CN107437299A - 一种基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩，包括电路保护模块、供电模块、电量计算模块、通讯模块、刷卡模块和触摸按钮模块，所述电路保护模块包括设置在主线路上的空气开关和漏电保护器，所述供电模块包括主线路分出的十条输出线路和设置在每条输出线路上的继电器与充电插座；供电桩的机箱外壳上印有代表供电桩ID的二维码；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，最大程度的确保了供电线路的安全；在供电桩因为异常状态导致断电后恢复电源时提取数据使设备能够重新正常工作的电动车供电桩的掉电保护。

Description

一种基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩

技术领域

本发明涉及供电桩领域，更具体的说，尤其涉及一种基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩。

背景技术

如今越来越多人骑电瓶车出行，但由于蓄电池容量有限，卸载蓄电池带回家充电很不方便，电动自行车充电难的问题日益突出，所以增设更多电瓶车供电桩是必不可少的。目前市场上使用较多的是传统的投币式供电桩，传统的投币式供电桩具有硬币消费的劣势，即硬币携带不方便，消费不彻底，人工回收银币等缺点。而且投币式供电桩的计费模式可归类为计时模式，比如一元钱可供电三到四个小时不等，这种计费模式虽然简单明了，但存在着很明显的不足之处：比如对于不同型号的电动自行车，其充电功率可从150w到600W不等，相同的充电金额获得的充电时间是相同的，然而小充电功率的电瓶车用户消耗的电量明显少于高充电功率的动车的用户，造成了不同充电设备计费单价不同的问题，带来消费不公平的现象。而且有些用户会付费为其它高充电功率用电设备供电，可能会造成运营商亏损，即运营商补贴电费的情况。此类投币式供电桩的结算单位一般只能精确到“元”，这对于经常需要充电的用户来说非常不合理。因此，出现了一种以微信或支付宝进行支付，从而实现精确金额支付的供电桩。目前这种实现微信和支付宝支付的供电桩主要通过联网供电桩来实现，联网供电桩则采用独立GPRS或独立以太网的通信方式，不仅成本比较高，而且维护量大。采用独立GPRS通信方式会存在以下问题：地下停车库信号差导致信息延时会造成客户使用体验较差，GPRS通信产生流量费用会增加设备后期的维护费用。采用独立以太网通信方式同样会出现一些问题，比如，每一个供电桩都要有以太网网口，每台供电桩需要通过网线和路由器或者交换机连接这样就无形中增加了布线的复杂度以及布线成本，比如，路由器或者交换机上网的问题成为了一个新的问题，这就可能每个供电桩服务的校区需要办理独立的上网账号为供电桩提供流量。

而LoRa作为一种无线技术，基于Sub-GHz的频段使其更易以较低功耗远距离通信，。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)，同时LoRa的有极强的抗干扰能力，在地下停车库依旧能够完成通信任务。LoRa的通信距离在郊区可达十几公里，在建筑物复杂的城区可达几公里。现在尚无将LORA应用到电动自行车供电桩的先例。

同时，同一个电动车供电桩往往具有多个充电接口，在对供电桩进行功率限制时，只会对供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，或者是在多个供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，因此这些供电桩已经无法适应用户的需要。

另外,目前市场上的电瓶车供电桩不具备掉电保护功能或者使用瞬间检测的方式来进行掉电保护。瞬间检测的常见方法是依靠电池或者大电容，辅助于软件和硬件设施，使得设备在失去外部电源后能妥善地备份好运行数据，复位一些关键电路，为失去电源之后的系统安全以及外部电源恢复后设备重新正常工作做好准备。现有的瞬间检测式掉电保护技术对设备掉电保护的常见处理方法由设备控制单元对电源电压进行采样，当设备失去外部电源时，电容开始放电，代替外部电源为设备供电，这时设备的电源电压逐渐下降，当采样的电源电压下降到阈值，控制单元对系统关键数据进行备份，并复位一些关键电路，确保外部电源恢复时，设备能够进入正常工作状态。当完成复位工作之后，控制单元将不再参与后续工作，处于闲置状态，但维持控制单元运行需要消耗电容的能量。电容的储能大小与电压的平方成正比，在最后的环节时电容两端电压已经处于较低水平，而维持复位电路需要消耗一定时间和电压，因此需要提高电容值来作为保证，然而这样将会降低能量利用率，同时必须需要增大设备体积。若是在掉电情况下对RAM中的数据进行保存时，在上电掉电瞬间,总线上有可能产生错误的读写信号而使RAM内数据丢失，使设备在恢复外部电源供电时无法正常工作。由于电容的容量有限，在发生断电时，电容放电维持控制电路进行数据保存的时间有限，可能会导致数据存储不完整，影响存储的数据完整性。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题而提供一种基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩，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，最大程度的确保了供电线路的安全；在供电桩因为异常状态导致断电后恢复电源时提取数据使设备能够重新正常工作的电动车供电桩的掉电保护。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩，包括电路保护模块、供电模块、电量计算模块、通讯模块、刷卡模块和触摸按钮模块，所述电路保护模块包括设置在主线路上的空气开关和漏电保护器，所述供电模块包括主线路分出的十条输出线路和设置在每条输出线路上的继电器与充电插座；供电桩的机箱外壳上印有代表供电桩ID的二维码；

