本發(fā)明屬于電動自行車充電設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種電動自行車智能充電樁及其充電控制方法。

背景技術(shù)：

城市的飛速發(fā)展，車輛增多，道路擁擠，城市限制摩托車的使用，電動自行車的興起，電動自行車逐步代替摩托車，作為短距離的交通工具，電動自行車用電作為動力，無尾氣排放，對改善城市環(huán)境起到一定作用，但由于電動自行車需要進(jìn)行充電后才能有動力運(yùn)行，方便充電是一個問題。

在城市小區(qū)中，居民樓層也比較高，無法把車推進(jìn)自己的家內(nèi)，電瓶又比較重，充電也非常不方便，電動車主也大多采用私拉亂接臨時插座給電動自行車進(jìn)行充電；也有些用戶把電瓶拆下來，拿到家充電，這些都具有安全隱患。從已有的資料反映，由于亂拉亂接給電動自行車充電而造成的火災(zāi)事故也很多，也有在家里充電，由于電瓶，充電器質(zhì)量原因，充電引起的火災(zāi)事故，這些都給居民的生命財產(chǎn)帶來直接的損失。

如今電動自行車發(fā)展非常迅速，數(shù)量非常多，已經(jīng)逐漸成為了短途的交通工具，考慮到充電的安全，迫切需要建設(shè)公共充電設(shè)備，方便電動車車主進(jìn)行充電。但是公共充電樁的投資，如何進(jìn)行收費(fèi)，管理又是一個課題。

現(xiàn)有充電樁有兩種，交流充電樁和直流充電樁。

直流充電樁一般都是用大電流快速給電瓶充電，雖然充電速度快，但是直流充電樁由于電動車電瓶電壓種類多，接口品種多樣，目前除了電動汽車有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)外，電動自行車還沒有標(biāo)準(zhǔn)，電壓電流的準(zhǔn)確控制比較復(fù)雜，所以設(shè)計復(fù)雜，兼容性差，成本比較高，安全性差，由于大電流快速充電，嚴(yán)重影響電池壽命。所以不適合長期使用。

而對于交流充電樁，使用車自帶的充電器，這類充電樁除了汽車充電樁設(shè)計比較合理，目前電動自行車充電樁大多結(jié)構(gòu)功能簡單，或沒有過載保護(hù)，或不能充滿自動斷電，嚴(yán)重影響電池的使用壽命，而且存在安全隱患。

目前市面上汽車充電樁通過外接專用智能電能表進(jìn)行計費(fèi)，且體積比較大，成本高，但是對于電動自行車充電樁，由于成本的考慮，無法采用汽車充電樁的方案，大多沒有電量計量功能，一般內(nèi)部采用簡單的電流采樣，進(jìn)行狀態(tài)判斷，也就無法按實(shí)結(jié)算，結(jié)算方式簡單，一般按定長時間進(jìn)行結(jié)算，如：5小時/元，

現(xiàn)有的電動自行車充電樁大多采用投幣的方式，少數(shù)采用刷卡的方式。取幣，點(diǎn)幣或給卡充值都需要人員不斷的進(jìn)行管理。

現(xiàn)有充電樁大多不連網(wǎng)，無法遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，使用者無法知道哪里的充電樁空閑，管理者也無法知道哪些充電樁充電忙，哪些使用率比較高。

目前互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，電子支付也逐漸成熟，這些技術(shù)，可以電動自行車充電進(jìn)行收費(fèi)，管理更好的利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提出一種電動自行車智能充電樁及其充電控制方法，主要解決電動自行車充電困難的問題；解決現(xiàn)有充電站管理麻煩的問題；解決電動自行車充電樁無電能計量，無法按實(shí)際使用量進(jìn)行結(jié)算的問題；解決安全保護(hù)功能缺陷的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種電動自行車智能充電樁，包括外殼，所述的外殼內(nèi)表面設(shè)置有顯示屏以及插座；所述的外殼內(nèi)設(shè)置有充電控制裝置；所述的充電控制裝置包括單片機(jī)控制模塊以及分別與單片機(jī)控制模塊電路連接的電能及電參數(shù)測量模塊、繼電器狀態(tài)檢測模塊、繼電器控制模塊、顯示模塊、充電器接入檢測模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、以太網(wǎng)通信模塊以及無線通信模塊；

