一种带有充电桩的灯杆基站的制作方法

本发明涉及电动车充电技术领域，特别是涉及一种带有充电桩的灯杆基站。

背景技术：

随着汽车工业飞速发展，我国石油消耗对外依存度持续升高，石油短缺局面日益加剧。电动汽车发展对我国具有重大意义，一方面可以提高电能替代，有效减少单位gdp能耗，另一方面可以有效破解环境约束，解决雾霾等大气污染问题。尽管国家已出台一系列支持政策，然而电动汽车的普及和推广终究未能有实质性进展，主要是由于基础设施(如充电桩、充电站等)建设相对滞后，致使充电不便，最终直接导致消费者对电动汽车望而却步。

我国照明用电占全社会用电量的13％左右，其中道路照明占整个照明用电量的25％～30％。将电动汽车交流充电桩集成到传统的路灯上，这是降低电动车公共充电设施成本的方法之一，但现有技术的带有充电桩的灯杆基站，其充电桩系统而目前市场上的电动车充电桩多以电子式电能计量、投币交易结算方式，且用户仅仅能看到充电时间等较少数据，存在很大的局限性，这样就给用户使用带来很大的不便，导致用户体验差。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用户体验好的带有充电桩的灯杆基站。

根据本发明实施例的带有充电桩的灯杆基站，包括一灯杆，所述灯杆的上方设有一集束天线，所述灯杆上连接一路灯，所述灯杆的下发设有一壳体，所述壳体内部设有充电桩系统，所述充电桩系统包括处理器、电能计量芯片、电源模块、通信模块、显示模块和射频卡模块，所述处理器分别与所述电能计量芯片、电源模块、通信模块、显示模块和射频卡模块连接，所述述处理器用于控制所述电能计量芯片、电源模块、通信模块、显示模块和射频卡模块的配置参数及工作状态，所述电能计量芯片用于对电压信号和电流信号进行内部运算处理，所述电能计量芯片分别连接用于处理电压信号的电压信号处理单元和用于处理电流信号的电流信息处理单元，所述通信模块用于与控制主站进行数据传输，所述显示模块用于为用户提供显示界面，所述射频卡模块用于对用户的充电过程进行刷卡计费。

根据本发明实施例的带有充电桩的灯杆基站，其充电桩系统不仅能够解决电动车户外电能补给问题，而且通过使用电能计量芯片，电能计量精度高.通过显示模块和射频卡模块实现用户交互，结算方式直观明了，用户体验好。

另外，根据本发明上述实施例的带有充电桩的灯杆基站，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电压信号处理单元包括电压互感器和电压信号调理电路，所述电流信号处理单元包括电流互感器和电流信号调理电路，所述电压互感器和电流互感器用于对电压信号和电流信号进行滤波处理，所述电压信号调理电路和电流信号调理电路用于对所述电压互感器处理后的电压信号和所述电流互感器处理后的电流信号进行调理，并以差模电压形式将电压信号和电流信号发送至所述电能计量芯片。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述充电桩系统还包括充电芯片，所述处理器内设有电量监测模块，所述电量监测模块分别与所述充电芯片和所述处理器连接，所述电量监测模块用于监测待充电蓄电池的电量，所述充电芯片用于对所述待充电蓄电池的充电过程进行管理控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述充电桩系统还包括温湿度模块，所述温湿度模块用于监测所述灯杆基站运行环境的温湿度信息，所述温湿度模块监测的温湿度信息经所述处理器处理后，由所述显示模块向用户显示。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述显示模块采用lcd显示屏，所述充电桩系统还包括输出模块，所述输出模块用于用户输入控制信息，所述输出模块采用键盘。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述显示模块采用电容式触控显示一体机，用户通过所述电容式触控显示一体机输入控制信息。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述充电桩系统还包括报警模块，所述报警模块用于在所述充电桩系统出现异常时发出报警，所述报警模块采用声光报警器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述灯杆基站还包括一太阳能电池片，所述太阳能电池片设于所述灯杆的顶部，所述太阳能电池片与所述电源模块连接，所述太阳能电池片用于将太阳能转换成电能并储存在所述电源模块中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述处理器采用单片机。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电流互感器采用霍尔电流互感器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例提出的带有充电桩的灯杆基站的结构示意图；

