智能电动自行车充电远程管理系统

目前市场上现有的户外普通充电桩只是一个用电计量工具，无法形成一个有效的停放充电管理环境。在受到雨、雪、风、暴晒等天气影响下根本无法使用,并且存在极大的安全隐患。同时公共无限的停放也导致充电位置被闲置车辆及杂物堆放占用，经常出现真正需要充电时找不到位置。而带有棚顶的敞开式充电车亭，增加了遮雨顶棚后，遮雨、防嗮功能凸显， 但具有遮雨、防嗮功能的停放车停其公共使用属性是无人看管、谁放都可以，也就形成了放什么都可以的现实结果。因此均变成了堆放残疾车辆与杂物的集聚地，而当有想充电的车辆时，却更难找到充电位置。因此根本无法得到有效应用。更谈不上有效的充电使用率了。这是目前该领域普遍存在的现实情况。因此国家要求电动自行车禁止上楼，要建立集中停放去的管理要求，始终未能真正的有效落实。

大量的实际案例告诉我们在面对社区要求大面积管理电动车的背景下，采用传统认知建立的具有遮雨、防嗮功能的敞开式充电车棚，是无法解决当下社区要求大面积广泛的电动车集中停放充电的现实问题的。也形成了充电使用率基本上是“0”的结果。也根本谈不上投资回本期，而对于日后的运营管理，更是难上加难、引导户外充电的目的也将无法得以有效实现。期原因就在于该领域现有产品设备的设计还没有找到对根部真实需求的核心痛点与有效的科技解决方案。

现在的小区里，现有的投币充电桩与扫码充电桩均存在以下几点问题：

1.无法检测充电电流，按时间关断停止充电，充满电时不会自动断电，需要时间到了才会断电;

2.没有充电器摆放位置，导致充电器需摆放在电动车上充电，同样会引起火灾隐患;

3.布线太多，安装工艺复杂，成本高;

4.公共使用属性将被闲置的车辆及杂物全部占领，因为无法统一管理。

5.属性导致根本无人管理，也无法管理。因此导致无法继续追加投入。更无法将这个社会问题广泛的有效解决。

为了解决电动自行车充电管理不便、安全性低的问题，设计了一种基于物联网的充电系统。提供一种网络智能化电动自行车存放充电管理方法，其能够通过封闭收费管理，高清监控、定量存放，开门次数与是谁开的们均有统计，有效使用和安全存放均得到保障，业主愿意存放，不用挪车充电。想充就充方便快捷，收费运营管理，责任、权利、明了清晰，管理者使用该套方法系统，敢于做出刮碰有人管、丢失有人赔的管理承诺。因此充电安全与丢失问题得到了双重解决。可对该领域集中停放充电的管理要求，进行多点、多地区的大面积解决。

该系统智能充电节点通过LORA/4G模块实现对电动车充电电压、电流和功率的采集，并利用这些数据判断充电状态，异常时自动关闭。该设计不仅实现了电能的计量，而且确保了电动车充电的安全性。系统中控网关通过LORA线模块与多个智能充电节点通信并通过4G模块实现了与服务器的数据交互测试结果表明，LORA无线能够穿透地下室,通信距离达到300m，网关与服务器通信稳定。该设计实现了对充电桩的远程监控，具有很好的应用前景。

基于物联网技术的智能充电桩，采用分布式控制方案，成本低廉、体积小，适合安 装在各种公共场所。而且智能充电节点和中控网关间的LORA通信能穿透地下室，由安装在地面的中控网关与服务器交互，解决了地下室网络信号不稳定的问题。 1 系统整体方案设计 系统，主要包括移动终端、服务器、中控网关和智能充电节点。使用手机软件，扫描充电站点的二维码，然后选择空闲的充电节点，就能进行手机支付并开始充电。能在手机上远程监控充电电量、时间等信息，也可以结束充电。智能充电节点应部署在能和中控网关通信的区域，其主要功能是提供充电接口，并完成充电电量、电压、有功功率的采集，充电电能的计量。可实现充满自动断电、突发异常情况自动断电等功能。充电节点通过LORA无线模块和中控网关通信。

