER端口用于接入开机电路，在开机电路中，NB PER端口直接接入三极管Q1集电极，并且该三极管Q1的基极接入阻值为4.7K的电阻R1，然后再连接至NB RESET端；相应地，NB-IOT模块的53端口接入由J1组成的电路单元，该电路单元中，具备TX_IN、TX_OUT两个端口。

如图7所示，在图5所示的内部模块组成基础上，对供电模块电路进一步实施，采用芯片型号为TB5806，该芯片第6引脚接二极管D4，D4直接串联 R39、C26。

如图8、图8-1、图8-2、图8-3、图8-4所示，在图5所示的内部模块组成基础上，对主控MCU模块电路进一步实施：

其一，主控MCU模块的NB_TXD、NB_RXD、NB RESET、以及RI端口依次分别与图8-1所示对应的端口连接，从而形成用于连接主控MCU模块与 NB-IOT电路模块连接的接口电路；

其二，主控MCU模块的RELAY端口通过阻值为1K的电阻R26接入S9014 型的三极管Q4，该Q4的集电极分别并联连接1N4148、二极管D1，其中的 1N4148开关K1接入LCOUT，同时，1N4148通过F1接入LOUT，相应地，所实施的LCOUT为通过计量后的电源火线入口，LOUT为火线出口接AC座L 口，从而使该RELAY端口与继电器控制电路相接；

其三，主控MCU模块的BEEP端口接入蜂鸣器电路，BEEP接入端通过阻止为1K的电阻R20连接至S8050型的三极管Q3，该Q3的集电极直接接入蜂鸣器的第2端口；

其四，主控MCU模块的WIRE_DQ端口连接至温度传感器模块的DS18B20 接口，WIRE_DQ接入端直接接入DS18B20芯片的第2引脚，同时，该DS18B20 芯片第3引脚接入C15。

如图9、图10-1、图10-2、图10-3、图10-4、图10-5所示，每个智能充电插座由对应的主控MCU模块控制，并且该主控MCU模块连接用于采集温度等状态信息的传感器单元，控制原理为，主控MCU模块通过比较实时数据和预设置的阈值比较，若超过预设置阈值则控制继电器断开，切断电源；计量模块通过L线电流采样、N线电流采样、以及电压采样获取零线和火线的实时电压电流，L线电流采样的采样电阻采用锰铜电阻，计量模块通过计量芯片计算得到插座的实时电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电量等信息；主控MCU模块通过与计量检测单元的串口通信读取电压、电流、电量等状态信息，实时上报云平台，同时，云平台也可直接下发操作指令，控制继电器通断。

在本说明书的描述中，若出现术语″本实施例″、″具体实施″等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明或发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。

在本说明书的描述中，术语″连接″、″安装″、″固定″、″设置″、″具有″等均做广义理解，例如，″连接″可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明或发明中的具体含义。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本发明技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案，该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本发明技术效果之外，例如，采用智能充电插座与电磁锁配合实现充电状态下的防盗效果；②采用公知技术对本发明技术方案的部分特征的等效替换，所产生的技术效果与本发明技术效果相同，例如，对电路中的部分模块进行改进或对电路元件的等效替换；③以本发明技术方案为基础进行可拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本发明技术方案之外；④利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域。

Claims (10)

1.一种基于物联网的智能充电柜，其柜体内部隔出若干独立的储存箱，其特征在于，

每一个储存箱包括：

一智能充电插座，固定安装于所述储存箱内部，用于接收来自网络平台发出的充电指令并执行充电；

一电磁锁，固定设置于所述储存箱的箱门内，并且与处于同一个储存箱内的所述智能充电插座进行一对一匹配，所述电磁锁用于在所匹配的智能充电插座接收到充电指令后对所在储存箱的箱门执行开锁；

所述充电柜外表面具有一个用于扫码识别的二维码涂层；

所述智能充电插座包括设置于其内部的NB-IOT模块、主控MCU模块、计量模块以及供电模块；

所述主控MCU模块连接用于采集温度状态信息的传感器单元，所述计量模块通过L线电流采样、N线电流采样、以及电压采样获取零线和火线的实时电压电流，所述主控MCU模块通过计量模块的串口通信读取电压、电流、电量状态信息并实时上报。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能充电柜，其特征在于：所述充电柜的每一个储存箱通过电磁锁信号线接入继电器控制模块。

3.根据权利要求1或2所述的基于物联网的智能充电柜，其特征在于：所述电磁锁通过网络平台发出的请求指令对所在储存箱的箱门进行远程控制开闭。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的智能充电柜，其特征在于：所述智能充电插座与相匹配的电磁锁构成一防盗式充电箱。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的智能充电柜，其特征在于：所述智能充电插座的面盖尺寸优选采用86mm×86mm。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的智能充电柜，其特征在于：所述主控MCU模块通过实时数据和预设置的阈值比较，若超过预设置阈值则控制继电器断开来切断电源。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的智能充电柜，其特征在于：所述通过计量模块计算得到插座的各个参数的实时信息。

8.根据权利要求7所述的基于物联网的智能充电柜，其特征在于：所述智能充电插座具备智能温控保护结构，主控MCU模块的WIRE_DQ端口与温度传感器模块之间通过DS18B20接口对接，DS18B20接口的WIRE_DQ接入端直接接入DS18B20芯片的引脚。

9.一种基于物联网的智能充电柜的充电方法，其特征在于，采用以下步骤：

(1)在要使用的区域设置至少一个配有一个二维码扫描标识的多层充电柜，每个充电柜分隔为带有箱门的若干储存箱，每个储存箱内部安装一智能充电插座，每个箱门装有与智能充电插座相对应的电磁锁；

(2)待充电的使用者通过手机APP软件扫码距离其最近位置处的充电柜，即通过网络向平台发送充电请求；

(3)网络平台在接收到使用者发送的充电请求信号之后，对终端数据库的该对应设备ID进行查找与匹配，并得知该对应充电柜设备的各个箱体的使用状态，选择该对应充电柜设备的其中一个空闲箱体，经平台处理后通过网络进行数据下发，并且向对应ID充电柜设备的一个空闲箱体发出请求指令；

(4)智能充电插座收到指令信号并通过电磁锁信号线对电磁锁发送打开箱门的信号，电磁锁将箱门开启，智能充电插座开始供电，使用者开始使用。

10.根据权利要求9所述的基于物联网的智能充电柜的充电方法，其特征在于：当电磁锁开锁之后，对应的智能充电插座向平台反馈一个开门充电成功的信号，并且将该储存箱的状态通过网络传送至平台，平台再通过网络发送至使用者使其查看到充电成功的信息。