一种受控智能插座系统的制作方法

本发明涉及智能插座技术领域，具体为一种受控智能插座系统。

背景技术：

在城镇中，是以小区为单位，小区又有若干的高层楼房组成，而且随着社会发展楼是越盖越高，而居民生活中，大部分人出行或多或少的用到电瓶车，而且电瓶车保有量逐年增加，随着而来的电瓶车充电成为社会问题，很多时候小区居民会把电瓶车拿回家充电，有的低层住户，会私拉电线接上插座，存在巨大的安全隐患，而且电瓶车在家里充电爆燃事件时有发生。

此时投币，刷卡，扫码充电桩应运而生，解决小区居民电瓶车充电问题，然而此类产品仍然存在某些问题。

首先，市场上的充电桩都是1个充电柜带多个插座，有1拖10插座，1拖12插座，1拖16插座的，如果1个插座损坏会导致充电柜控制板损坏，以致于其他的多个插座都不能使用，一坏坏一批，降低使用率，第二，投币充电桩容易被盗，而且用户还需要时刻准备硬币，支付不方便，刷卡的充电桩也有弊病，磁卡准备需要成本，需要人员维护，不利于快速大范围扩展，同时需磁卡一次性充值50，100元等大面金额，实际运营过程中，会有用户反映充值过多，但若是充值少了，换卡频率过高，更是增加换卡成本和时间成本，降低运营效率，而扫码充电桩很好的解决了投币和刷卡充电带来的弊端，目前市面上扫码充电桩多是2g，和4g网络通讯的充电桩，能和后台服务器进行数据交互，手机扫码支付，后台服务器开启充电，方便灵活，但是它也有不足之处，在很多小区地下室是没有信号的，无信号就不能使用扫码充电桩，大大限制了此类充电桩的使用，同时2g，和4g网络模块贵，每年还需缴纳流量费，制造成本和运营成本高昂。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种受控智能插座系统，具备插座供电可控制，用电能监测，可定时，可通讯，可在线支付结算，可离线支付结算的优点，解决了插座无法控制，一个插座坏全坏，用电无法监测，无法进行定时，无法进行通讯，无法离线支付结算功能的问题。

(二)技术方案

为实现上述插座供电可控制，用电能监测，可定时，可通讯，可在线、离线支付结算的目的，本发明提供如下技术方案：一种受控智能插座系统，包括插座本体，终端控制系统，以及服务器后台系统，所述的插座本体包括插座外壳和插座控制电路板，插座内自带控制板模式，非市场上的1拖多个插座的控制柜，其优点在于，能有效防止，用电发生异常时，导致控制柜损坏而其他插座无法使用的情况发生。

进一步的，所述插座外壳包括有1组或2组金属触头的插孔，且每组插孔的插孔数或是2孔，3孔，或5孔这三种类型，5孔插座外壳的插孔是由2孔和3孔的紧密结合一起，几何上满足只能插上一个插头,而阻挡另一个插头的使用，使得每组插孔只能一台电瓶车充电，防止盗电。

进一步的，所述插座外壳，设置有二维码或条形码或设备编码，可配合服务器后台系统与终端控制系统进行针对性的调整用电价格等操作，且作为插座的唯一身份识别id。

进一步的，所述插座控制电路板包含有开关模块，处理器模块，电表计量模块，电源转换模块，以及无线通讯模块组成，电源转换模块将交流电转为直流电，给处理器模块和电表计量模块提供直流电源，让其能正常工作，开关模块的接入端接市电交流电，输出端连接到插座外壳的插孔的金属触点上，以便对外供电，且开关模块能接受处理器模块的电平信号，并根据电平信号,对接入插座的市电交流电源进行开、断控制，即开启供电或关闭断电。若是插座有2组插孔，那么就需要2个开关模块分别独立控制每组插孔的供电开启与关闭。电表计量模块和插座插孔相连，监控插座插孔所接的用电设备的用电情况，能读取用电时的电流，电压，功率，电量等数据，并能将用电数据传入处理器模块内，处理器模块根据电表计量模块传来的数据，进行统计分析并进行处理，发现用电异常，比如电流过大，功率超标，就会进行必要的保护措施，控制开关模块关闭电源供电，防止电路和外部用电设备损坏，无线传输模块能接受终端控制系统的指令信号，并将指令信号传递给处理器模块，处理器模块根据指令执行相应的控制动作，或开启供电，或关闭供电，或定时供电，或定电量供电等。

