一种为共享充电宝充电的充电机柜的制作方法

1.本发明涉及充电柜领域，具体是一种为共享充电宝充电的充电机柜。


背景技术：

2.随着移动终端在人群的广泛和快速的普及，以及移动终端耗电量不断增加，用户有着在各种场合随时充电的需求，使得市场上通过共享充电柜租借共享充电宝的生意火爆，用于用户在没有携带充电宝的情况下，租用共享充电宝对移动终端进行充电
3.目前市面主流的共享充电宝，没有配制专用的用于对电池进行充电的usb
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a或者usb
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c口，而是采用特定的金属触点替代这些接口，当共享充电宝的电池耗尽，或者需要充电的时候，归还到充电机柜当中，通过共享充电宝的金属触点与充电机柜的金属顶针配合进行充电。另外共享充电宝作为一种公共共享资源，放置在公共场所的共享充电柜里面，对共享充电宝的安全和用户体验问题，尤为关注，共享充电宝的运营，需要监管到共享充电宝产品本身关于充电电池的使用寿命(电池的使用的循环次数)，电池的充电状态 (充电电流，充电电压，当前温度)，电池当前的老化容量等等，以及监控充电宝是否处于租借状态，因此当共享充电宝插入充电机柜的时候，需要对共享充电宝的各种状态，进行数据采集以及对充电宝的进行一些控制(比如在异常状态下，或者没有走正常支付的流程状态，关闭充电输出口，以防产品被从机柜盗走使用0等等)，也是通过共享充电宝金属触点与机柜进行数据的交互或者通信。
4.为了实现通过金属触点和共享充电宝进行能量和数据的交互，充电柜一般在特定位置设置有与金属触点匹配的金属顶针，用户归还共享充电宝到机柜后，金属顶针与和共享充电宝的的金属触点进行接触，实现对共享充电宝进行充电和数据交互。
5.随着使用频次的增多，金属顶针和金属触点会出现磨损，另一方面，用户由于不自觉的触摸到金属触点的习惯，会让手上的汗液会残留在触点上，长时间会导致触点腐蚀，从而导致充电宝与机柜的通讯和充电不良，导致共享充电宝无法正常被充电或者用户无法租借到正常的共享充电宝，导致共享充电宝以及充电柜的维修成本增加，带来很不好的用户体验。
6.另外一方面，用户在归还充电宝过程中，不免由于归还习惯不好，以及使用方式不对的原因，容易导致充电柜金属顶针出现故障，导致共享充电宝进入共享充电柜之后，共享充电柜没有办法识别充电宝，一方面没有办法正常对共享充电进行充电，另外一方面导致后台没有办法正确处理用户已经归还共享充电宝的动作，需要共享充电宝的厂家进行人工的检查和拿出充电宝，进行维修和处理，产品使用和维护成本也很高。
7.为了避免这些问题的发生，共享充电宝厂商一般通过加强金属触点和金属顶针的工艺，比如金属触点和金属顶针镀金处理，提高抗氧化能力；金属顶针加固，加厚镀金层等等，但这些措施只是减少发生问题的概率，在增加了成本同事，没有办法根本解决此问题。
8.除此之外，共享充电宝由于使用频次高，在归还到充电机柜的时候，需要满足快速被充电，金属触点往往需要支持通过大电流的能力，以及用户归还充电宝到充电柜的时候，
考虑到用户归还的随意性，要求正反插入归还共享充电宝，充电机柜都能识别，往往需要对称设置金属触点的功能，比如6 个触点，8个触点或者2n个触点，这些触点大部分是用来用于充电功能，一部分用于数据通信功能；触点成倍增加，充电机柜的金属顶针也会成本增加，为了减少因为触点和顶针的异常故障，通过镀金或者加固手段，成本又要增加一倍。
9.可见找到一种办法，解决机柜和充电宝的充电和数据通信问题，又要尽可能减少后端维护成本，成为共享充电宝行业的当务之急。
10.随着无线充电技术的发展，无线快充在手机等移动终端的普及，无线充电应用成本在大幅降低，并且随着无线充电技术和标准的发展，无线充电技术能满足能量传输的同时，还能进行一些数据的交互，比如；国际无线充电联盟(wpc)制定的qi协议无线充电系统的发射器和接收器，在实现无线充电的同时，采用负载调制(ask)和频率调制技术(fsk通信，通过传能线圈进行通信和数据传输；进一步，从无线充电接收端(rx端)到无线充电发射端(tx 端)通信为ask方式，从tx端到rx端通信为fsk通信；因此，可以考虑采用无线充电技术对当前的共享充电宝的充电机柜进行改造。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于提供一种为共享充电宝充电的充电机柜，以解决上述背景技术中提出的金属触点带来的一系列问题。
