一种基于物联网云平台的充电桩通信方法和系统与流程

1.本技术涉及智能充电桩领域，特别是涉及一种基于物联网云平台的充电桩通信方法和系统。


背景技术：

2.充电基础设施作为新能源汽车配套的最重要部分，智能充电桩要求能与后台服务器进行交互通信，需要接收后台服务器下发的指令并加以动作和反馈；同时，后台服务器也需要收集充电桩各个模块的实时状态(如充电状态、权限验证、交易状态和环境状态)等信息，在物联网云平台进行统一管理。
3.在相关技术中，当前充电桩普遍采用3g、4g、gprs、wifi等无线通信方式或以太网通信。上述通信方法基于server/client的tcp方式，其根据后台的ip地址和端口号接入到运营平台，能够实现远程通信。但是，上述方法中当网络不稳定，或者大量充电桩同一时间接入运营平台时，后台和充电桩的远程通信会出现丢帧或响应慢的问题。特别是对于一些网络环境受限(如带宽低、网络不稳定等)的充电桩设备，该种通信方法对用户体验造成很大的不利影响。
4.目前针对相关技术中充电桩远程通信方法可靠性差的问题，尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种基于物联网云平台的充电桩通信方法、系统和计算机设备，以至少解决相关技术中充电桩远程通信方法可靠性差的问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种基于物联网云平台的充电桩通信方法，所述方法包括：
7.充电桩与云平台基于mqtt协议完成配对并建立远程通信；
8.所述充电桩发布通讯消息至broker服务器，所述broker服务器确定所述通讯消息对应的目标话题，并将所述通讯消息发布至订阅所述目标话题的mqtt客户端，其中，所述mqtt客户端包括云平台、充电桩和用户终端，所述通讯消息包括同步消息和异步消息；
9.所述充电桩订阅broker服务器中的一个或多个目标话题，接收所述目标话题下的通讯消息并响应其对应的动作指令，其中，所述broker服务器发布的通讯消息获取自所述mqtt客户端。
10.在其中一些实施例中，所述充电桩与云平台基于mqtt协议完成配对并建立远程通信包括：
11.在电子设备上部署broker服务器；
12.在所述云平台中配置所述broker服务器的ip地址和端口，以及所述充电桩的client id，其中，各个充电桩的client id相互独立。
13.在其中一些实施例中，所述充电桩与云平台基于mqtt协议完成配对并建立远程通
信之前，所述方法还包括：
14.所述充电桩获取其在所述云平台上绑定的设备参数，其中，所述设备参数包括设备资产码、设备秘钥和产品秘钥；
15.所述充电桩根据其与所述云平台之间的预设规则，将所述设备参数转换为用于连接所述broker服务器的注册信息，其中，所述注册信息包括用户名、口令和所述client id。
16.在其中一些实施例中，所述方法还包括：
17.所述充电桩实时监测其与所述broker服务器的连接状态，在连接中断的情况下，通过预设策略尝试与所述broker服务器重连；
18.所述broker服务器基于数据缓存功能将当前的通讯消息缓存；
19.在所述充电桩与所述broker服务器重新连接之后，所述broker服务器将缓存的通讯消息发送至订阅目标话题的所述mqtt客户端。
20.在其中一些实施例中，所述方法还包括：
21.所述broker服务器接收所述用户终端发送的通讯消息，确定所述通讯消息对应的目标话题，并将所述通讯消息发布至订阅所述目标话题的充电桩；
22.所述充电桩接收所述通讯消息并响应所述通讯消息对应的动作指令。
23.在其中一些实施例中，所述mqtt客户端的通讯消息被转换为json格式；
24.所述充电桩根据设备运行状态选择性传输所述通讯消息中的协议字段数据。
25.第二方面，本技术实施例提供了一种基于物联网云平台的充电桩通信系统，所述系统包括：充电桩、云平台和broker服务器，其中；
26.所述充电桩和云平台用于基于mqtt协议完成配对并建立远程通信；
27.所述充电桩还用于发布通讯消息至broker服务器、通过所述broker服务器订阅所述云平台发布的通讯消息、以及响应所述通讯消息对应的动作指令；
28.所述云平台还用于通过所述broker服务器发布通讯消息至所述充电桩，以及订阅所述充电桩发布的通讯消息；
29.所述broker服务器用于接收所述mqtt客户端的通讯消息，确定所述通讯消息对应的目标话题，并将所述通讯消息发送至订阅所述目标话题的mqtt客户端，其中，所述mqtt客户端包括云平台、充电桩和用户终端，所述通讯消息包括同步消息和异步消息。
30.在其中一些实施例中，所述充电桩包括人机交互单元、控制单元、计量单元和安全防护单元，其中；
31.所述人机交互单元包括：桩体lcd触摸屏、读卡模块和充电接口，用于获取并响应用户的现场交互指令；
32.所述控制单元包括：主监控单元和辅助模块，用于监控所述充电桩各单元工作状态以及处理人工操作信号；
