一种基于物联网的充电系统的制作方法

本实用新型涉及一种充电保护系统，尤其涉及一种基于物联网的充电系统。

背景技术：

目前，应用在agv（automaticguidedvehicle，自动导引车）上的自充电设备，是利用小型的高压直流充电充电技术，由充电桩和agv组成的充电系统，在进行充电时，agv连接在充电桩上，但是冲充电桩是否能充电，是否处于正常可工作状态，agv在到达充电桩中之前是未知的，且多个充电桩独立存在，不能共享状态信息；多个agv独立存在，不能共享预约充电信息。

针对上述问题，本实用新型使得各个充电桩之间章台可以共享，

公知的机器人充电桩比较少，一般都是靠人给机器人充电，类似于手机充电，而想要机器人工作时间达到8小时及以上，都会受限于机器人的电池尺寸、重量及安全性。一般充电桩构造是由对插接头、稳压电源、连接线等组成。机器人设计出来的主要目的就是代替人工，做重复的工作，对于移动机器人来说，电源线直接连接到电源上，是不太现实的，并不像电视那样一直工作，而市面上普通的机器人充电器，都是需要专人给机器人充电，定时定点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决agv机器人的智能充电问题。

实现本实用新型的技术方案如下：

本实用新型是一种基于物联网的充电系统，包括多个充电桩、第一充电模块、第一通信模块、自检模块、多个agv机器人、第二通信模块、第二充电模块、控制器、第三通信模块；

第一充电模块、第一通信模块、自检模块设置在充电桩内；

第二通信模块、第二充电模块设置在agv机器人内；

第三通信模块设置在控制器上；

充电桩和agv机器人通过第一充电模块和第二充电模块进行充电；

第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块之间通过通信协议进行通信，且多个第一通信模块之间也可以通信，多个第二通信模块之间也可以通信；

第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块通过通协议使信息共享。

可选的，多个充电桩采用的是rn8209d单相电能计量芯片。

可选的，第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块，包括4g通信和lora通信。

可选的，第一通信模块，第二通信模块和第三通信模块，可以通过4g通信使用移动端进行通信。

可选的，第一充电模块还包括：计量单元，所述计量单元是使用rn8209d单相电能计量芯片上计量功能有功功率进行计量。

可选的，自检模块包括：电压自检、障碍物自检；电压自检基于rn8209d单项电能计量芯片上的电压检测模块；障碍物自检，基于图片处理对比的图片处理器模块，安装在充电桩内。

可选的，该充电系统还包含有报警模块，所述报警模块和充电桩相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本使用新型提供一种基于物联网的充电系统的，能够使多个充电桩和多个agv机器人之间互通信，达到信息共享，且充电桩上的自检单元能够使得充电桩发现自身的故障及时报警，使得工作人员及时对充电桩进行维修，且能够预约充电，皆可以通过4g模块进行预约充电，也可以agv机器人自身通过的无线传输模块进行充电预约，且控制器和agv机器人和充电桩之间信息共享。

附图说明

图1为：一种基于物联网的充电系统的智能充电结构示意图；

图2为：一种基于物联网的充电系统的中控网关结构图；

图3为：rn8209d电能检测电路；

图4为：lora无线传输电路；

图5为：rn8209d系统的功能框图；

图6为：rn8209d有功功率框图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

“a、b和c中的至少一个”与“a、b或c中的至少一个”具有相同含义，均包括以下a、b和c的组合：仅a，仅b，仅c，a和b的组合，a和c的组合，b和c的组合，及a、b和c的组合。

“a和/或b”，包括以下三种组合：仅a，仅b，及a和b的组合。

在本实用新型中一种划分硬件的方法是将硬件划分为智能充电节点和中控网关，如图1所示，智能充电节点主要设计了rn8209电能检测和lora无线传输电路，负责控制、监测充电，并与中控网关进行通信。如图2所示，中控网关设计了4g联网通信、lora无线传输、远程控制模块，负责管理一个站点所有的智能充电节点，并与控制器进行数据共享。

在本实用新型中，另一种划分方法为多个充电桩、第一充电模块、第一通信模块、自检模块、多个agv机器人、第二通信模块、第二充电模块、控制器、第三通信模块；第一充电模块、第一通信模块、自检模块设置在充电桩内；第二通信模块、第二充电模块设置在agv机器人内；第三通信模块设置在控制器上。