12.本发明的技术方案是：包括用于容纳充电宝的充电盒、充电盒控制电路板、机柜电源电路板和机柜主控电路板，在充电盒内设置有无线充电发射线圈模组。
13.优选的，所述无线充电发射线圈模组铺设在充电盒外壳的顶部和底部。
14.充电盒控制电路板通过一路单独的串口通道和机柜主控电路板进行通信；充电盒控制电路板实现对共享充电宝进出充电盒的控制，包括：
15.通过共享充电宝到位侦测开关侦测充电宝是否插入到位，如果侦测没有到位，就会产生一个报警信号，充电盒主控电路板采集该信号后，会通过串口同步给充电柜主控电路板，上传到服务器端，提示有异常；
16.通过卡扣到位侦测开关侦测通道的卡扣是否卡到位，是否卡住了共享充电宝；如果侦测没有到位，同样会产生报警信号，上传到服务器端，与到位侦测开关的信号一起进行分析，用于判断异常原因，比如共享充电宝是否已经被盗用，机器是否出现故障，需要维修；
17.通过弹出到位侦测开关，在借出共享充电宝时，用于侦测共享充电宝弹出是否到位，如果没有此开关，则当共享充电宝到位侦测开关侦测不到共享充电宝时认为共享充电宝已经弹出到位；
18.通过面板led显示，归还时指示那个充电盒可以归还；借出时，当共享充电宝弹出后，用于指示用户取走此通道的共享充电宝；
19.充电盒控制电路板还实现无线充电控制功能，包括：
20.实现qi协议的无线充电功能，对进入充电盒的共享充电宝进行正常的无线充电，比如实现15w的无线充电；
21.实现与共享充电宝的无线信息交互；一方面负责将接收到以qi协议扩展专用数据包形式的共享充电宝的状态信息,进行解码和处理之后，上传给充电机柜的通信模块，另外一方面把充电机柜从服务器端获取到的控制命令进行处理，成为qi协议通讯里面的不影响
正常qi协议通讯的扩展专用数据包，以fsk的方式，发送给共享充电宝；
22.机柜电源电路板为充电盒控制电路板以及机柜主控板进行电源输入，将市电转换为充电盒控制电路板以及机柜主控板需要的电压和电流；
23.机柜主控电路板包括通信串口、通讯模块、外挂flash和主控mcu，其中，通信串口子模块用于和充电盒控制电路板进行通讯，完成数据交互；通讯模块用于与云端服务器的通讯；外挂flash用于存储控制程序；mcu的功能包括：
24.通过串口，将充电盒控制板的信息进行采集处理，通过通讯模块发给云端服务器，或者将云端服务器的指令通过通讯模块，以串口数据的形式发送给充电盒控制板，对充电盒或者共享充电宝进行控制；
25.用户按归还按钮的时候，主控mcu选择某个空置的充电盒，通过串口给充电盒控制板发送打开该充电盒对应的led指示灯的指令，通过led指示灯提醒用户归还到该充电盒。
26.进一步地，包括外壳，所述外壳的一侧通过螺栓安装有前盖，所述外壳的另一侧安装有后盖，所述前盖的一侧设置有若干充电盒，所述外壳的内部安装有机柜主控电路板，所述充电盒的后面安装有充电盒控制电路板，所述后盖的一侧设置有机柜电源电路板。
27.进一步地，无线充电发射线圈模组，采用qi标准无线充电发射线圈，包括线圈、铁氧体和热敏电阻。
28.进一步地，所述充电盒的内部设置有卡扣和电机。
29.进一步地，所述充电盒的内部开有卡位开关孔和侦测到位开关孔。
30.进一步地，所述前盖的一侧粘贴有两个二维码，所述前盖的一侧安装有归还按钮。
31.进一步地，所述前盖的一侧设置有若干指示灯，且若干指示灯与若干充电盒相对应。
32.进一步地，所述充电盒控制电路板的后面设有风扇。
33.进一步地，所述外壳的内部安装有隔板，所述机柜主控电路板安装在隔板的顶部。
34.进一步地，所述外壳的一侧开有若干散热孔，所述外壳的底部通过螺栓安装有脚垫。
35.本发明与现有技术相比，其有益效果在于，本发明通过将qi标准的无线充电发射模块和接收端模块植入充电机柜中，取代传统的金属触点以及金属顶针的有线方式，采用无线的方式进行充电与通信，省掉了共享充电柜的金属顶针，大大降低了共享充电宝以及充电机柜的使用故障以及后续维护成本。