图2是本发明一实施例提出的带有充电桩的灯杆基站中充电桩系统的逻辑示意图；

图3是本发明另一实施例提出的带有充电桩的灯杆基站的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明一实施例提出的带有充电桩的灯杆基站，包括一灯杆101，所述灯杆101的上方设有一集束天线102，所述灯杆101上连接一路灯103，所述灯杆101的下发设有一壳体104，所述壳体104内部设有充电桩系统。

在其中一个示例中，灯杆基站的工作环境如下：

a)环境温度：正常工作环境温度-20℃～+50℃；

b)海拔高度≤2000m；

c)相对湿度：5％～95％，无凝结。

充电桩尺寸如下：

高：1390mm；宽：230mm；厚：215mm。

灯杆101采用8米高灯杆，加上集束天线102的高度，总高约10米，在城市道路中，特别是绿化带、两侧人行道这个高度最为合适。风压为0.45kn/m²。这个风压为平均风压。在本次强度计算中风压按12级风计算。灯杆101的占地面积小，基础占用仅1m²，特别适用路边绿化带、人行道基站建设。灯杆101内含照明系统，可直接连接路灯照明，接时控器实现照明时间控制。

该灯杆101的强度计算如下：

a、已知条件：

1、风速：u＝36.9m/s，约12级台风；

2、灯杆材质：q235；

3、屈服强度[σ]＝235mpa；

4、弹性模量e＝210gpa；

5、灯杆尺寸h＝8000mm；d＝160mm；d＝160mm；δ＝5mm；

b、风压：

p＝u²/1.6＝851.01n/m²；

c、迎风面积：

s1＝50×700＝0.035m²

s2＝400×1200＝0.48m²

s3＝84×160＝0.01344m²

s4＝36×250＝0.009m²

s5＝5732×160＝0.91712m²

s6＝250×200＝0.05m²

s7＝0.488837m²

d、扭矩核算：

1、重心高度hx＝4.77m

2、风压对路灯各部位的扭矩

m1＝p×s1×h＝142.2n·m；

m2＝p×s2×h＝1949.7n·m；

m3＝p×s3×h＝54.6n·m；

m4＝p×s4×h＝36.6n·m；

m5＝p×s5×h＝3725.2n·m；

m6＝p×s6×h＝203.1n·m；

m7＝p×s7×h＝1985.6n·m；

m总＝m1+m2+m3+m4+m5+m6+m7＝8096.9n·m；

3、灯杆根部的截面抵抗距(按空心灯杆管截面计算)

w＝π×(d外径⁴-d内径⁴)/32d＝9.1446e-05m³

4、灯杆根部实际理论扭矩允许值

[m]＝w*[σ]＝21489.90n·m

综上所述因此灯杆强度是安全的[m]/m总≥2.65；

e、挠度核算：

1、圆锥杆，相当于直杆，近似计算

de＝(d+d)/2＝160mm；

2、截面惯性矩

i＝π×de⁴×[1-(de内径/de)⁴]/64＝7315709.4mm⁴；

3、重心处载荷

q＝m总/hx＝1696.39n；

4、风压对路灯产生的挠度

fmax＝qhx³/3ei＝40.02mm；

5、灯杆实际理论的挠度允许值

[fmax]＝h/40＝200mm；

6、综上所述，[fmax]/fmax≥5.00，因此灯杆挠度是安全的。

考虑风速不均匀系数，空气动力系数，以及风向与灯杆、灯具夹角等，实际危险截面处的应力及灯顶的挠度均比以上计算的结果低，故此灯杆101设计是安全可靠的。

请参阅图2，所述充电桩系统包括处理器201、电能计量芯片202、电源模块203、通信模块204、显示模块205、射频卡模块206、充电芯片207、温湿度模块208、报警模块209。

所述处理器201分别与所述电能计量芯片202、电源模块203、通信模块204、显示模块205、射频卡模块206、充电芯片207、温湿度模块208、报警模块209连接，所述述处理器101用于控制所述电能计量芯片202、电源模块203、通信模块204、显示模块205、射频卡模块206、充电芯片207、温湿度模块208、报警模块209的配置参数及工作状态，本实施例中，所述处理器201采用单片机，例如stc12c5a60s2单片机。