进一步的，所述插座控制电路板的电源转换模块包含有隔离电源模块和非隔离电源模块，隔离电源模块将接入的市电220v转为5v或3.3v供开关模块和处理器模块使用，而非隔离电源模块将接入的市电220v转为5v或3.3v供电表计量模块使用，且这里所描述5v和3.3v为模块芯片元器件的最佳供电电源电压，不应理解为一个确切值。如5.01v或4.96v都理解为5v范畴，这是电学设计的一个常识。

进一步的，所述插座控制电路板的无线通讯模块为蓝牙通讯模块方案，且插座控制电路板的无线通讯模块和处理器模块合二为一。所述的插座控制电路板的蓝牙通讯模块能与终端控制系统的蓝牙功能程序块相互通讯。插座控制电路板的蓝牙通讯模块采用带处理器功能的蓝牙硬件芯片模块，并且用蓝牙协议栈方式的编程模式，将插座的无线通讯模块和处理器模块有机的结合在一起，组成蓝牙处理器组合模块。

进一步的，所述终端控制系统，为软件系统，是基于智能手机开发的微信小程序，或支付宝小程序或手机app程序。程序实现如下功能：其一，能扫描二维码并解析二维码的内容，二维码内容为设备编号，其二：根据设备编号不同，设置不同的插座用电价格；其三:根据用户勾选的用电价格和用电时长，能完成支付用电费用；其四：用电费用支付好后，通过蓝牙向插座发送相应的用电指令；用电指令在发送前需进行加密，传输过程中，指令是以密文形式存在。其五，通过蓝牙无线通讯，能读取插座内的控制电路板的处理器内的数据，其包含有：插座状态数据，插座id编号，插座用电价格数据，插座用电时的功率，电流，电压，电量等监控数据。

进一步的，所述插座控制电路板的处理器模块，其非易失性内存中保存有插座用电价格数据，终端控制系统的支付功能程序块，能通过手机蓝牙控制程序，连接插座控制电路板的无线通讯模块，读取处理器模块中保存的用电价格数据，并以此价格对用户用电进行收费计算，从而实现不同插座采用不同的用电价格。

进一步的，所述后台服务器系统，为软件系统，与终端控制系统进行数据交互：其1，能配合终端控制系统完成支付任务；其2，配合终端控制系统完成退款功能；其3，接受终端控制系统传来的用户数据，插座使用状态数据，以及使用插座时的支付订单数据。

进一步的，终端控制系统与后台服务器系统的离线数据交互，实施方法为：在无网络环境下，如地下室，用户启动终端控制系统，先将数据缓存到终端设备内，如订单信息，券消费信息，插座编号，插座使用状况信息等数据，先缓存到终端设备的储存卡内，然后用户离开无信号区域，移动到有信号区域，此时终端控制系统再读取手机终端设备储存卡内缓存的数据，将其发送到后台服务器上，通过缓存的方式，实现无网络信号环境下的数据交互。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种受控智能插座系统，具备以下有益效果：

本专利插座系统，采用的手机终端控制系统进行支付，相对于投币和刷卡产品来说，大大方便了用户支付操作，本专利插座控制电路板的蓝牙通讯模块和处理器模块，有机结合一起的组合模块，能节省处理器芯片的使用，降低插座硬件成本，同时结合终端控制系统的券功能，数据缓存的离线交互方式，让无网络信号环境下，也能控制插座开启充电或关闭充电，达到离线使用目的，终端控制系统能根据插座号的不同，实现插座用电价格的个性化和差异化设置，满足了插座运营的灵活性需求。

