陳韻含 王婷雯 何松芝 劉哲宇 周禧龍 敖志強(qiáng) 李嘉偉 劉 樂

（西華大學(xué) 電氣與電子信息學(xué)院，四川 成都610039）

1 概述

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保節(jié)能意識(shí)的加深，新能源汽車的發(fā)展異常迅猛，國(guó)內(nèi)新能源汽車保有量正極速增長(zhǎng)，與之配套的充電設(shè)施也如雨后春筍般冒出。但運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)中，時(shí)常出現(xiàn)充電車位供不應(yīng)求、車位被燃油汽車大量占用、充電服務(wù)設(shè)施利用效率較低等一系列管理難題，致使資源嚴(yán)重浪費(fèi)。

基于以上問題及弊端，本文設(shè)計(jì)并研制了一種智慧充電車位控制管理系統(tǒng)。系統(tǒng)依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在將車位狀態(tài)、充電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至充電服務(wù)設(shè)施管理平臺(tái)，進(jìn)行同步可視化顯示，便于存儲(chǔ)、管理與分析的同時(shí)，引入充電車位的共享服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)停車資源最大化利用，緩解城市停車壓力，助力城市智慧化建設(shè)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

如下圖1 所示，智慧充電車位控制管理系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

①基于圖像技術(shù)的新能源車輛自動(dòng)識(shí)別；

②基于無感技術(shù)的充電車位智能控制；

③立足于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的充電服務(wù)設(shè)施管理平臺(tái)。

系統(tǒng)運(yùn)用圖像識(shí)別系統(tǒng)、無線通信傳輸、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)使車牌識(shí)別系統(tǒng)、智能地鎖控制裝置、B/S 監(jiān)控系統(tǒng)、手機(jī)APP、云平臺(tái)等協(xié)同工作，聯(lián)動(dòng)控制，形成一整套“線上智能管理+線下高效服務(wù)”的充電車位智能控制管理系統(tǒng)，可為車主提供最全面、最便捷的服務(wù)，對(duì)智慧城市的構(gòu)建有著重大意義[1]。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

新能源汽車用戶充電前通過手機(jī)APP 查找空閑充電車位并完成車位預(yù)約；預(yù)約成功后，手機(jī)APP 根據(jù)用戶所在位置智能篩選出就近空閑車位并提供一鍵精確導(dǎo)航服務(wù)；用戶根據(jù)APP 所提供導(dǎo)航路線行駛至充電車位所在地；車主到達(dá)車位后，位于充電樁上的攝像頭完成雙重識(shí)別：

①汽車車牌為新能源車輛車牌；

②車輛為手機(jī)APP 端已預(yù)約成功車輛。

識(shí)別成功后圖像識(shí)別系統(tǒng)將識(shí)別信息實(shí)時(shí)傳輸至STM32主控制板，通過無線通信技術(shù)控制地鎖端升/降，同時(shí)車位狀態(tài)回傳至主控制板并實(shí)時(shí)反饋至手機(jī)APP、云平臺(tái)及B/S 監(jiān)控系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電車位狀態(tài)和充電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理與分析；車主可選擇是否進(jìn)行充電，充電開始同時(shí)手機(jī)APP 進(jìn)行同步計(jì)量。充電服務(wù)完成后，手機(jī)APP 停止計(jì)量；待確認(rèn)車輛駛出，停止計(jì)時(shí)。車主在使用手機(jī)APP 進(jìn)行一鍵快捷支付的同時(shí)，車位業(yè)主獲得傭金收入且手機(jī)APP 平臺(tái)、充電服務(wù)設(shè)施投資商、充電樁供電系統(tǒng)也獲得相應(yīng)收益，從而實(shí)現(xiàn)資源最大化利用。充電車位預(yù)約使用服務(wù)流程圖如下圖2 所示。

圖2 充電車位預(yù)約使用服務(wù)流程圖

3 車輛識(shí)別

車輛識(shí)別功能通過Python 開發(fā)平臺(tái)和OpenCV 機(jī)器視覺庫(kù)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)[2]，針對(duì)車牌識(shí)別模塊的不同而選擇相應(yīng)算法，主要實(shí)現(xiàn)如下功能：

①車牌圖像處理，包括高斯平滑濾波、圖像灰度化、形態(tài)學(xué)處理等；

②車牌圖像定位，包括車牌邊緣提取、車牌邊緣檢測(cè)、車牌精確定位等；

③車牌字符處理，包括車牌字符分割、字符特征提取、車牌字符識(shí)別等[3-4]。

通過以上一系列過程完成對(duì)新能源車輛車牌的自動(dòng)識(shí)別。識(shí)別成功后圖像識(shí)別系統(tǒng)將新能源車輛車牌信息上傳至PC 端進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行分析、處理，處理完成后將車牌提取信息實(shí)時(shí)傳輸至STM32 主控制板。兩者采用RS-485 通信協(xié)議進(jìn)行傳輸，具有傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、支持節(jié)點(diǎn)多等優(yōu)點(diǎn)。車輛識(shí)別系統(tǒng)框圖如下圖3 所示。