所述的單片機(jī)控制模塊，控制所有部件協(xié)助運(yùn)行；

所述的充電器接入檢測模塊，與插座連接；用于檢測充電器是否有效插入，在接觸良好的情況下，才允許繼電器進(jìn)行充電；

所述的電能及電參數(shù)測量模塊，用于對充電電能進(jìn)行計量，對充電器的充電特性進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由單片機(jī)控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存儲；用于結(jié)算，充滿判斷，負(fù)荷判斷；

所述的繼電器控制塊，用于進(jìn)行各種充電過程的控制，用于結(jié)算控制，負(fù)荷控制；

所述的繼電器檢測模塊，檢測繼電器的開合狀態(tài)，用于判斷繼電器的控制故障，并給出指示；

所述的數(shù)據(jù)存儲模塊，用于對計量數(shù)據(jù)，運(yùn)行參數(shù)，用戶的充電數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，防止數(shù)據(jù)丟失；

所述的以太網(wǎng)通信模塊以及無線通信模塊，用于和連入互聯(lián)網(wǎng)以及云端的管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，傳入用戶的充電指令，并上報充電數(shù)據(jù)；

所述的顯示模塊，與外殼表面的顯示屏電路連接，顯示本設(shè)備的二維碼，方便用戶進(jìn)行掃描識別，不需要再貼其他的識別碼，在充電過程中，可顯示當(dāng)前充電狀態(tài)。

進(jìn)一步的說，本發(fā)明所述的充電器接入檢測模塊具有檢測電路；所述的檢測電路分別設(shè)置于繼電器的兩端；所述的檢測電路包括電阻以及光電耦合器，檢測插座是否有負(fù)載接入。

同時，本發(fā)明還提供了一種電動自行車智能充電樁的充電控制方法，包括以下步驟：

1)充電器插入插座中，充電器接入檢測模塊自動檢測是否有插頭插入且插頭與插座接觸狀態(tài)是否良好；

2)當(dāng)有插頭插入，且接觸良好，充電樁顯示屏背光點(diǎn)亮，顯示二維碼，

3)通過app軟件掃描二維碼，將充電信息上傳至服務(wù)端；

4)充電樁主控單元接收服務(wù)端反饋的充電指令并控制繼電器對電池進(jìn)行充電；

5)當(dāng)電池充電充滿后，主控單元發(fā)出控制指令停止對電池進(jìn)行充電；并將本次充電信息返回至服務(wù)端；

6)服務(wù)端根據(jù)充電信息計算充電費(fèi)用并從賬戶中扣除。

進(jìn)一步的說，本發(fā)明當(dāng)有插頭插入，但接觸不好，充電樁顯示屏不亮，無法顯示二維碼，無法進(jìn)行掃碼充電。

再進(jìn)一步的說，本發(fā)明所述的充電信息包括充電樁信息，車主信息，本次充電電量以及充電時間。

再進(jìn)一步的說，本發(fā)明所述的步驟4)中，充電樁主控單元收到服務(wù)端發(fā)過來的充電指令，當(dāng)前充電樁檢測到的插頭和插座接觸良好，命令控制單元打開繼電器進(jìn)行充電，同時計量單元開始進(jìn)行充電電量計量，主控單元采集多功能計量芯片的電量信息，當(dāng)前功率計算并存儲，判斷當(dāng)前充電負(fù)荷是否正常，如果超過設(shè)定負(fù)荷，將停止充電，充電樁顯示屏顯示當(dāng)前正在充電，并且顯示當(dāng)前充電電量，充電時間，充電功率等相關(guān)充電信息。

再進(jìn)一步的說，本發(fā)明所述的步驟5)中，當(dāng)電動車自行車電池充滿后，充電檢測單元根據(jù)電動車充充電器的充電曲線檢測到電池充滿，主控單元發(fā)出控制指令，控制繼電器，停止充電，并將本次充電信息返回給云服務(wù)端，服務(wù)端根據(jù)本次實(shí)際充電信息進(jìn)行相應(yīng)結(jié)算，從賬戶中扣除本次充電費(fèi)用。

再進(jìn)一步的說，本發(fā)明還包括當(dāng)在充電過程中，如果充電插頭被拔掉，插頭檢測單元檢測到充電異常，插頭被拔掉，將立即控制繼電器，停止充電的，進(jìn)入結(jié)算流程，并推送消息給車主。

