一種基于智能技術的分布式車位鎖的設計與實現(xiàn)

甘露 張愫恒 林鎣珊 羅晶心

摘要：針對燃油車輛占用充電樁車位的問題，設計了一種基于智能技術的分布式車位鎖，通過車牌識別、車輛感應、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。

關鍵詞：分布式車位鎖;智能技術;充電站

0 引言

近年來隨著新能源技術的快速發(fā)展，新能源汽車進入了高速發(fā)展階段，與此同時，充電站、充電樁等新能源汽車的配套基礎設施建設步伐也不斷加快。相關調查顯示，2019年我國新能源汽車的充電樁保有量已經達到108萬臺。但是，在充電站實際使用過程中，經常會出現(xiàn)燃油車輛占用充電樁車位的情況，導致電動汽車無法使用充電樁，對充電站的日常管理以及大眾的使用體驗造成了不良影響。

1 項目設計

1.1 ? ?項目概況

隨著新能源汽車的迅速發(fā)展，我國電動汽車充電站不斷增多，如何對充電站進行高效管理已經成為新能源汽車發(fā)展中亟待解決的一個問題[1]。鑒于充電站自身管理問題以及大眾觀念問題，當前經常出現(xiàn)燃油車輛占用充電樁的情況，對于電動汽車的正常充電產生不利影響，也影響到充電站的日常管理[2]。

針對上述問題，本次設計旨在解決充電站專用車位被燃油車輛占用的問題，引入智能技術，設計出了一種適用于電動汽車充電站的分布式車位鎖管理系統(tǒng)。本次設計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，實現(xiàn)車牌識別、車位鎖監(jiān)控、車位鎖升降、車位鎖升降遙控、車輛檢測功能，車牌識別率達到99%，響應時間為200 ms，工作環(huán)境溫度為-25～70 ℃，工作環(huán)境濕度<90%，防水性能達到IP67，系統(tǒng)金屬部件擁有防銹（防氧化）保護，系統(tǒng)電路擁有三防保護（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，本次設計的分布式車位鎖需要實現(xiàn)以下5項功能：

（1）車牌識別：車牌識別模塊安裝在停車位的充電樁側，正對整個停車位，其車牌識別區(qū)域設置為停車位。車輛進入識別區(qū)域，車牌識別攝像機檢測到車輛，拍照識別出車輛信息，上報給車位鎖監(jiān)控單元。車位鎖監(jiān)控單元判斷并存儲車牌信息：1）如果來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)控實時監(jiān)控站內車牌，識別攝像頭識別信息、車位鎖狀態(tài)信息和車位內車輛狀態(tài)信息。車位鎖監(jiān)控檢測到準入車輛，控制對應車位鎖落下，設定時間沒有停入車輛或者車輛開走一定時間后控制車位鎖升起。車位鎖上升遇阻一定時間后控制升起，車位鎖下降遇阻一定時間后控制下降。預留與后臺軟件通信功能，查看鎖及車位狀態(tài)，控制車位鎖升起落下[3]。同時車位鎖監(jiān)控系統(tǒng)維護車位鎖狀態(tài)，當上升遇阻、下降遇阻時，系統(tǒng)負責恢復車位鎖狀態(tài)。

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

（4）遙控車位鎖升降：系統(tǒng)每個車位鎖附帶一個單路遙控開關，車位鎖監(jiān)控通過接收遠程遙控或現(xiàn)場遙控器信號控制對應車位鎖升起落下。

（5）車輛檢測：檢測地感線圈上方車輛有無通過，開關量信號傳輸給上層模塊，感應靈敏度可調。

2 系統(tǒng)結構

分布式車位鎖管理系統(tǒng)內部結構如圖1所示。

（1）車牌識別攝像頭：對進入識別區(qū)域的車輛信息進行識別，上報給車位鎖監(jiān)控。上報的車輛信息包括：車輛類型、車牌號、車牌顏色等。通過軟件可設置相機識別的觸發(fā)方式、場景選擇、識別距離、來車方向。通過測試軟件可實時顯示相機當前監(jiān)控的圖像信息及識別車輛信息。

（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、車牌識別攝像機、無線遙控開關等。車位鎖監(jiān)控單元實時監(jiān)控的模塊信息包括：車牌攝像機識別信息、車位鎖狀態(tài)信息、車位內車輛狀態(tài)信息和無線遙控開關狀態(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)控實現(xiàn)對充電車位的管理和控制，主要包括車位鎖結構設計優(yōu)化、車位鎖控制板軟硬件設計和實現(xiàn)。