33.所述计量单元用于获取当前充电桩的储能情况；所述安全防护单元用于所述充电桩的安全防护。
34.第三方面，本技术实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面中任一项所述的一种基于物联网云平台的充电桩通信方法。
35.第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程
序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如第一方面中任一项所述的基于物联网云平台的充电桩通信方法。
36.相比于相关技术，本技术实施例提供的基于物联网云平台的充电桩通信方法，基于mqtt协议，通过broker服务器作为中间人进行充电桩与云平台之间的通信，充电桩与云平台之间并不直接通信，从而解耦了发布者与订阅者，提升了响应速度，特别适合于受限环境(如带宽低、网络延迟高、网络通信不稳定)下充电桩的远程通信。同时，由于broker服务器具有缓存功能，在充电桩连接中断后重新连接时，其可以直接将缓存的消息至订阅用户，从而可以减少通信过程中出现的丢帧情况，提升了可靠性。
附图说明
37.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
38.图1是根据本技术实施例的一种基于物联网云平台的充电桩通信方法的应用环境示意图；
39.图2是根据本技术实施例的一种基于物联网云平台的充电桩通信方法的流程图；
40.图3是根据本技术实施例的不同类型的客户端基于broker服务器实现数据交互的示意图；
41.图4是根据本技术实施例的基于物联网云平台的充电桩通信系统的结构框图；
42.图5是根据本技术实施例的充电桩的示意图；
43.图6是根据本技术实施例的充电桩的通信流程图；
44.图7是根据本技术实施例的电子设备的内部结构示意图。
具体实施方式
45.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
47.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
48.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领
域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
49.本技术实施例提供的一种基于物联网云平台的充电桩通信方法，可以应用在如图1所示的应用环境中，图1是根据本技术实施例的一种基于物联网云平台的充电桩通信方法的应用环境示意图，如图1所示，充电桩10设置在居民小区或写字楼等车流量较大的位置，充电桩10需要与云平台11进行正常交互通信，能接收云平台11下发的指令并加以动作和反馈，以及收集其各个模块的实时状态，如充电状态、权限验证、交易状态、环境状态等，并将这些信息存储并转发到云平台11。人员可以通过刷卡、触控操作和移动终端等方式操作充电桩10对车辆或其他设备充电。进一步的，充电桩10与云平台11的交互通信基于mqtt协议实现，两者发送的消息可以经由broker服务实现转发。本实施例中，采用基于mqtt协议的通信方法，将充电桩10与云平台11在通信过程中的发布与订阅解耦，提升了响应速度。
50.图2是根据本技术实施例的一种基于物联网云平台的充电桩通信方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
51.s201，充电桩与云平台基于mqtt协议完成配对并建立远程通信；
52.其中，mqtt(消息队列遥测传输)协议是一个基于客户端-消息中间件-服务器的消息发布/订阅传输协议，其具有轻量化、简单、开放等特点。在本实施例中，通过broker服务器做为mqtt协议中的“消息中间件”，充电桩与云平台之间并不直接通讯，而是通过broker服务器负责充电桩与云平台之间的消息发布/订阅。
53.进一步的，broker服务器与充电桩和云平台的配对过程可以在pc设备中安装的软件应用中实现。注册完成并运行后，即在充电桩与broker服务器之间建立了远程连接通信。
54.s202，充电桩发布通讯消息至broker服务器，broker服务器接收通讯消息并确定其对应的目标话题，并将通讯消息发布至订阅目标话题的mqtt客户端，其中，mqtt客户端包括云平台、充电桩和用户终端，通讯消息包括同步消息和异步消息；
55.上述实施例中，充电桩与云平台之间采用pub/sub(发布/订阅)的通信方式，具体的，包括异步通信方式和同步通信方式，其中，异步通信采用通用的mqtt通讯模式实现，同步通信则通过rrpc方式实现。该同步通信方式即发送方发出数据后，不必等接收方发回响应，继续发送下个数据包的通讯方式，如发邮件。而异步通信是发送方发出数据后，需等待接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式，如打电话。