36.充电机柜里面的充电盒的控制，采用分组形式，一个充电盒控制电路板，控制固定的若干个充电盒，多个充电盒控制电路板控制机柜里面的所有充电盒；每个充电盒控制电路板和机柜的主控电路板采用独立的串口进行通讯，每个串口通讯相互之间不受影响，可以防止其中1个充电盒控制电路板出现通讯故障，导致其他的充电盒控制电路板和机柜的控制电路板的通讯受到影响，从设计角度上，可以避免一台共享充电宝或者充电盒出现通讯故障，导致整个机柜出现故障，不能使用的问题。
附图说明
37.下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
38.图1是本发明的主视结构示意图；
39.图2是本发明的内部结构示意图；
40.图3是本发明的后盖结构示意图；
41.图4是本发明的充电盒侧视结构示意图；
42.图5是本发明的充电盒俯视示意图；
43.图6是本发明的充电盒后视示意图；
44.图7是本发明的机柜主控电路板连接示意图；
45.图8是本发明的机柜主控电路板示意图。
46.附图标记说明：
47.1外壳、2前盖、3充电盒、4指示灯、5脚垫、6隔板、7机柜主控电路板、 8充电盒控制电路板、9散热扇、10后盖、11二维码、12机柜电源电路板、13 散热孔、14无线充电发射模块、15卡扣、16电机、17卡位开关孔、18侦测到位开关孔、19归还按钮。
具体实施方式
48.下面将结合附图1至图8对本发明进行详细说明，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。
49.本发明通过改进在此提供一种为共享充电宝充电的充电机柜，如图1
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图 8所示，包括用于容纳充电宝的充电盒、充电盒控制电路板、机柜电源电路板和机柜主控电路板；
50.充电盒外壳的顶部和底部都铺设有无线充电发射线圈模组；
51.充电盒控制电路板通过一路单独的串口通道和机柜主控电路板进行通信；充电盒控制电路板实现对共享充电宝进出充电盒的控制，包括：
52.通过共享充电宝到位侦测开关侦测充电宝是否插入到位，如果侦测没有到位，就会产生一个报警信号，充电盒主控电路板采集该信号后，会通过串口同步给充电柜主控电路板，上传到服务器端，提示有异常；
53.通过卡扣到位侦测开关侦测通道的卡扣是否卡到位，是否卡住了共享充电宝；如果侦测没有到位，同样会产生报警信号，上传到服务器端，与到位侦测开关的信号一起进行分析，用于判断异常原因，比如共享充电宝是否已经被盗用，机器是否出现故障，需要维修；
54.通过弹出到位侦测开关，在借出共享充电宝时，用于侦测共享充电宝弹出是否到位，如果没有此开关，则当共享充电宝到位侦测开关侦测不到共享充电宝时认为共享充电宝已经弹出到位；
55.通过面板led显示，归还时指示那个充电盒可以归还；借出时，当共享充电宝弹出后，用于指示用户取走此通道的共享充电宝；
56.充电盒控制电路板还实现无线充电控制功能，包括：
57.实现qi协议的无线充电功能，对进入充电盒的共享充电宝进行正常的无线充电，比如实现15w的无线充电；
58.实现与共享充电宝的无线信息交互；一方面负责将接收到以qi协议扩展专用数据包形式的共享充电宝的状态信息,进行解码和处理之后，上传给充电机柜的通信模块，另外一方面把充电机柜从服务器端获取到的控制命令进行处理，成为qi协议通讯里面的不影响
正常qi协议通讯的扩展专用数据包，以fsk的方式，发送给共享充电宝；
59.机柜电源电路板为充电盒控制电路板以及机柜主控板进行电源输入，将市电转换为充电盒控制电路板以及机柜主控板需要的电压和电流；
60.机柜主控电路板包括通信串口、通讯模块、外挂flash和主控mcu，其中，通信串口子模块用于和充电盒控制电路板进行通讯，完成数据交互；通讯模块用于与云端服务器的通讯；外挂flash用于存储控制程序；mcu的功能包括：
61.通过串口，将充电盒控制板的信息进行采集处理，通过通讯模块发给云端服务器，或者将云端服务器的指令通过通讯模块，以串口数据的形式发送给充电盒控制板，对充电盒或者共享充电宝进行控制；