所述供电桩内部还设置有功率限制模块、LoRa模块和掉电保护模块，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，供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供电桩输电线的总负载功率大于或等于2500W，则供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；

所述供电桩的LoRa模块通过LoRa物联网基站连接公网云端，每一个供电桩通过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；

所述掉电保护模块在供电桩正常使用的情况下以心跳包的方式将供电桩每条输出线路的数据传输给公网云端，在供电桩断电后在公网云端打包出距离断电时间最近且代表供电桩所有输出线路状态的数据大包并将该数据大包在供电桩恢复供电后发送至供电桩中，由供电桩控制各个输出线路以断电前的状态继续工作。

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供电桩内部的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供电桩内部的LoRa模块发送的数据，实现LoRa物联网基站热备份。

进一步的，电量计量模块设置为HLW8012计量芯片，HLW8012计量芯片采用锰铜采样电阻来测量电流，并使用分压电阻来测量电压，其芯片的脉冲输出频率与电量成正比。

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。

本发明的有益效果在于：

1、本发明使用GPRS模块传送的数据比单片机瞬间检测后保存的数据更稳定，不容易发生数据出错现象，从而保证恢复外部电源后供电桩能够以接近断电之前的状态正常工作。

2、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，通过降低供电桩的流量消耗降低了供电桩的使用成本。

3、本发明电源恢复后供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供电桩的运行状态，提高了重新供电后充电的稳定性。

4、因为供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，因此使用本发明的供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。

5、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。

6、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。

7、本发明通过设置在供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供电桩后台，在供电桩后台实现充电、控制插座开启和关闭等操作。

8、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。

附图说明

图1是本发明基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩的结构示意图。

图2是供电桩与云服务器的连接结构示意图。

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和图2所示，一种基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩，包括电路保护模块、供电模块、电量计算模块、通讯模块、刷卡模块和触摸按钮模块，所述电路保护模块包括设置在主线路上的空气开关和漏电保护器，所述供电模块包括主线路分出的十条输出线路和设置在每条输出线路上的继电器与充电插座；供电桩的机箱外壳上印有代表供电桩ID的二维码；

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，供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供电桩输电线的总负载功率大于或等于2500W，则供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；

所述供电桩内还设置有LoRa模块和掉电保护模块，所述供电桩的LoRa模块通过LoRa物联网基站连接公网云端，每一个供电桩通过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；

所述掉电保护模块在供电桩正常使用的情况下以心跳包的方式将供电桩每条输出线路的数据传输给公网云端，在供电桩断电后在公网云端打包出距离断电时间最近且代表供电桩所有输出线路状态的数据大包并将该数据大包在供电桩恢复供电后发送至供电桩中，由供电桩控制各个输出线路以断电前的状态继续工作。

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供电桩内部的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供电桩内部的LoRa模块发送的数据，实现LoRa物联网基站热备份。

电量计量模块设置为HLW8012计量芯片，HLW8012计量芯片采用锰铜采样电阻来测量电流，并使用分压电阻来测量电压，其芯片的脉冲输出频率与电量成正比。

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。

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 (4)

1.一种基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩，其特征在于：包括电路保护模块、供电模块、电量计算模块、通讯模块、刷卡模块和触摸按钮模块，所述电路保护模块包括设置在主线路上的空气开关和漏电保护器，所述供电模块包括主线路分出的十条输出线路和设置在每条输出线路上的继电器与充电插座；供电桩的机箱外壳上印有代表供电桩ID的二维码；

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，供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供电桩输电线的总负载功率大于或等于2500W，则供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；

所述供电桩内还设置有LoRa模块和掉电保护模块，所述供电桩的LoRa模块通过LoRa物联网基站连接公网云端，每一个供电桩通过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；

所述掉电保护模块在供电桩正常使用的情况下以心跳包的方式将供电桩每条输出线路的数据传输给公网云端，在供电桩断电后在公网云端打包出距离断电时间最近且代表供电桩所有输出线路状态的数据大包并将该数据大包在供电桩恢复供电后发送至供电桩中，由供电桩控制各个输出线路以断电前的状态继续工作。

2.根据权利要求1所述的基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩，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供电桩内部的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供电桩内部的LoRa模块发送的数据，实现LoRa物联网基站热备份。

3.根据权利要求1所述的基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩，其特征在于：电量计量模块设置为HLW8012计量芯片，HLW8012计量芯片采用锰铜采样电阻来测量电流，并使用分压电阻来测量电压，其芯片的脉冲输出频率与电量成正比。

4.根据权利要求1所述的基于LoRa的带有掉电保护功能的十路供电桩，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。