再進(jìn)一步的說，本發(fā)明還包括若充電過程中斷網(wǎng)，充電樁自動完成各種結(jié)算，并存儲結(jié)算記錄，等待網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)；網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，仍然會自動進(jìn)行結(jié)算。

再進(jìn)一步的說，本發(fā)明插頭檢測單元采用電流檢測的方法，當(dāng)插座上接入負(fù)載后，通過控制電路，在負(fù)載上會產(chǎn)生微弱的電流，單片機(jī)通過檢測電路，根據(jù)流過的電流波形的變化判斷是否有插頭插入；當(dāng)插頭松動時，電流波形也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，單片機(jī)根據(jù)波形的變化判斷是否松動，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。

本發(fā)明的有益效果是：

1、人機(jī)交互：充電樁在液晶上顯示二維碼，空閑不顯示，接觸良好才顯示，用戶才可以使用手機(jī)軟件掃碼進(jìn)行充電，充電過程中，顯示當(dāng)前，充電信息，充電完成，是否結(jié)算也有相應(yīng)提示；

2、手機(jī)app軟件：用于掃碼充電，可使用支付寶、微信等進(jìn)行付款。使用更方便，無需另準(zhǔn)備硬幣或辦卡，可查看充電信息、充電記錄以及空閑充電樁的信息，方便用戶使用；

3、充電過程中，可以隨時拔掉插頭，檢測到插頭被拔掉后，會自動進(jìn)行結(jié)算；

4、結(jié)算功能多樣化：充電插座內(nèi)置進(jìn)口高端計量芯片，可根據(jù)電能進(jìn)行充電費(fèi)用按實(shí)結(jié)算，也可以按時間進(jìn)行充電按實(shí)結(jié)算或兩種結(jié)算方式并行。滿足需精確計費(fèi)的用戶需求；

5、集中管理：管理人員可在web端直接查看充電樁信息，包括當(dāng)前狀態(tài)實(shí)時情況及歷史充電記錄及用戶充值記錄等歷史使用情況，更方便的進(jìn)行財務(wù)管理、查詢營業(yè)額，用電管理等，也方便進(jìn)行維護(hù)，同時也省去了管理人員現(xiàn)場取硬幣或充值人員成本。也可以隨時設(shè)定單價，結(jié)算方式。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2是本發(fā)明通訊圖；

圖3是本發(fā)明使用過程圖；

圖4是本發(fā)明檢測流程圖；

圖5是本發(fā)明檢測電路連接圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

本發(fā)明屬于電動自行車充電設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種充電插座和充電樁，確切的說是一種聯(lián)網(wǎng)型，充電費(fèi)用按實(shí)結(jié)算，且可遠(yuǎn)程監(jiān)控，可遠(yuǎn)程管理的電動自行車智能充電樁及其控制方法。

本發(fā)明利用了物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，通過有線或無線的方式，利用后臺軟件，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，參數(shù)修改，把分散的充電樁集中管起來，解決現(xiàn)有充電樁處于獨(dú)立控制，沒有進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)集中管理的局面，

消費(fèi)者可以隨時通過手機(jī)APP查詢空閑充電樁。

本發(fā)明讓消費(fèi)者可用手機(jī)進(jìn)行充電控制，隨時在手機(jī)app端查看自己的消費(fèi)狀況及當(dāng)前充電狀態(tài)；明明白白消費(fèi)。

滿足了部分客戶可以進(jìn)行準(zhǔn)確計費(fèi)的需求。

本發(fā)明可以采用多種不同的結(jié)算方式，以充電時間，或充電量按實(shí)結(jié)算，也可以時間電量復(fù)合結(jié)算，能最大限度的滿足客戶的需求。不會出現(xiàn)當(dāng)前投幣充電樁在充電過程中被人拔掉造成的損失。

本發(fā)明利用電動自行車充電特性，具有充滿自檢，充滿自動結(jié)算，也可以防止長時間充電，引起的電瓶過沖，防止降低電瓶壽命。

本發(fā)明也可以做到過載保護(hù)，防止超載使用插座引起的發(fā)熱火災(zāi)等。

如圖1所示，本發(fā)明由如下模塊組成：

充電器接入檢測模塊，用于檢測充電器是否有效插入，在接觸良好的情況下，才允許打卡繼電器進(jìn)行充電。

電能及電參數(shù)測量模塊，用于對充電電能進(jìn)行計量，對充電器的充電特性進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存儲。用于結(jié)算，充滿判斷，負(fù)荷判斷。