車位鎖結構優(yōu)化，通過研發(fā)、設計、選型、改造等方式優(yōu)化車位鎖結構，達到抗壓、防撞、美觀、堅固、耐用的目的，減少用戶現(xiàn)場維護工作量。

車位鎖控制板卡軟硬件設計和實現(xiàn)：車位鎖應支持5位32個地址撥碼開關設定。結合車位鎖結構，通過光電開關實時采集車位鎖搖臂當前狀態(tài)，通過開入量采集車輛檢測模塊有車無車狀態(tài)，上報給車位鎖監(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、非法強壓狀態(tài)的檢測和報警;車位可以顯示“進入/禁止進入”LED燈光提示。

（4）無線遙控模塊：每臺車位鎖監(jiān)控單元配備一個無線遙控開關，包含信號發(fā)送模塊和接收模塊。接收模塊將接收到的信號轉換為開關量。將接收模塊接入到車位鎖監(jiān)控的隔離輸入端子1。開關選用自鎖開關，用戶按下開關一次，接收模塊控制繼電器動作一次，車位鎖監(jiān)控檢測到開入狀態(tài)改變控制道閘放行一次，控制一個空閑車位的車位鎖落下供臨時車使用。

（5）車輛感應模塊：檢測地感線圈上方有無車輛，通過開關量信號傳輸給上層模塊（道閘控制板或車位鎖控制板），感應靈敏度可調。車輛檢測模塊線圈施工參考《車輛檢測線圈施工指南》。

（6）配置與調試模塊：系統(tǒng)參數(shù)配置采用可直讀的文本格式存儲在SD卡中。使用文本編輯器即可編輯，無需特別配置工具。此外，系統(tǒng)預留調試串口可以實時獲取車位鎖監(jiān)控管理車位的車位鎖狀態(tài)、有車無車狀態(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，顯示給測試人員。

3 系統(tǒng)控制邏輯

（1）本次設計的分布式車位鎖的來車識別開鎖流程如圖2所示。系統(tǒng)通過攝像頭進行來車檢測，對車牌分析判斷是新能源汽車（綠牌）還是燃油車（藍牌），另可通過系統(tǒng)手工錄入白名單和黑名單車牌號，對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)行無車閉鎖監(jiān)視，如果開鎖失敗則提示車鎖故障;如藍牌或黑名單車牌則將執(zhí)行報警操作[4]。

（2）本次設計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)行無車閉鎖監(jiān)視，開鎖失敗則提示車鎖故障。

（3）本次設計的分布式車位鎖的系統(tǒng)狀態(tài)切換邏輯如圖4所示，主要包括閉鎖無車、開鎖無車、開鎖有車、閉鎖有車4個狀態(tài)，其中閉鎖有車為故障狀態(tài)。

4 結語

伴隨著新能源充電站的快速增加，燃油車占用充電樁已經成為影響充電站日常管理的重要問題，本次研究旨在設計一種基于智能技術的分布式車位鎖，以解決燃油車占用充電車位的問題。本次研究設計的分布式車位鎖系統(tǒng)能夠實現(xiàn)車牌識別、車位鎖監(jiān)控、車位鎖升降、遙控車位鎖升降、車輛檢測功能，系統(tǒng)結構主要包括車牌識別攝像頭、車位鎖監(jiān)控模塊、車位鎖、無線遙控模塊、車輛感應模塊、配置與調試模塊等。通過實踐測試，本次設計的分布式車位鎖能夠基本實現(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題，可以在市場中推廣應用。

[參考文獻]

[1] 宋博，李磊，王玉濤.基于單片機的遙控智能車位鎖設計[J].電腦知識與技術，2016，12（18）：227-229.

[2] 白志青，李言武.基于單片機的智能伸縮型車位鎖設計[J].淮海工學院學報（自然科學版），2018，27（2）：37-40.

[3] 李淵博，張紅雨，牛嘉祥.基于藍牙的智能車位鎖設計[J].電子設計工程，2017，25（13）：126-129.

[4] 丁蒼璧，陸子堃，殷若宬.智能車位鎖的設計與實現(xiàn)[J].無線互聯(lián)科技，2018（14）：74-77.

收稿日期：2020-01-21

作者簡介：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。