附图说明

图1为本发明第一系统图；

图2为本发明第二系统图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，一种受控智能插座系统，包括插座本体，终端控制系统，以及服务器后台系统，插座本体包括插座外壳和插座控制电路板，插座外壳带有金属触头的插孔，能让用电设备的插头插上并供电，插座控制电路板能根据终端控制系统的指令，控制插座供电，或开启供电，或关闭供电，或定时供电，或定电量供电，后台服务器系统需配合终端控制系统完成充电费用的支付结算。

插座外壳包括有1组或2组金属触头的插孔，且每组插孔只允许一个用电设备的使用，只能插一个插头，其特征在于：插孔数或是2孔，3孔，或5孔这三种类型，5孔插孔是由2孔插孔和3孔插孔紧密结合一起，需在几何上满足只能插上一个插头,而阻挡另一个插头的使用，比如2位插孔被电源插头插上，插头在体积上会盖住3位插孔，使3位插孔无法使用，如此设计，只允许同一时间只能插一个插头，只能使用一个用电设备，避免了用户付款后，所开启的那组插孔，其多余的孔位被其他用户盗用，以致付款用户的电费被偷。

插座外壳，设置有二维码或条形码或设备编码，这些编码为插座的唯一身份识别id信息，此插座的编码id需和插座控制板无线通讯模块广播出来的插座id一致。插座编码的id，有如下的用处：第一，用户通过手机终端控制程序，扫码读取id信息；手机终端通过搜索周围插座的蓝牙广播，进行查找插座的id，并与扫码的id进行比对。若是相等就连接此插座的蓝牙。从而实现，让手机终端和无线通讯的插座一一对应连接起来，避免了信号的混乱。其二，在终端控制系统的支付功能的程序块内，可以根据不同的id编码，设置不同的用电价格。

插座控制电路板包含有：开关模块，处理器模块，电表计量模块，电源转换模块，以及无线通讯模块等组成，电源转换模块将交流电转为直流电，给处理器模块和电表计量模块提供直流电源，让其能正常工作，开关模块的输入端接市电交流电，输出端连接插座外壳的插孔的金属触点上，以对外供电。开关模块能接受处理器模块的电平信号，并根据电平信号,对接入插座的市电交流电源进行开、断控制，即开启供电或关闭断电。若是插座有2组插孔，那么就需要2个开关模块分别独立控制每组插孔的供电开启与关闭。2个开关模块，就需要处理器用两路电平控制信号，来分别独立控制每个开关模块的开启与断开。开关模块用继电器来实现。电表计量模块和插座插孔相连，监控插座插孔所接的用电设备的用电情况，能读取用电时的电流，电压，功率，电量等数据，并能将用电数据传入到处理器模块内，电表计量模块采用专门的电表计量芯片来实现，如hlw8032，hlw8012芯片等。若是插座有2组插孔，那么也需要有2个电表计量模块分别独立监控每组插孔的用电情况数据，然后两组数据都传递到处理器模块内。处理器模块负责整个插座电路的控制，电表信号读取和数据运算工作，能根据电表计量模块传来的数据，进行统计分析处理，发现用电异常，比如电流过大，功率超标，就会进行必要的保护措施，控制开关模块关闭电源供电，防止电路和外部用电设备损坏，若电表计量模块读取到插座外部电路用电电流为0，功率为0，则表明连接插座的用电设备电源已被拔出，或是电瓶车的电池已被充满，为了安全起见，处理器模块就会控制开关模块，关断插座电源供给，处理器模块可用单片机系统，如c51，stm32等处理器芯片。无线通讯模块能接受终端控制系统的指令信号，并将指令信号传递给处理器模块，处理器模块根据指令内容，执行相应的控制操作，或开启插座供电，或关闭插座供电，或定时供电，或定电量供电等。比如用户支付2小时充电费用，通过终端控制系统的蓝牙程序，将指令发给插座控制电路板的无线通讯模块，然后转给处理器模块，处理器模块收到用电2小时指令后，会立即开启插座供电，并在2小时后，关断电源，从而完成定时供电任务。用户还可以按电量进行付费，比如支付1度电的费用，通过无线通讯模块，将用电1度电的指令，传给处理器模块，处理器模块开启供电，并根据电表模块传来的数据进行用电分析，当电表检测到用电电量超过1度电后，处理器模块控制开关模块，关断供电。

