甘露 張愫恒 林鎣珊 羅晶心

摘要：針對(duì)燃油車輛占用充電樁車位的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于智能技術(shù)的分布式車位鎖，通過(guò)車牌識(shí)別、車輛感應(yīng)、車位鎖監(jiān)控等功能，避免燃油車輛占用充電樁車位，提高了充電站管理水平，提升了新能源汽車用戶的充電使用體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：分布式車位鎖;智能技術(shù);充電站

0 引言

近年來(lái)隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展，新能源汽車進(jìn)入了高速發(fā)展階段，與此同時(shí)，充電站、充電樁等新能源汽車的配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐也不斷加快。相關(guān)調(diào)查顯示，2019年我國(guó)新能源汽車的充電樁保有量已經(jīng)達(dá)到108萬(wàn)臺(tái)。但是，在充電站實(shí)際使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)燃油車輛占用充電樁車位的情況，導(dǎo)致電動(dòng)汽車無(wú)法使用充電樁，對(duì)充電站的日常管理以及大眾的使用體驗(yàn)造成了不良影響。

1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1.1 ? ?項(xiàng)目概況

隨著新能源汽車的迅速發(fā)展，我國(guó)電動(dòng)汽車充電站不斷增多，如何對(duì)充電站進(jìn)行高效管理已經(jīng)成為新能源汽車發(fā)展中亟待解決的一個(gè)問(wèn)題[1]。鑒于充電站自身管理問(wèn)題以及大眾觀念問(wèn)題，當(dāng)前經(jīng)常出現(xiàn)燃油車輛占用充電樁的情況，對(duì)于電動(dòng)汽車的正常充電產(chǎn)生不利影響，也影響到充電站的日常管理[2]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)旨在解決充電站專用車位被燃油車輛占用的問(wèn)題，引入智能技術(shù)，設(shè)計(jì)出了一種適用于電動(dòng)汽車充電站的分布式車位鎖管理系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的分布式車位鎖系統(tǒng)能夠有效區(qū)分新能源汽車和燃油車，實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別、車位鎖監(jiān)控、車位鎖升降、車位鎖升降遙控、車輛檢測(cè)功能，車牌識(shí)別率達(dá)到99%，響應(yīng)時(shí)間為200 ms，工作環(huán)境溫度為-25～70 ℃，工作環(huán)境濕度<90%，防水性能達(dá)到IP67，系統(tǒng)金屬部件擁有防銹（防氧化）保護(hù)，系統(tǒng)電路擁有三防保護(hù)（防潮濕、防霉變、防鹽霧），抗壓性能為8 t，防撞性能為正反45°鎖死。

1.2 ? ?功能要求

根據(jù)充電站管理需求，本次設(shè)計(jì)的分布式車位鎖需要實(shí)現(xiàn)以下5項(xiàng)功能：

（1）車牌識(shí)別：車牌識(shí)別模塊安裝在停車位的充電樁側(cè)，正對(duì)整個(gè)停車位，其車牌識(shí)別區(qū)域設(shè)置為停車位。車輛進(jìn)入識(shí)別區(qū)域，車牌識(shí)別攝像機(jī)檢測(cè)到車輛，拍照識(shí)別出車輛信息，上報(bào)給車位鎖監(jiān)控單元。車位鎖監(jiān)控單元判斷并存儲(chǔ)車牌信息：1）如果來(lái)車是新能源車或者白名單車輛并且有可用車位，則執(zhí)行開鎖;2）如果來(lái)車是燃油車輛或者黑名單車輛，則不執(zhí)行開鎖命令并告警指示。

（2）車位鎖監(jiān)控：車位鎖監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控站內(nèi)車牌，識(shí)別攝像頭識(shí)別信息、車位鎖狀態(tài)信息和車位內(nèi)車輛狀態(tài)信息。車位鎖監(jiān)控檢測(cè)到準(zhǔn)入車輛，控制對(duì)應(yīng)車位鎖落下，設(shè)定時(shí)間沒(méi)有停入車輛或者車輛開走一定時(shí)間后控制車位鎖升起。車位鎖上升遇阻一定時(shí)間后控制升起，車位鎖下降遇阻一定時(shí)間后控制下降。預(yù)留與后臺(tái)軟件通信功能，查看鎖及車位狀態(tài)，控制車位鎖升起落下[3]。同時(shí)車位鎖監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)車位鎖狀態(tài)，當(dāng)上升遇阻、下降遇阻時(shí)，系統(tǒng)負(fù)責(zé)恢復(fù)車位鎖狀態(tài)。