第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块，包括4g通信和lora通信，且第一通信模块，第二通信模块和第三通信模块，可以通过4g通信使用移动端进行通信。

4g通信是指充电桩和能够使用移动终端进行控制通信。

在本发明中使用lorawan网络结构，在我们使用的过程中lora网关是一个透明传输的中继，连接终端设备和后端中央控制器。网关与控制器间通过标准ip连接，终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均是双向通信，同时也支持云端升级等操作以减少云端通信时间。在本发明中暂时只使用网关之间的双向通信，已达到agv机器人能够同过lora和充电桩进行通信的目的。

在本实用新型中，多个agv机器人、多个充电桩和控制器之间采用的通信方式是无线通信方式。采用lora无线传输，无线传输电路是在as32无线模块上采用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，发射功率最大达到20dbm，空中速率最大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必须设置一致，否则将无法通信。如图4所示为lora无线传输电路。引脚4、引脚5（md0、md1）接地选择一般透明传输模式，即一个模块发送数据，其他都能收到。引脚6为天线引脚，预留一个π型阻抗匹配电路，ant为天线接口。利用lora模块做了相当于无线中继的功能，引脚1（rxd）为信号输入接口，连接到外部txd输出引脚，可配置为漏极开路或者上拉输入，引脚2（txd）为信号输出接口，连接到外部的rxd输入引脚，可配置为漏极开路或者推挽输出。引脚3（rxd）为输出接口，用于指示模块的工作状态，用户唤醒外部mcu，上电自检初始化见输出低电平，可配置为漏极开路输出或者推挽输出。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问题。

在所述控制器、所述多个agv机器人的通信模块和所述多个充电桩的通信模块之间可以相互通信，在进行通信时，可采用lora进行通信，第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块之间通过通信协议进行通信，且多个第一通信模块之间也可以通信，多个第二通信模块之间也可以通信；优选的一个实例为：当选择预约充电时，agv机器人先将预约信息发送到控制器中控制器经过计算和分析得出充电桩标号，和行驶路线图，控制器通过第三通信模块发送预约充电的agv机器人，并将预约信息同时发送给充电桩，在预约时间前十分钟内，此充电桩将显示不可以用，等待预约充电机器人的到来。充电桩和控制器和agv机器人之间的通信，是建立在通信模块之上，在到达预约时间时，agv机器人到达预约充电桩进行充电，充电桩和agv机器人通过第一充电模块和第二充电模块进行充电；并记录充电电量，充电时间和充电有功功率，一次预约充电行为完成。当充电桩被使用了之后，控制器将充电桩的基础信息更改为不可用，直到充电结束，控制器修改充电桩信息为可用，并将信息通过第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块的lora发送给多个充点桩和多个agv机器人。当充电桩不再有agv机器人来充电时，充电桩进行自检，发现问题及时报警，等待工作人员对充电桩进行检修。

第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块通过通协议使信息共享，即多个充电桩之间可以相互通信信息共享；可以通过控制器进行信息的实时下发，也可是充电桩之间进行信息的发送，达到信息共享。

同样的多个agv机器人可以相互通信信息共享，也是通过通过控制器进行信息的实时下发，也可是充电桩之间进行信息的发送，达到信息共享。

优选的，移动终端可选择为手机，所述的4g模块可以使得用手机控制agv机器人和充电桩，优选的，可以通过使用手机对agv机器人进行电量查看，并对充电的时间段可以进行预约，使用手机发送预约信息到充电桩，进行预约充电。预约信息包括预约时间、预约充电桩编号、预约充电时长、充电优先级。当信息发送给充电桩之后，所述充电桩上有充电控制单元，所述充电控制单元是根据优先级充电，优先级越高可以随时进行充电，即多个充电桩和多个agv机器人都可以通过移动终端进行控制。

在充电模块中还包括有计量单元，计量单元包括计量充电电量、充电时长、充电有功功率。

如图5所示，为rn8209d系统的功能框图，有系统可图中可以得知，在使用rn8209d芯片时，能够测量输出的电流，输出的有功功率。在图6中，rn8209提供两路有功功率的计算和校正，分别为电流a和电压有功功率计算和校正、电流b和电压有功功率计算和校正。寄存器也包含a/b两套相位校正、有功offset校正、有功增益校正和平均功率寄存器。可以通过特殊命令对通道选择进行配置，配置的结果可以通过chnsel寄存器位进行查询。图6中的数字高通滤波器主要是用于去除电流、电压采样数据中的直流分量。图6中的dcia、dcib、dcu用于对adc通道的直流偏置进行校正，rn8209用于直流测量应用时，需要对直流偏置进行校正，同时需要将高通滤波器关闭。