繼電器控制塊，用于進(jìn)行各種充電過程的控制，用于結(jié)算控制，負(fù)荷控制，

繼電器檢測模塊，檢測繼電器的開合狀態(tài)，用于判斷繼電器的控制故障，并給出指示

數(shù)據(jù)存儲模塊，用于對計量數(shù)據(jù)，運(yùn)行參數(shù)，用戶的充電數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，防止數(shù)據(jù)丟失。

以太網(wǎng)和WIFI模塊，用于和連入互聯(lián)網(wǎng)，和云端的管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，傳入用戶的充電指令，并上報充電數(shù)據(jù)，

顯示模塊，顯示本設(shè)備的二維碼，方便用戶進(jìn)行掃描識別，不需要再貼其他的識別碼，在充電過程中，可顯示當(dāng)前充電狀態(tài)。

單片機(jī)控制模塊，整個產(chǎn)品的核心，控制所有部件協(xié)助運(yùn)行。

通訊方式如圖2所示，服務(wù)器與充電樁使用有線或無線的方式進(jìn)行連接通訊，充電樁初始化完成后，把自身運(yùn)行數(shù)據(jù)主動通過網(wǎng)絡(luò)定時上報給服務(wù)器。如有事件觸發(fā)，則根據(jù)事件觸發(fā)，隨時上報服務(wù)器，Web端與手機(jī)app軟件通過網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)端讀取充電樁的信息。當(dāng)手機(jī)app軟件掃碼充電時，將請求命令發(fā)通過網(wǎng)絡(luò)送給服務(wù)器，服務(wù)器再發(fā)送允許命令控制充電樁打開繼電器使允許充電。

使用過程如圖3所示，插入充電器插頭后，通過插頭檢測單元，檢測到插頭插入，充電樁屏幕喚醒點(diǎn)亮，用手機(jī)app軟件進(jìn)行掃碼，如果余額不足，自動跳轉(zhuǎn)到支付界面，付款后，控制指令命令充電樁繼電器打開開始充電，即將充滿時手機(jī)app軟件會收到即將充滿的消息提醒，當(dāng)充電充滿后會自動斷開繼電器自動結(jié)算，手機(jī)app軟件會收到推送消息。

若充電中途拔掉插頭，繼電器也會自動斷開，結(jié)算，并且手機(jī)app會收到推送消息。可以根據(jù)有無收到即將充滿的推送消息判斷是否充滿自動斷電。

具體步驟如下；

1、充電樁上電自檢完成，背光關(guān)閉，處于等待充電狀態(tài)。

2、充電樁進(jìn)入等待充電狀態(tài)，此時繼電器處于關(guān)閉狀態(tài)，插座不輸出電能，等待電動自行車車主將電動車自帶的充電器插到充電樁的插座上。車主可以通過手機(jī)APP，隨時查詢空閑充電樁的位置，方便車主選擇可以充電的車庫。

3、充電樁插頭檢測單元，可以自動檢測到充電器插頭是否插入到充電插座上，并且檢測插座和插頭接觸狀態(tài)是否良好。

4、當(dāng)有插頭插入，且接觸良好，充電樁液晶屏背光點(diǎn)亮，顯示二維碼，提示用戶可以進(jìn)行充電。如果接觸不好，液晶不亮，無法顯示二維碼，將無法進(jìn)行掃碼充電。此時插頭安全，插入充電器插頭無火花，這樣可以避免充電時候，插座發(fā)熱隱患。

5、電動車車主打開手機(jī)充電APP,保證賬戶內(nèi)余額足夠，打開充電APP自帶的掃碼工具，選擇或默認(rèn)本次充電時間，充電電量，掃描充電樁液晶二維碼，或者輸入充電樁ID號，余額不足，將不允許充電，需要充值。

6、手機(jī)充電APP通過掃描二維碼，把充電樁信息，車主信息，本次充電電量，充電時間充電信息等，上傳給服務(wù)端，服務(wù)端軟件利用充電樁和服務(wù)端建立的通信通道，發(fā)送到充電樁的主控單元，授權(quán)其可以進(jìn)行充電。