（3）車位鎖升降：車位鎖接收車位鎖監(jiān)控命令，并根據(jù)相應(yīng)指令控制車位鎖升起落下。當(dāng)車位鎖上升遇阻、下降遇阻、非法強(qiáng)壓等狀況時(shí)開啟報(bào)警裝置。

（4）遙控車位鎖升降：系統(tǒng)每個(gè)車位鎖附帶一個(gè)單路遙控開關(guān)，車位鎖監(jiān)控通過(guò)接收遠(yuǎn)程遙控或現(xiàn)場(chǎng)遙控器信號(hào)控制對(duì)應(yīng)車位鎖升起落下。

（5）車輛檢測(cè)：檢測(cè)地感線圈上方車輛有無(wú)通過(guò)，開關(guān)量信號(hào)傳輸給上層模塊，感應(yīng)靈敏度可調(diào)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式車位鎖管理系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）車牌識(shí)別攝像頭：對(duì)進(jìn)入識(shí)別區(qū)域的車輛信息進(jìn)行識(shí)別，上報(bào)給車位鎖監(jiān)控。上報(bào)的車輛信息包括：車輛類型、車牌號(hào)、車牌顏色等。通過(guò)軟件可設(shè)置相機(jī)識(shí)別的觸發(fā)方式、場(chǎng)景選擇、識(shí)別距離、來(lái)車方向。通過(guò)測(cè)試軟件可實(shí)時(shí)顯示相機(jī)當(dāng)前監(jiān)控的圖像信息及識(shí)別車輛信息。

（2）車位鎖監(jiān)控模塊：車位鎖監(jiān)控模塊是該系統(tǒng)的總控單元。和車位鎖監(jiān)控單元連接的主要模塊有：智能車位鎖、車牌識(shí)別攝像機(jī)、無(wú)線遙控開關(guān)等。車位鎖監(jiān)控單元實(shí)時(shí)監(jiān)控的模塊信息包括：車牌攝像機(jī)識(shí)別信息、車位鎖狀態(tài)信息、車位內(nèi)車輛狀態(tài)信息和無(wú)線遙控開關(guān)狀態(tài)信息。

（3）車位鎖：接受車位鎖監(jiān)控的管理和控制，配合車位鎖監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)充電車位的管理和控制，主要包括車位鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、車位鎖控制板軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

車位鎖結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過(guò)研發(fā)、設(shè)計(jì)、選型、改造等方式優(yōu)化車位鎖結(jié)構(gòu)，達(dá)到抗壓、防撞、美觀、堅(jiān)固、耐用的目的，減少用戶現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量。

車位鎖控制板卡軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：車位鎖應(yīng)支持5位32個(gè)地址撥碼開關(guān)設(shè)定。結(jié)合車位鎖結(jié)構(gòu)，通過(guò)光電開關(guān)實(shí)時(shí)采集車位鎖搖臂當(dāng)前狀態(tài)，通過(guò)開入量采集車輛檢測(cè)模塊有車無(wú)車狀態(tài)，上報(bào)給車位鎖監(jiān)控;接受車位鎖監(jiān)控控制的車位鎖搖臂升起落下;上升遇阻、下降遇阻、非法強(qiáng)壓狀態(tài)的檢測(cè)和報(bào)警;車位可以顯示“進(jìn)入/禁止進(jìn)入”LED燈光提示。