在本实用新型中采用的是rn8209d单相电能计量芯片，如图3所示，为电能检测电路，引脚4（v1p）和引脚5（v1n）为输入引脚，电流通道a的a的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式，正常工作最大输入vpp为±1000mv，最大承受电压为±6v。引脚8（v3p）和引脚9（v3n）为输入引脚，电压通道的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式，正常工作最大输入vpp为±1000mv，最大承受电压为±6v；引脚10（refv）,为输入输出引脚，1.25v基准电压的输入、输出引脚；外部基准源可以直接连接到该引脚上。引脚13（sdo/tx），输出引脚，sdo和tx复用引脚。当is=1时，该引脚为spi串行数据输出sdo。复位后，该引脚为高阻输出。当is=0时，该引脚为uart的数据输出端tx。引脚14（sdi/rx/rst_n）输入引脚，当is=1时，该引脚为spi串行数据输入引脚，3.3v/5v兼容引脚。当is=0时，该引脚为uart输入端rx，3.3v/5v兼容引脚，同时也具备引脚复位功能。rn8209d内部复位电路与uart通信电路完全独立，该引脚复位功能完全等同独立的引脚复位。引脚15（sclk/b0），输入引脚，is=1时，该引脚为spi串行时钟输入，3.3v/5v兼容引脚。当is=0时，b0和b1，选择为uart接口时作为波特率选择引脚。引脚16（scsn/b1），输入引脚，当is=1时，该引脚为spi片选信号，低有效，3.3v/5v兼容引脚。内部悬空，由外部上拉。引脚19（osci），输入引脚，外部晶体的输入端，或是外灌系统时钟输入。晶体频率典型值为3.579545mhz。外接电容典型值为15pf~22pf，内部已有约4m欧姆。引脚20（osco），输出引脚，外部晶体的输出端。

引脚4、引脚5为电流通道a，使用的锰铜作为采样电阻，锰铜的温漂系数小，电流检测可靠性高。引脚8、引脚9为电压通道，跨接在零线和火线之间。l_in为火线，n_in为零线，把火线作为参考地，接火线的采样就可以减少限流电阻，简化电路。电压采集接零线的一端需要串联1～2mω限流电阻，选为4个300kω电阻，某一个电阻短路只会造成电表不准，并不会损坏设备。采集时为了抗混叠，并联电阻和电容。引脚12is接上拉，选择使用spi接口（引脚13～引脚16）与stm32通信。

rn8209片内包含一个电源监测电路，连续对模拟电源（avdd）进行监控。当电源电压低于2.6v±0.1v时芯片被复位，当电源电压高于2.75v±0.1v时芯片正常工作正常应用范围：3v-5.5v，选定典型供电电压（如5v或3.3v）后，应保证电源波动在±10%范围内。利用此模块可检测电压是否正常。

该充电系统还包含有报警模块，所述报警模块和充电桩相连，报警模块是基于自检模块的，自检包括

（1）是否可充电；

（2）是否有障碍物遮挡导致不能充电；

（3）是否有agv机器人接入但不能充电；

（4）是否有机器人充完电，但不能离开充电桩；

在自检单元进行（1）的自检时，自检单元首先判断是否放电正常，并判断充电桩的电压是否正常，是否可以提供正常的电压使得充电功能正常；若是电压不稳定则不用通知报警单元进行报警，当发现为放电异常时，通知报警系统进行报警，通知工作人员来进行对充电桩的检修。

在自检单元进行（2）的自检时，障碍物判断单元将图片进行处理，得到是否十分钟之内，有无障碍物，且得到障碍物有无发生移动，若是十分钟内固定物体没有发生移动，则通知报警系统进行报警，通知工作人员移除固定障碍物。

在自检单元进行（3）的自检时，当agv机器人移动到充电桩进行充电桩进行充电时，基于rn8209d单项电能计量芯片上的电压检测模块，若发现机器人的电量并无增加，且agv机器人的充电操作过程并无问题，且视作gv机器人的蓄电池并没有问题，则是此充电桩充电出现了问题，通知报警系统进行报警，对充电桩进行检修。