56.其中，充电桩发布的通讯消息可以是自身的运行状态信息和告警日志等。
57.需要说明的是，broker负责维护多个话题(topic)，在一个话题下，包含有发布和
订阅该话题的用户列表。本实施例中，当异步消息被broker接收后，其会根据异步消息的id等属性信息确定对应的目标话题，并查询该目标话题下的订阅用户；之后就将消息转发至所有订阅了该话题的充电桩设备或者云平台。由于该发布/订阅机制，充电桩与云平台之间的交互解耦，因此，可以满足在数据量较大的情况下依旧保持响应速度。
58.s203，充电桩订阅broker服务器中的一个或多个目标话题，接收目标话题下的通讯消息并响应其对应的动作指令，其中，broker服务器发布的通讯消息获取自mqtt客户端。
59.通过该种通信方式，特别适合于受限环境(如带宽低、网络延迟高、网络通信不稳定)下充电桩的远程通信。
60.通过上述步骤s201至s203，相比较于相关技术中采用3g、4g、gprs、wifi等server/client的tcp充电桩通信方式，本技术基于mqtt实现充电桩与云平台的远程通信，由broker作为中间人处理消息的转发和订阅，云平台或各个充电桩无需知道对方的ip地址和端口，通过broker即可实现消息的转发和接收。由于broker解耦了发布者和订阅者，因此，在云平台数据接入量较大，如同一时间大量充电桩接入运营平台时，提升了响应速度。
61.在其中一些实施例中，充电桩与云平台远程交互的具体实现步骤包括：
62.首先，充电桩获取其在云平台上绑定的设备参数，其中，充电桩获取设备参数可以是用户在充电桩lcd触摸屏上通过交互动作配置的信息，该信息反映为每个充电桩在云平台上绑定的设备三元组参数，具体包括：设备资产码、设备秘钥和产品秘钥。
63.进一步的，充电桩根据其与云平台之间的预设规则，将设备参数转换为用于连接broker服务器的注册信息，其中，注册信息包括用户名、口令和client id。其中，充电桩和云平台之间的预设规则取决于由具体的充电桩和云平台，应用的云平台不同，则预设规则也不同，因此，本实施例中对此不作具体限定。
64.另外，各个充电桩设备加载mqtt通讯协议的代码之后即可视为mqtt客户端。
65.在其中一些实施例中，充电桩与云平台远程交互的具体实现步骤还包括：
66.在电子设备上部署broker服务器，例如，可以在电子设备(如pc电脑)上安装broker插件，此后，该pc电脑即可以作为broker服务器提供中间人服务；
67.进一步的，在云平台中配置broker服务器的ip地址和端口，以及充电桩的client id，其中，各个充电桩的client id相互独立，该clientid即充电桩的客户端id，其由充电桩与云平台的关联规则确定，例如，某个充电桩的client id为vbgf110101101000000845。另外，需要说明的是，同时需配置的信息还包括充电桩的用户名和口令，可选的，该口令由云平台的token工具生成。
68.在其中一些实施例中，充电桩实时监测其与broker服务器的连接状态，在连接中断的情况下，通过预设策略尝试与broker服务器重连；同时，broker服务器基于数据缓存功能将当前的通讯消息缓存；
69.在充电桩与broker服务器重新连接之后，broker服务器可以直接将缓存的通讯消息发送至订阅目标话题的mqtt客户端，从而可以减少通信过程中出现的丢帧情况，提升了可靠性。
70.在其中一些实施例中，常规mqtt协议基于pub/sub的异步通信方式，其不适用与服务端同步控制设备端返回结果的场景。本实施例中，除可以满足常见的异步通信需求之外，同时，考虑到一些需要同步通信的场景，本技术实施例通过rrpc模式实现充电桩与平台的
同步通信。
71.在其中一些实施例中，除了云平台和充电桩之外，本技术实施例还可以接入其他客户端，如用户的移动终端。而在移动终端中，则可以通过手机app、小程序和web端等实现交互信息的输出。图3是根据本技术实施例的不同类型的客户端基于broker服务器实现数据交互的示意图，如图3所示，broker除可以满足充电桩与云平台之间的发布/订阅之外，也可以实现用户终端的发布/订阅。
72.进一步的，用户可以通过移动终端上安装的app发送操作指令，该操作指令被broker服务器接收并转发至订阅了topic的目标充电桩。充电桩即执行该消息对应的动作指令，例如开始充电，充电计费和检测剩余电量等。
73.通过上述实施例，用户不仅可以在现场通过人工交互动作(如触控lcd显示屏、刷卡等)，还可以通过移动终端进行远程操作，极大的方便了用户的使用体验，例如，在办公室工作时，发现车库中车辆的电量较低时，通过手机app操控充电桩对车辆充电。
74.在其中一些实施例中，为了提升通信方式的可扩展性，本实施例中各客户端发送的消息将被转换为json格式的文本描述。由于json格式采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据，易于阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。