62.用户按归还按钮的时候，主控mcu选择某个空置的充电盒，通过串口给充电盒控制板发送打开该充电盒对应的led指示灯的指令，通过led指示灯提醒用户归还到该充电盒。
63.进一步地，包括外壳1，外壳1的一侧通过螺栓安装有前盖2，外壳1的另一侧安装有后盖10，前盖2的一侧设置有若干充电盒3，外壳1的内部安装有机柜主控电路板7，充电盒3的后面安装有充电盒控制电路板8，后盖10 的一侧设置有机柜电源电路板12。
64.进一步地，无线充电发射线圈模组，采用qi标准无线充电发射线圈，包括线圈、铁氧体和热敏电阻。
65.进一步地，充电盒3的内部设置有卡扣15和电机16。
66.进一步地，充电盒3的内部开有卡位开关孔17和侦测到位开关孔18。
67.进一步地，前盖2的一侧粘贴有两个二维码11，前盖2的一侧安装有归还按钮19。
68.进一步地，前盖2的一侧设置有若干指示灯4，且若干指示灯4与若干充电盒3相对应。
69.进一步地，充电盒控制电路板的后面设有风扇。
70.进一步地，外壳1的内部安装有隔板6，机柜主控电路板7安装在隔板6 的顶部。
71.进一步地，外壳1的一侧开有若干散热孔13，外壳1的底部通过螺栓安装有脚垫5。
72.工作原理：充电盒控制电路板8放置在充电盒3的后面，一般情况下，电机16的充电控制电路板，对称的设置为2组或者4组，每组控制若干个充电盒3，比如电机16有12个充电盒3，我们设置为4组充电盒控制电路板8，每组控制3 个充电盒3；每个充电盒控制电路板8通过一路单独的串口通道和机柜主控电路板7进行通信该控制；通过分组的方式，可以减少电机16的通讯故障风险，如果其中一组充电盒控制电路板8出现故障，导致充电该组充电宝无法使用，另一组充电盒控制电路板8和机柜的主控电路板通讯不至于受到影响，用户还可以正常使用电机16，从另外一组的充电盒3里面进行租借或者归还充电宝；充电盒控制电路板8的后面放置有散热风扇9，用于给充电盒控制电路板8以及充电盒3进行散热；机柜电源电路板12放置在机柜的后盖10部位，主要提供充电盒控制电路板8以及机柜主控板进行电源输入，将市电转换为充电盒控制电路板8以及机柜主控板需要的电压和电流；
73.充电盒控制电路板8主要实现两方面的功能，功能一，共享充电宝进出充电盒3的控制，功能二，无线充电控制功能。共享充电宝进出充电盒3的控制，主要包括以下四方面的控制：1)共享充电宝到位侦测开关:用来侦测充电宝是否插入到位，如果侦测没有到位，就会产生一个报警信号，充电盒控制电路板8采集该信号后，会通过串口同步给充电柜主控电路板，上传到服务器端，提示有异常。2)卡扣15到位侦测开关：用来侦测通道的卡扣15是否
卡到位，是否卡住了共享充电宝。如果侦测没有到位，同样会产生报警信号，上传到服务器端，与到位侦测开关的信号一起进行分析，用于判断异常原因，比如共享充电宝是否已经被盗用，机器是否出现故障，需要维修等。3)弹出到位侦测开关：可选项，借出共享充电宝时，用于侦测共享充电宝弹出是否到位，如果没有此开关，则当共享充电宝到位侦测开关侦测不到共享充电宝时认为共享充电宝已经弹出到位。4)面板led显示：归还时用于指示那个充电盒3可以归还。借出时，当共享充电宝弹出后，用于指示用户取走此通道的共享充电宝。其中1)，2)，3)这三个方面的控制，主要通过充电盒控制电路板8 上位移开关(传感器)来进行实现，充电盒控制电路板8位移开关和充电盒3 的上面的卡位开关孔17，侦测到位开关孔18一一对应安装，来实现1)和2) 的功能。
74.无线充电控制功能主要实现以下两方面的功能：1、实现qi协议的无线充电功能，对进入充电盒3的共享充电宝进行正常的无线充电，比如实现15w 的无线充电；2、实现与共享充电宝的无线信息交互；一方面负责将接收到以qi协议扩展专用数据包形式的共享充电宝的状态信息，进行解码和处理之后，上传给电机16的通信模块，另外一方面把电机16从服务器端获取到的控制命令进行处理，成为qi协议通讯里面的不影响正常qi协议通讯的扩展专用数据包，以fsk的方式，发送给共享充电宝；比如获取共享充电宝的状态信息：电芯电量百分比(1个字节无符号数)，电芯电流(2个字节有符号数)，电芯电压(2个字节无符号数)，电芯温度(1个字节有符号数)，电芯循环次数(2个字节无符号数)，满充容量(fcc值，2个字节无符号数)，充电宝输出电流最大值(2个字节无符号数)，充电宝输出禁用状态(1个字节无符号数)，充电宝编号(20个字节)，充电宝故障代码(2个字节无符号数)，其它信息(20个字节)；给共享充电宝发送指令：解除共享充电宝输出限制，打开输出限制。