在自检单元进行（4）的自检时，当agv机器人选择了充电桩进行充电时，并且成功充电，且充电完成，在完成后agv机器人不能从充电桩上离开，即基于rn8209d单项电能计量芯片上的电压检测模块中有小电压出现，但并不是充电电压时，此种情况认为是充电桩的充电头发生故障，及时通知报警系统进行报警，将agv机器人取出，并对充电桩进行维修。

在本使用新型上提及的自检模块中的电压检测，详细检测方法请参照rn8209d单项电能计量芯片的使用手册中的电源检测模块。

在工作人员使用本系统时，当准备给agv机器人时，分为两种情况，第一种是使用手机进行预约充电充电，第二种为机器人自己预约充电。当使用手机进行充电时，可调整充电的优先级，使得在电量少的时候能够优先充电。使用手机发送预约申请充电信息至充电桩和控制器，预约信息可以包含所选充电桩也可不包含充电桩等待控制器分批。控制器调取最新的agv机器人绘制的地图，确定发送预约充电信息的机器人的位置和agv机器人的电量，计算电量可以支持的行走范围的直径，控制器得到直径范围内的所有充电桩，并且得到充电桩信息，充电桩的基础信息判断充电桩是否可用，充电桩周围的图片信息判断充电桩是否被障碍物遮挡，根据这两方面的信息判断此充电桩是否可用，当充电桩不是由于已经有agv机器人在充电这个原因导致不可用时，报警系统进行报警，使得工作人员到来对不可用的充电桩进行检修。将不可充电桩取去除，选择一个最优解的充电桩，将充电桩的信息发送个agv机器人，并将预约信息同时发送给充电桩，在预约时间前十分钟内，此充电桩将显示不可以用，等待预约充电机器人的到来。

当为第二种情况时，agv机器人发送预约信息，控制器调取最新的agv机器人绘制的地图，确定发送预约充电信息的机器人的位置和agv机器人的电量，计算电量可以支持的行走范围的直径，控制器得到直径范围内的所有充电桩，并且得到充电桩信息，充电桩的基础信息判断充电桩是否可用，充电桩周围的图片信息判断充电桩是否被障碍物遮挡，根据这两方面的信息判断此充电桩是否可用，当充电桩不是由于已经有agv机器人在充电这个原因导致不可用时，报警系统进行报警，使得工作人员到来对不可用的充电桩进行检修。将不可充电桩取去除，选择一个最优解的充电桩，将充电桩的信息发送个agv机器人，并将预约信息同时发送给充电桩，在预约时间前十分钟内，此充电桩将显示不可以用，等待预约充电机器人的到来。

接下来的步骤相同，等待预约充电机器人的到来。当确定好具体的充电桩之后，控制器将最佳行走路线也一起发送给agv机器人，在到达预约时间时，agv机器人到达预约充电桩进行充电，并记录充电电量，一次预约充电行为完成。当充电桩被使用了之后，控制器将充电桩的基础信息更改为不可用，直到充电结束，控制器修改充电桩信息为可用，当充电桩不再有agv机器人来充电时，充电桩进行自检，发现问题及时报警，等待工作人员对充电桩进行检修。

手机预充电和agv机器人自己预约充电的区别在于，手机预约充充电可以选择充电桩，也可不选择充电桩，等到控制器分配；agv机器人预约充电只能等待控制器分配。

可选的，在不进行预约充电时，机器人向控制器发出充电请求，控制器调取最新的agv机器人绘制的地图，确定发送预约充电信息的机器人的位置和agv机器人的电量，计算电量可以支持的行走范围的直径，控制器得到直径范围内的所有充电桩，并且得到充电桩信息，充电桩的基础信息判断充电桩是否可用，当充电桩不是由于已经有agv机器人在充电这个原因导致不可用时，报警系统进行报警，使得工作人员到来对不可用的充电桩进行检修。充电桩周围的图片信息判断充电桩是否被障碍物遮挡，根据这两方面的信息判断此充电桩是否可用，将不可充电桩取去除，选择一个最优解的充电桩，将充电桩的信息发送个agv机器人，充电桩和控制器和agv机器人之间的通信，是建立在lora之上。当确定好具体的充电桩之后，控制器将最佳行走路线也一起发送给agv机器人，agv机器人按照路线行走，到达充电桩进行充电，并记录充电电量。当充电桩被使用了之后，控制器将充电桩的基础信息更改为不可用，直到充电结束，控制器修改充电桩信息为可用，当充电桩不再有agv机器人来充电时，充电桩进行自检，发现问题及时报警，等待工作人员对充电桩进行检修。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。