图1 系统总体框图

中控网关用4G模块与服务器建立TCP连接，进行双向通信。中控网关收集智能充电节点的数据，然后利用4G模块上传到服务器，并负责解析服务器下发命令，实现对充电节点的控制。

硬件系统整体结构硬件系统主要包括智能充电节点和中控网关。智能充电节点主要设计了电能检测 和LORA无线传输电路，负责控制、监测充电，并与中网关进行通信。中控网关设计了4G联网通信、LORA无线传输、人机交互等电路，负责管理一个站点所有的智能充电节点，并与服务器进行数据交互。

智能充电节点电能检测电路许多充电桩使用电流互感器采集电流信号，经过放大电路做AD转换来采集电流，但缺少电压、功率的 检测，还是有安全隐患。本文采用单相电能计量芯片，采用完全差分输人方式测量电流和一路电压，可同时采集电流、电压、功率，有效值误差小，满足充电节点的监测需求。

LORA无线传输电路AS32采用LORA扩频传输，工作频率在410-441MHZ，共计32个信道，每个信道 间隔1M，发射功率大达到20dBm，空中速率大19.2kbit/s，采用循环交织纠错编码算法，纠错能力及抗干扰能力强，且自带看门狗，无需外部复位。通信时，AS32的通信信道和传输速率设置一致，否则将无法通信。利用 LORA模块做了相当于无线中继的功能，在使用9.6kbit/s速率时就能穿透地下室，与地面的中控网关稳定通信，解决了在地下室等地方网络信号差甚至无信号的问题，同时也解决了有线连接布线复杂的

4G模块和服务器通信的数据量大，对4G模块数据的处理效率会直接影响到整个系统的运行速度和可靠性。设计了“DMA接收+串口IDLE中断+定时器中断”的软件方案。使用DMA硬件接收串口数据， 不占用CPU时间。由于一帧的数据不一定连续传给STM32，中间也会触发空闲中断，因此在串口空闲中断中开启10ms的定时器，10ms内没触发空闲中断才进入定时器中断，确保了一帧数据的完整性。

测试与总结充电桩调试时，LoRa无线传输成功穿透地下室，且通信距离超过300m。用户选择智能充电节点和充电时间后，点击开始充电。如图11所示，地址为512、1的中控网关每分钟上传心跳正常，表明没有出现丢包现象，通信链路可靠，充电功率为60W，正常打开消费1分钱，之后按0.3元/小时计费。本文设计了一种基于物联网的电动车充电系统，能够用移动端APP对充电桩进行操作， 并实时监测充电状态。且此系统适应能力强，可安装在地下室等无信号场合，有很高的应用价值。

云平台能杜绝充电过程中存在的火灾隐患，还能通过物联技术、无线通信技术和互联网技术向因火灾隐患而自动断电的车主实时发出警告信息，告知其应对车辆进行必要的检测和保养。对于投币车主出现险情因未有联系通道转而采取对其出现险情的站点以及区域进行热点追踪排查和突破。智能电瓶车云平台功能数据服务数据采集，短信提醒，数据存储和解析。安全预警对平台连接的所有充电桩状态进行监视，充电桩发生异常情况时可通过APP、短信及时向运营人员发出报警信号，及时消除火灾隐患。

应用范围：可应用于工厂、医院、学校、小区楼房、图书馆、商场、文化娱乐场所、古建筑、宾馆、火车站、机场、商业建筑等用电安全保护。实时状态在线状态查看运行状态监测电量实时监测控制指令定时、实时开关查询继电器状态上传时间间隔设置实时状态在线状态查看运行状态监测电量实时监测控制指令定时、实时开关查询继电器状态上传时间间隔设置首页展示设备状态查看电量统计可视化图表设备列表设备信息批量查询、管理自定义筛选排序

智能电动自行车充电远程管理系统，是智慧充电安全服务监控系统中的重要组成部分。它是物联网、云计算、大数据等新兴技术与智慧物联网+新能源电动自行车行业的融合，也让消防产品开启了“智慧化”的发展之路。通过物联网技术，让整座城市的消防建设连接在一起，全面提升城市智慧安全防护能力。

审核编辑：汤梓红