插座控制电路板的电源转换模块包含有隔离电源模块和非隔离电源模块，隔离电源模块将接入的市电220v转为5v或3.3v供开关模块和处理器模块使用，而非隔离电源模块将接入的市电220v转为5v或3.3v供电表计量模块使用。使用隔离电源供电的处理器模块，与非隔离电源相连接的电表计量模块，进行信号互通时，电表计量模块的数据信号可通过光电耦合器连接到到处理器模块上。隔离电源电路可采用开关电源电路实现，非隔离电路可通过阻容降压稳压电路来实现。这里所采用的电源转换模块将交流转5v或3.3v的直流电源，是根据用电元器件需求的电源来转，以满足元器件正常工作的直流电压为准，以5v或3.3v居多。不排除有12v的元器件。

插座控制板的无线通讯模块为蓝牙通讯模块方案，能与终端控制系统的蓝牙功能程序块相互通讯，而用户的终端设备为手机，蓝牙是自带的，相比较于其他无线通讯手段，插座控制电路板采用蓝牙，成本更省，信号更稳定，在没有2g，4g，以及wifi网络信号下，蓝牙通讯能照常使用，实现无网络信号时，用户照样能使用插座，开启插座供电。

插座控制板无线通讯模块和处理器模块合二为一，采用带处理器功能的蓝牙硬件芯片模块，比如cc2541，cc2540芯片，并采用蓝牙协议栈方式的编程模式，将无线通讯模块和处理器模块有机的结合在一起，组成蓝牙处理器组合模块。组合后将省掉一个单独的处理器模块的费用，成本更省，电路更简洁，故障率更低。

终端控制系统，为软件系统，基于智能手机开发的微信小程序，或支付宝小程序或手机app，其需具备的功能为：能扫描和解析二维码或条码，能将插座外壳上的二维码或条码读取并解析出来，能完成支付功能，能开启手机蓝牙通讯功能，以及能通过手机信号或wifi信号访问后台服务器，支付功能程序块能根据用户选定的用电价格以及用电时间进行统计计费，能在后台服务器程序的配合下完成用电费用的支付工作，完成支付后，终端控制系统产生操作指令，比如定时充电指令，通过手机蓝牙通讯程序块将指令数据传给插座，进一步的，传到插座的控制电路板的处理器模块内。

终端控制系统的支付功能程序还能根据插座编号不同，设置不同的充电价格，从而实现不同的插座采用不同的用电价格进行计费统计，为插座运营带来便利，比如应小区管理者要求，要求运营时给住户优惠，那么运营商在此小区安装的所有插座，用电时，计算电费价格就要与其他小区不同，可以通过终端控制系统的支付功能程序，检测插座编号与其他小区插座编号不同，来采用不同的计费价格。比如运营商a，在小区b内装的充电桩，应小区b的管理者要求，需设置用电价格为1元用电5小时，而小区b装有插座cz1，cz2等编号的插座。终端控制系统扫码识别到插座编号cz1，属于小区b的插座，支付时定价就设为1小时0.2元。若是小区c，定价1元2小时，小区c有插座c1，c2等；终端控制系统扫码识别到插座编号为c1，此时就设定用电价格为1小时0.5元。用插座编号的不同，来实现用电价格的差异化设置。使插座运营更具灵活性。