7、充電樁主控單元收到服務(wù)端發(fā)過來的充電指令，當(dāng)前充電樁檢測到的插頭和插座接觸良好，命令控制單元打開繼電器進(jìn)行充電，同時計量單元開始進(jìn)行充電電量計量，主控單元采集專用多功能計量芯片的電量信息，當(dāng)前功率計算并存儲，判斷當(dāng)前充電負(fù)荷是否正常，如果超過設(shè)定負(fù)荷，將停止充電，充電樁顯示屏顯示當(dāng)前正在充電，并且顯示當(dāng)前充電電量，充電時間，充電功率等相關(guān)充電信息。并且通過心跳定時上報云服務(wù)端當(dāng)前充電狀態(tài)，包括繼電器開關(guān)狀態(tài)，充電負(fù)荷，充電電量，功率等信息。車主可以隨時通過手機(jī)APP查看當(dāng)前充電狀態(tài)。

8、當(dāng)電動車自行車電池充滿后，充電檢測單元根據(jù)電動車充充電器的充電曲線檢測到電池充滿，主控單元發(fā)出控制指令，控制繼電器，停止充電，并將本次充電信息返回給云服務(wù)端，服務(wù)端根據(jù)本次實(shí)際充電時間，充電電量等充電信息，并且進(jìn)行相應(yīng)結(jié)算，從賬戶中扣除本次充電費(fèi)用。形成充電消費(fèi)記錄，并推送消息給車主，車主可以查詢自己的歷史消費(fèi)記錄。真正做到充電按實(shí)結(jié)算。由于采用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交互，充電過程中，還可以設(shè)定一定的閥值，可以進(jìn)行相關(guān)的提醒。

9、當(dāng)在充電過程中，如果充電插頭被拔掉，插頭檢測單元，檢測到充電異常，插頭被拔掉，將立即控制繼電器，停止充電的，進(jìn)入結(jié)算流程。并推送消息給車主。

10、如果充電過程中斷網(wǎng)，充電樁也可以自動完成各種結(jié)算，并存儲結(jié)算記錄，等待網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，仍然會自動進(jìn)行結(jié)算。

本發(fā)明采用了電流檢測的方法，當(dāng)插座上接入負(fù)載后，通過控制電路，在負(fù)載上會產(chǎn)生微弱的電流，電流很小，小到人體可以承受，單片機(jī)通過檢測電路，根據(jù)流過的電流波形的變化判斷是否有插頭插入。當(dāng)插頭松動時，電流波形也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，單片機(jī)根據(jù)波形的變化精準(zhǔn)的判斷是否松動，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。

檢測流程如圖4所示，插座未插上插頭時，此時無負(fù)載，檢測電路產(chǎn)生的波形為一條直線，單片機(jī)控制模塊不做控制。當(dāng)充電器插頭插上接入外部負(fù)載時，檢測電路產(chǎn)生的波形為矩形波，此時單片機(jī)控制模塊判定已插上插頭接入負(fù)載，此時控制繼電器打開允許外部供電。此電路實(shí)現(xiàn)了插上插頭接入負(fù)載時才供電的目的。

如圖5所示，在插座的繼電器兩端添加一檢測電路，用于檢測插座是否有負(fù)載接入，當(dāng)有負(fù)載接入時，可以檢測出方波，表示負(fù)載接入，若繼電器為斷開狀態(tài)，則控制閉合，允許充電插座供電。當(dāng)插頭拔掉時，無方波產(chǎn)生，則檢測為無負(fù)載接入，則控制繼電器斷開。實(shí)現(xiàn)插上插頭允許供電，拔掉插頭斷開電源的目的?？梢宰詣?，也可以手動，或其他方式進(jìn)行控制。

通過這個方法能精準(zhǔn)的判斷是否有負(fù)載接入插座，并能判斷插頭是否插好、有無松動。相比現(xiàn)有的紅外檢測、微動裝置等檢測更為精準(zhǔn)、有效，不會受外界粉塵的影響，結(jié)構(gòu)更為簡單,安裝便捷。

以上說明書中描述的只是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，各種舉例說明不對本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實(shí)施方式做修改或變形，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。