75.将消息数据转换为json格式之后，应用消息可以被分为消息头和消息内容。可选的，充电桩的不同运行状态对应不同种类的消息头，而不同消息头又可对应不同的消息内容。因此，本技术可以根据充电桩的运行状态选择性传输消息中的协议字段数据，从而提升方便通信协议升级，提升兼容性。
76.需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
77.本实施例还提供了一种基于物联网云平台的充电桩通信系统，该系统用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
78.图4是根据本技术实施例的基于物联网云平台的充电桩通信系统的结构框图，如图4所示，该系统包括：broker服务器41、充电桩40和云平台42，其中；
79.充电桩40个云平台42用于基于mqtt协议完成配对并建立远程通信；
80.充电桩40还用于发布通讯消息至broker服务器41、通过broker服务器订阅云平台42发布的通讯消息、以及响应通讯消息对应的动作指令；
81.云平台42还用于通过broker服务器41发布通讯消息至充电桩40，以及订阅充电桩40发布的通讯消息；
82.broker服务器41用于接收mqtt客户端的通讯消息，确定通讯消息对应的目标话题，并将通讯消息发送至订阅目标话题的mqtt客户端，mqtt客户端包括云平台42、充电桩40和用户终端，通讯消息包括同步消息和异步消息。
83.在其中一些实施例中，图5是根据本技术实施例的充电桩的示意图，如图5所示，该充电桩40包括人机交互单元、控制单元、计量单元和安全防护单元，其中，
84.人机交互单元包括：桩体lcd触摸屏、读卡模块和充电接口，用于获取并响应用户
的现场交互指令；
85.控制单元包括：主监控单元和辅助模块，用于监控所述充电桩各单元工作状态，例如，环境监控；以及处理人工操作信号，可选的，包括账单处理和告警处理等；
86.计量单元用于获取当前充电桩的储能情况，其可以是电能表；安全防护单元用于充电桩的安全防护，其可以是常见的绝缘装置等。
87.另外，该充电桩还包括通信模块，其提供有mqtt协议接口和httpd服务器接口，用于接入云平台和web端。
88.图6是根据本技术实施例的充电桩的通信流程图，如图6所示，该充电桩40在第一线程代码程序中实时监测与broker服务器的连接装态，在监测到连接中断时，会根据预设策略尝试与broker服务器41重连，同时，将通讯消息缓存。在充电桩40与broker服务器41重新连接之后，再将缓存的通讯消息发布。
89.另一方面，在充电桩40的第二线程代码程序中，负责发送和处理及发送通讯消息，其中，充电桩40从订阅的主题下获取数据，可选的，可以通过rrpc同步方式接收消息，也可以通过sub异步方式接收消息，进一步的，充电桩响应该通讯消息对应的动作，例如，打开电子锁对车辆充电、检测当前剩余电量并上报等；同时，充电桩40根据具体的业务功能将数据组帧以生成通讯消息，并进一步的通过mqtt协议的接口，按照rrpc同步方式或pub异步方式将通讯消息发布至目标主题。
90.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于物联网云平台的充电桩通信系统。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
91.在一个实施例中，图7是根据本技术实施例的电子设备的内部结构示意图，如图7所示，提供了一种电子设备，该电子设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该电子设备包括通过内部总线连接的处理器、网络接口、内存储器和非易失性存储器，其中，该非易失性存储器存储有操作系统、计算机程序和数据库。处理器用于提供计算和控制能力，网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信，内存储器用于为操作系统和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器执行时以实现一种基于物联网云平台的充电桩通信系统，数据库用于存储数据。
92.本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
93.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申
请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
94.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。