所述电能计量芯片202用于对电压信号和电流信号进行内部运算处理，所述电能计量芯片202分别连接用于处理电压信号的电压信号处理单元2021和用于处理电流信号的电流信息处理单元2022。所述电压信号处理单元2021包括电压互感器和电压信号调理电路，所述电流信号处理单元2022包括电流互感器和电流信号调理电路，其中，所述电流互感器采用霍尔电流互感器，具体为ha2009霍尔电流互感器，选用所述电能计量芯片202差分电压输入范围为500mvp-p的电流通道。电流互感器满量程工作时，其输出最大电流为50ma。所述电压互感器和电流互感器用于对电压信号和电流信号进行滤波处理，所述电压信号调理电路和电流信号调理电路用于对所述电压互感器处理后的电压信号和所述电流互感器处理后的电流信号进行调理，并以差模电压形式将电压信号和电流信号发送至所述电能计量芯片202。具体地，所述电能计量芯片202采用cs5464计量芯片，cs5464在收到一个电能脉冲时产生中断，累加器对应增加一个脉冲，此时瞬时电压、电流相乘便得到瞬时功率。芯片内部微处理器通过功率对时间积分得到实际的电能。单片机p1.0～p1.3口分别与cs5464的sclk、sdo、cs、sdi相连，进行数据交换。

所述电源模块203用于提供电源电压，具体可采用采用接入市政用电，以交流转直流的方式提供输入电源。

所述通信模块204用于与控制主站进行数据传输，所述通信模块204可以包括以太网模块、can、rs485、无线通信模块等。

所述显示模块205用于为用户提供显示界面，所述显示模块205可以采用lcd显示屏，所述充电桩系统还包括输出模块，所述输出模块用于用户输入控制信息，所述输出模块采用键盘。可以理解的，所述显示模块205还可以采用电容式触控显示一体机，用户通过所述电容式触控显示一体机输入控制信息，提升交互体验。

所述射频卡模块206用于对用户的充电过程进行刷卡计费，具体地，可以采用mf-rc522射频卡模块加mifare卡刷卡计费。能够实现用户身份识别、费用扣取，信息存储的功能。芯片内部包含is014443a帧处理、crc校验和快速crypto1加密算法。mf-rc522射频卡读写模块是经集束天线向mifare卡发出无线载波信号，信号在mifare卡的天线上耦合接收，经波形变换与滤波处理，再用电压模块对信号做稳压等调节处理得到相关数据，实现对mifare卡扇区内原有的数据的读写，并以spi总线方式传输到单片机。

所述处理器201内设有电量监测模块，具体可采用单片机自带的10位a/d转换功能，通过电阻分压的方式将蓄电池的电压信号通过运算放大器lm358构成的电压跟随器隔离、rc低通滤波电路的滤波后，送入单片机p1口进行a/d转换。所述电量监测模块分别与所述充电芯片207和所述处理器201连接，所述电量监测模块用于监测待充电蓄电池的电量，所述充电芯片207用于对所述待充电蓄电池的充电过程进行管理控制。具体地，所述充电芯片207可以采用uc3906芯片。uc3906芯片内的基准电压变化特性和蓄电池电压的温度变化规律相同，使得蓄电池在较宽的温度范围内都处于最佳充电状态。uc3906内部的电压和电流比较器检测蓄电池当前的充电状态。电流采样是通过采集电阻rs两端电压，根据rs阻值算出充电电流，实时对蓄电池充电状态进行监控。当检测出电池已充满时，将向单片机发送停止充电命令，停止充电。

所述温湿度模块208用于监测所述灯杆基站运行环境的温湿度信息，具体可采用温湿度传感器，所述温湿度模块208监测的温湿度信息经所述处理器201处理后，由所述显示模块205向用户显示。

所述报警模块209用于在所述充电桩系统出现异常时发出报警，如工作环境异常、系统软件错误等，所述报警模块209采用声光报警器。

本发明上述实施例提出的带有充电桩的灯杆基站，其充电桩系统不仅能够解决电动车户外电能补给问题，而且通过使用电能计量芯片，电能计量精度高.通过显示模块和射频卡模块实现用户交互，结算方式直观明了，用户体验好。

请参阅图3，本发明另一实施例提出的带有充电桩的灯杆基站，其在上一实施例的基础上，增加了太阳能电池片105，所述太阳能电池片105设于所述灯杆的顶部，所述太阳能电池片105与电源模块连接，所述太阳能电池片105用于将太阳能转换成电能并储存在所述电源模块中，从而进一步减少能源浪费，提升能量利用率。

在图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本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，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。