通信串口子模块，主要用来和充电盒控制电路板8 进行通讯，完成数据交互；通讯子模块，可以采用4g或者5g模块，这里暂定为4g模块，主要实现与云端服务器的通讯，外观flash子模块，用于存储控制程序；主控mcu完成对各子模块的协调控制，并且和风扇9和归还按钮 19进行连接，用来实现以下功能：(1)通过串口，将充电盒控制电路板8的信息进行采集处理，通过4g通讯模块发给云端服务器，或者将云端服务器的指令通过4g通讯模块，以串口数据的形式发送给充电盒3的控制板，对充电盒3或者共享充电宝进行控制；(2)通过4g通讯模块，从服务器端下载最新主控控制程序(包括4g通讯模块的程序)，写入flash中，然后根据实际需要，实现机柜的远程升级；(3)用户按归还按钮19的时候，主控mcu选择某个空置的充电盒3，通过串口给充电盒控制电路板8发送打开该充电盒3对应的led指示灯4的指令，通过led指示灯4提醒用户归还到该充电盒3； (4)通过串口采集到的电芯温度或者充电盒3无线充电发射端温度过高的时候，开启机柜后面的风扇9，进行散热处理，当温度降低下来之后，停止风扇9；实际操作过程中，我们可以选择32位arm内核的stm32f103rct6；充电盒3主要包括电机16，卡扣15，侦测到位开关孔18，卡位开关孔17无线充电发射线圈模组，以下是充电盒3的结构示意图；充电盒3外壳1的上下两部分都铺设有无线充电发射线圈模组，用户随意将共享充电宝插入进入电机 16的抽屉，都可以实现充电和数据交互的功能；无线充电发射线圈模组，采用qi标准无线充电发射线圈，比如单线圈mp
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a11a，包括线圈以及铁氧体， ntc(热敏电阻)，其中ntc主要用来检测线圈表面的温度，如果温度过高，触发充电控制电路板的无线充电过温保护功能，降低无线充充电发射功率或者暂时关断无线充电功能，知道温度恢复正常，重新启动无线充电或者提升无线充电功率。充电盒3外壳1的上下部位对应有对称的2个
卡扣15，可以与共享充电宝的定位孔进行1对1的匹配，电机16放置在充电盒3的底部，并且在底部有两个开孔，一个卡位开关孔17，一个侦测到位开光孔，这两个开孔分别与充电控制盒电路板上的位移开关(传感器)一一对应。通过对电机 16的控制，与对应的结构匹配，形成电磁阀，共享充电宝插进充电盒3后，通过充电盒3卡扣15和充电宝的定位孔的匹配，锁住充电宝，借出时，通过对电机16控制，错位卡扣15和定位孔的位置，对充电宝进行解锁，再通过弹簧机构把充电宝平缓退出。
75.本发明的充电机柜内置若干充电盒，充电盒上下面各集成有一块qi标准的无线充电发射线圈模组，用户随意将共享充电宝插入进入充电机柜的充电盒，都可以实现充电和数据交互的功能。
76.共享充电宝和充电机柜之间进行数据的交互，采用国际无线充电联盟 (wpc)的qi标准协议，充电宝的基本状态信息(编号、电芯温度、电芯电流值，电芯电压，电芯循环次数，电芯老化容量，充电故障代码)以及机柜发送给共享充电宝的控制命令(比如禁用充电宝的有线或者无线的输出功能指令)，符合qi协议扩展专用数据包要求，不影响正常的qi协议通讯。再进一步说，共享充电宝和充电机柜的数据交互，从共享充电宝到充电机柜的通信为ask方式，从充电机柜到共享充电宝的通信为fsk通信。
77.充电机柜里面的充电盒的控制，采用分组形式，一个充电盒控制电路板，控制固定的若干个充电盒，多个充电盒控制电路板控制机柜里面的所有充电盒；每个充电盒控制电路板和机柜的主控电路板采用独立的串口进行通讯，每个串口通讯相互之间不受影响；充电机柜内置若干风扇，风扇会自适应的根据插入共享充电宝的电芯温度或者充电盒无线充电线圈的温度启动或者关断。
78.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。