终端控制系统的支付功能程序块能通过插座无线通讯程序，读取插座处理器模块内保存的插座用电价格数据，并以此价格数据对用户用电需求进行收费费用统计，同样能实现不同插座采用不同的用电价格。通过此种方法实现不同插座不同的用电价格，收费更加灵活多变。运营商通过终端控制系统的程序，将某一插座的用电价格数据通过蓝牙发送到插座的控制电路板处理器模块内。用户使用时，启动终端控制系统，通过蓝牙程序将用电价格数据读取出来即可，运营时可实现随时修改价格的优点，而不需修改终端控制系统的程序代码。比如运营商a，在小区b内装的充电桩，设置用电价格为1元用电5小时，而小区b装有插座cz1，cz2等编号的插座。终端控制系统的程序平时很少更新变动，某一天，应小区b管理人员要求，需要修改用电价格，比如要改为1元10小时，此时终端控制系统的程序不易变动，那么运营商a就可以将价格数据，通过手机终端控制系统的蓝牙功能程序，发送到插座的控制电路板的处理器模块内保存下来。用户使用时，用户的手机终端控制系统，通过蓝牙功能程序，读取插座控制电路板的处理器模块内的用电价格数据，然后支付时，按照此价格数据,即每小时0.1元的用电价格进行计费支付。通过此种方法，亦能实现用电价格的差异化设置。使插座运营更具灵活性。

终端控制系统的蓝牙通讯功能程序块，能连接插座的无线通讯模块，能读取插座的监控数据，用电价格数据，能向插座发送用户的操作指令，比如终端控制系统的蓝牙通讯功能程序能读取到插座上用电设备的用电功率，能读取到插座的编号数据，能向插座发送定时充电指令，或定电量充电指令，通常终端设备为手机，大部分手机都有自带的蓝牙功能。

终端控制系统的支付功能程序块，还具备券功能，一种类似电子货币的虚拟货币，一定额度的券等同一定数额的货币，比如1元等于1个用电券。用户可通过终端控制系统的支付功能购买一定数额的券，能将券保存到手机等终端设备储存卡内，同时开启插座供电时，能用券进行支付结算，同时还能将券的消费记录保存到储存卡内，随后再通过终端设备手机的网络信号，将券的消费数据发送到后台服务器中。

终端控制系统的支付功能模块，具备退款功能，用户支付后，开启充电时，若是反悔，或者故障，不想用电，并要退款，在一定的时间内，这个时间称为用电反悔期，在反悔期内用户可以发起退款并关闭用电任务。反悔期时间能根据运营商的需求自由设定，退款的结果数据能通过终端控制系统发往后台服务器中。

后台服务器系统，为软件系统，能配合终端控制系统完成支付任务，退款功能。能接受终端控制系统传来的用户数据，插座数据，以及用户的用电支付订单的数据等。

终端控制系统与后台服务器数据交互，能在无网络信号状况下有可行的实施方案，实施方法为：用户在无网络情况下的时候使用终端控制系统，如订单信息，券消费信息，插座编号，插座使用状况等信息数据，先将数据缓存到终端设备的储存卡内，然后终端完成用电任务后，用户离开无信号的插座区域，移动到有信号的工作和生活区域，此时终端控制系统再读取设备储存卡内缓存的数据，将其发送到后台服务器上，通过缓存的方式，完成无网络信号情况下的数据交互。

终端控制系统和插座控制电路板的无线通讯系统进行数据交流，需要对数据进行加密，传输的过程中数据是以密文的形式存在，发送时对数据进行加密，接收时对数据进行解密，加密采用的加密算法和加密密码需要进行严格保密处理。

工作原理:这里运营商拥有插座系统，用户使用插座系统，用户使用插座系统进行用电需要进行收费，运营商在某区域安装好本专利插座本体，并在插座外壳上粘贴好带有插座编码id信息的二维码标牌。