圖3 車輛識(shí)別系統(tǒng)框圖

4 車位控制

主控制系統(tǒng)選用MCU 型號(hào)為STM32F103C8T6 的加強(qiáng)型芯片，該芯片擁有高性能的ARM32 位的CortexTM-M3 位的RISC內(nèi)核，性能優(yōu)良且功耗較低[5]。上傳至PC 端的車牌圖像識(shí)別信息經(jīng)過分析、處理，PC 端判斷車輛是否為預(yù)約成功的新能源車輛，確認(rèn)無誤后將識(shí)別信息傳至STM32 并生成控制地鎖降落指令，采用紅外遙控技術(shù)將控制指令發(fā)送至智能地鎖端，進(jìn)而控制其降落并開始計(jì)時(shí)。采用紅外遙控傳輸技術(shù)具有信息傳輸可靠、功耗成本低、抗干擾能力強(qiáng)等顯著特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)無線、非接觸控制。

待充電服務(wù)完成車輛駛離車位，經(jīng)過攝像頭和位于車位邊緣的地感線圈進(jìn)行雙重識(shí)別并延時(shí)等待一段時(shí)間，確認(rèn)車輛已駛離車位后，主控制板發(fā)送相應(yīng)指令控制地鎖升起且開啟休眠模式，同時(shí)結(jié)束計(jì)時(shí)并發(fā)送離開時(shí)間至服務(wù)器[6]。用戶進(jìn)行支付，充電服務(wù)完成。通過該種方式將充電車位通過地鎖設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理，實(shí)現(xiàn)充電車位信息化[7]。智能地鎖控制流程圖如下圖4 所示。

5 服務(wù)模式

本系統(tǒng)基于車位共享服務(wù)模式，車位業(yè)主可將車位信息實(shí)時(shí)共享至手機(jī)APP 端，同時(shí)手機(jī)APP 與B/S 監(jiān)控系統(tǒng)、云平臺(tái)進(jìn)行同步交互傳輸，將充電車位信息資源構(gòu)建成一個(gè)大的車位數(shù)據(jù)庫(kù)，從而形成一個(gè)共享車位的大市場(chǎng)[8]。位于車位周圍的地感線圈可檢測(cè)車位占用狀態(tài)，并通過無線傳輸方式上傳至B/S監(jiān)控系統(tǒng)，將處于空間散布的車位資源連接在一起構(gòu)建智慧停車系統(tǒng)[9]。經(jīng)后臺(tái)數(shù)據(jù)整理、分析得出車位使用狀態(tài)，從而業(yè)主可通過手機(jī)APP 將充電車位在不同閑時(shí)階段租出去，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)車位狀態(tài)的可視化監(jiān)控、大數(shù)據(jù)管理以及資源優(yōu)化配置等操作。

圖4 智能地鎖控制流程圖

圖5 車位共享服務(wù)模式示意圖

6 操作流程

用戶可通過手機(jī)APP 查看空閑車位資源分布，進(jìn)行空閑車位在線預(yù)約；預(yù)約成功后，通過手機(jī)APP 選擇是否一鍵智能導(dǎo)航，選擇導(dǎo)航確認(rèn)后根據(jù)APP 指定路線行駛至充電車位處；到達(dá)并識(shí)別成功后，地鎖降落開始計(jì)時(shí)；用戶選擇是否進(jìn)行充電，充電過程中手機(jī)APP 同步計(jì)量，用戶可通過手機(jī)APP 進(jìn)行充電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查看。充電完成且車主駛離車位后，用戶根據(jù)手機(jī)APP 提示消息，完成車位使用與車輛充電的一鍵快捷支付。通過以上方式，用戶與業(yè)主可實(shí)現(xiàn)資源共享，可充分提高充電車位利用率，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)車位業(yè)主資金回收且手機(jī)APP 平臺(tái)、充電服務(wù)設(shè)施投資商、充電樁供電系統(tǒng)獲得相應(yīng)收益。

7 結(jié)論與展望

該智慧充電車位控制管理系統(tǒng)可使新能源汽車停車、充電過程變得簡(jiǎn)潔、快速且高效，用戶能夠在短時(shí)間內(nèi)完成車輛自動(dòng)識(shí)別并將車輛無感駛?cè)氤潆娷囄唬瑫r(shí)更加便捷地通過手機(jī)APP 完成車位預(yù)約、開啟導(dǎo)航以及隨時(shí)隨地進(jìn)行充電信息的查看與支付等功能。時(shí)刻進(jìn)行信息同步互傳的B/S 監(jiān)控系統(tǒng)與手機(jī)APP、云平臺(tái)可實(shí)時(shí)進(jìn)行車位狀態(tài)、充電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理與分析。

圖6 手機(jī)APP 操作流程圖

在如今科技迅猛發(fā)展的時(shí)代，運(yùn)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多元化、定制化的車位管理需求已成為車位管理系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢(shì)[10]。該充電車位控制管理系統(tǒng)的實(shí)施，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車位信息、運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、充電服務(wù)等多方面的實(shí)時(shí)監(jiān)控與智慧管理；并在此基礎(chǔ)上，引入充電車位的共享服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)及其設(shè)施資源的優(yōu)化配置，進(jìn)一步助力城市智慧化建設(shè)。