（4）無(wú)線遙控模塊：每臺(tái)車位鎖監(jiān)控單元配備一個(gè)無(wú)線遙控開關(guān)，包含信號(hào)發(fā)送模塊和接收模塊。接收模塊將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為開關(guān)量。將接收模塊接入到車位鎖監(jiān)控的隔離輸入端子1。開關(guān)選用自鎖開關(guān)，用戶按下開關(guān)一次，接收模塊控制繼電器動(dòng)作一次，車位鎖監(jiān)控檢測(cè)到開入狀態(tài)改變控制道閘放行一次，控制一個(gè)空閑車位的車位鎖落下供臨時(shí)車使用。

（5）車輛感應(yīng)模塊：檢測(cè)地感線圈上方有無(wú)車輛，通過(guò)開關(guān)量信號(hào)傳輸給上層模塊（道閘控制板或車位鎖控制板），感應(yīng)靈敏度可調(diào)。車輛檢測(cè)模塊線圈施工參考《車輛檢測(cè)線圈施工指南》。

（6）配置與調(diào)試模塊：系統(tǒng)參數(shù)配置采用可直讀的文本格式存儲(chǔ)在SD卡中。使用文本編輯器即可編輯，無(wú)需特別配置工具。此外，系統(tǒng)預(yù)留調(diào)試串口可以實(shí)時(shí)獲取車位鎖監(jiān)控管理車位的車位鎖狀態(tài)、有車無(wú)車狀態(tài)、車位鎖啟用/禁用狀態(tài)、車位鎖通信狀態(tài)、開鎖原因、閉鎖原因，顯示給測(cè)試人員。

3 系統(tǒng)控制邏輯

（1）本次設(shè)計(jì)的分布式車位鎖的來(lái)車識(shí)別開鎖流程如圖2所示。系統(tǒng)通過(guò)攝像頭進(jìn)行來(lái)車檢測(cè)，對(duì)車牌分析判斷是新能源汽車（綠牌）還是燃油車（藍(lán)牌），另可通過(guò)系統(tǒng)手工錄入白名單和黑名單車牌號(hào)，對(duì)于綠牌及白名單車牌執(zhí)行開鎖命令，開鎖成功后持續(xù)執(zhí)行無(wú)車閉鎖監(jiān)視，如果開鎖失敗則提示車鎖故障;如藍(lán)牌或黑名單車牌則將執(zhí)行報(bào)警操作[4]。

（2）本次設(shè)計(jì)的分布式車位鎖的遙控開鎖流程如圖3所示。系統(tǒng)接收到遙控命令后下發(fā)開鎖命令，系統(tǒng)執(zhí)行開鎖命令，開鎖成功后持續(xù)執(zhí)行無(wú)車閉鎖監(jiān)視，開鎖失敗則提示車鎖故障。

（3）本次設(shè)計(jì)的分布式車位鎖的系統(tǒng)狀態(tài)切換邏輯如圖4所示，主要包括閉鎖無(wú)車、開鎖無(wú)車、開鎖有車、閉鎖有車4個(gè)狀態(tài)，其中閉鎖有車為故障狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著新能源充電站的快速增加，燃油車占用充電樁已經(jīng)成為影響充電站日常管理的重要問(wèn)題，本次研究旨在設(shè)計(jì)一種基于智能技術(shù)的分布式車位鎖，以解決燃油車占用充電車位的問(wèn)題。本次研究設(shè)計(jì)的分布式車位鎖系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車牌識(shí)別、車位鎖監(jiān)控、車位鎖升降、遙控車位鎖升降、車輛檢測(cè)功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括車牌識(shí)別攝像頭、車位鎖監(jiān)控模塊、車位鎖、無(wú)線遙控模塊、車輛感應(yīng)模塊、配置與調(diào)試模塊等。通過(guò)實(shí)踐測(cè)試，本次設(shè)計(jì)的分布式車位鎖能夠基本實(shí)現(xiàn)充電站車位鎖閉功能，并可以遙控開鎖，解決了燃油車占用充電樁的問(wèn)題，可以在市場(chǎng)中推廣應(yīng)用。

[參考文獻(xiàn)]

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[4] 丁蒼璧，陸子堃，殷若宬.智能車位鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2018（14）：74-77.

收稿日期：2020-01-21

作者簡(jiǎn)介：甘露（1989—），女，福建古田人，碩士，工程師，主要從事電力行業(yè)工作。