当插座本体安装在有信号区域，用户用电时，需要将电器的插头插到本专利插座的外壳带有金属触点的插孔内，用户用手机终端，启动终端控制系统程序，扫描插座外壳上的二维码，终端控制系统的支付功能程序块就会启动，根据插座编码id的不同，设置对应的用电价格，用户选择用电规则，比如选用电4小时，支付功能程序块会根据用户的指定以及对应的价格，计算用电费用，然后后台服务器程序协助手机终端控制系统的支付程序块完成用电费用的支付，支付好后，形成对应的充电指令，终端控制系统再将用电指令进行加密处理，形成指令密文，终端控制系统的蓝牙通讯功能程序块将指令密文通过蓝牙通讯传递给插座控制板的蓝牙无线通讯模块，此模块再将指令密文数据转给处理器模块，处理器模块对指令密文进行解密处理，形成用电指令，然后处理器执行用电指令。比如定时充电指令，处理器执行步骤为:处理器模块就先开启插座控制板的开关模块，使插座供电，等定时时间一过，再控制开关模块断开电源，插座停止供电。而定时的工作任务交由处理器模块的内部时钟外设实现。这就是完整的插座用电流程，在插座供电过程中，插座控制电路板的电表计量模块随时监控着插座的用电状况，当出现异常，比如电流过大，短路等，处理器模块就会做出异常响应处理，如直接关断电源。用电任务完成后，终端控制系统就会将支付用电的订单数据，发送到后台服务器内处理或保存。

当插座本体安装在无信号区域用户用电时，需事先在有信号区域，启动手机终端控制系统，通过手机终端控制系统的支付功能程序块购买一定数量的券，买好券后，手机终端控制系统的支付功能程序块会将券保存到手机储存卡内，并对券金额和内容进行加密处理，储存卡中保存的是券的密文。当我们的手机终端内存中有一定数量的券时，就可以前往插座所在的无网络信号区域。如地下室的插座充电区域，此区域会经常性的没有信号。

在无信号区域，将电器的插头插到本专利插座的外壳带有金属触点的插孔内，用户用手机做终端，启动终端控制系统程序，扫描插座外壳上的二维码，终端控制系统的支付功能程序块就会启动，根据插座不同获取对应的用电价格，用户选择用电规则，比如指定用电时间，或指定用电电量，支付功能程序会根据用户的指定以及对应的价格，计算用电费用。此时，因为无网络信号，无法联系后台服务器程序，不能完成现实货币的支付功能。这就需要通过券来进行支付，简称付券用电。付券完成后，支付的券额和券余额，插座编号id，以及支付时间等数据就会保存到手机的储存卡内。同时，券支付完成后，终端控制系统就生成对应的用电指令，再将用电指令进行加密处理，形成指令密文，终端控制系统的蓝牙通讯功能程序块将指令密文通过蓝牙通讯传递给插座控制板的蓝牙无线通讯模块，再由此模块再将指令密文数据转给处理器模块，处理器模块对指令密文进行解密处理，形成用电指令，然后处理器执行用电指令。比如指令为定时用电，处理器模块就先开启插座控制板的开关模块，使插座供电，等定时时间一过，再控制开关模块断开电源，插座停止供电。定时的工作任务，由处理器模块内的时钟外设模块实现，这就是完整的无网络信号时，插座的用电流程。插座在供电过程中，插座控制电路板的电表计量模块随时监控着插座的用电状况，当出现异常，处理器模块就会做出异常响应处理，如:用电时电流过大，短路等状况出现时，就直接关断电源。用电后，通过券支付的用电订单数据,比如支付了多少券，券余额，付券时间等数据，将会在手机终端出现信号时，自动上传到后台服务器内。

综上所述，本专利插座系统，采用的手机终端控制系统进行支付，相对于投币和刷卡产品来说，大大方便了用户支付操作，本专利插座控制电路板的蓝牙通讯模块和处理器模块，有机结合一起的组合模块，能节省处理器芯片的使用，降低插座硬件成本，同时结合终端控制系统的券功能，数据缓存的离线交互方式，让无网络信号环境下，也能控制插座开启充电或关闭充电，达到离线使用目的，终端控制系统能根据插座号的不同实现插座用电收费价格的个性化和差异化设置，满足了插座运营的灵活性需求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。