一種智慧充電車位控制管理系統的設計與研制

陳韻含 王婷雯 何松芝 劉哲宇 周禧龍 敖志強 李嘉偉 劉 樂

（西華大學 電氣與電子信息學院，四川 成都610039）

1 概述

隨著國家對環保節能意識的加深，新能源汽車的發展異常迅猛，國內新能源汽車保有量正極速增長，與之配套的充電設施也如雨后春筍般冒出。但運營市場中，時常出現充電車位供不應求、車位被燃油汽車大量占用、充電服務設施利用效率較低等一系列管理難題，致使資源嚴重浪費。

基于以上問題及弊端，本文設計并研制了一種智慧充電車位控制管理系統。系統依托于物聯網技術，在將車位狀態、充電數據實時傳輸至充電服務設施管理平臺，進行同步可視化顯示，便于存儲、管理與分析的同時，引入充電車位的共享服務模式，實現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。

2 系統總體設計

如下圖1 所示，智慧充電車位控制管理系統主要由以下幾部分組成：

①基于圖像技術的新能源車輛自動識別；

②基于無感技術的充電車位智能控制；

③立足于物聯網技術的充電服務設施管理平臺。

系統運用圖像識別系統、無線通信傳輸、大數據存儲等先進科學技術使車牌識別系統、智能地鎖控制裝置、B/S 監控系統、手機APP、云平臺等協同工作，聯動控制，形成一整套“線上智能管理+線下高效服務”的充電車位智能控制管理系統，可為車主提供最全面、最便捷的服務，對智慧城市的構建有著重大意義[1]。

圖1 系統總體設計框圖

新能源汽車用戶充電前通過手機APP 查找空閑充電車位并完成車位預約；預約成功后，手機APP 根據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航服務；用戶根據APP 所提供導航路線行駛至充電車位所在地；車主到達車位后，位于充電樁上的攝像頭完成雙重識別：

①汽車車牌為新能源車輛車牌；

②車輛為手機APP 端已預約成功車輛。

識別成功后圖像識別系統將識別信息實時傳輸至STM32主控制板，通過無線通信技術控制地鎖端升/降，同時車位狀態回傳至主控制板并實時反饋至手機APP、云平臺及B/S 監控系統以實現對充電車位狀態和充電數據的存儲、管理與分析；車主可選擇是否進行充電，充電開始同時手機APP 進行同步計量。充電服務完成后，手機APP 停止計量；待確認車輛駛出，停止計時。車主在使用手機APP 進行一鍵快捷支付的同時，車位業主獲得傭金收入且手機APP 平臺、充電服務設施投資商、充電樁供電系統也獲得相應收益，從而實現資源最大化利用。充電車位預約使用服務流程圖如下圖2 所示。

圖2 充電車位預約使用服務流程圖

3 車輛識別

車輛識別功能通過Python 開發平臺和OpenCV 機器視覺庫等技術來實現[2]，針對車牌識別模塊的不同而選擇相應算法，主要實現如下功能：

①車牌圖像處理，包括高斯平滑濾波、圖像灰度化、形態學處理等；

②車牌圖像定位，包括車牌邊緣提取、車牌邊緣檢測、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、車牌字符識別等[3-4]。

通過以上一系列過程完成對新能源車輛車牌的自動識別。識別成功后圖像識別系統將新能源車輛車牌信息上傳至PC 端進而對其進行分析、處理，處理完成后將車牌提取信息實時傳輸至STM32 主控制板。兩者采用RS-485 通信協議進行傳輸，具有傳輸速率高、抗干擾能力強、傳輸距離遠、支持節點多等優點。車輛識別系統框圖如下圖3 所示。

圖3 車輛識別系統框圖

4 車位控制

主控制系統選用MCU 型號為STM32F103C8T6 的加強型芯片，該芯片擁有高性能的ARM32 位的CortexTM-M3 位的RISC內核，性能優良且功耗較低[5]。上傳至PC 端的車牌圖像識別信息經過分析、處理，PC 端判斷車輛是否為預約成功的新能源車輛，確認無誤后將識別信息傳至STM32 并生成控制地鎖降落指令，采用紅外遙控技術將控制指令發送至智能地鎖端，進而控制其降落并開始計時。采用紅外遙控傳輸技術具有信息傳輸可靠、功耗成本低、抗干擾能力強等顯著特點，可實現無線、非接觸控制。

待充電服務完成車輛駛離車位，經過攝像頭和位于車位邊緣的地感線圈進行雙重識別并延時等待一段時間，確認車輛已駛離車位后，主控制板發送相應指令控制地鎖升起且開啟休眠模式，同時結束計時并發送離開時間至服務器[6]。用戶進行支付，充電服務完成。通過該種方式將充電車位通過地鎖設備進行聯網管理，實現充電車位信息化[7]。智能地鎖控制流程圖如下圖4 所示。

5 服務模式

本系統基于車位共享服務模式，車位業主可將車位信息實時共享至手機APP 端，同時手機APP 與B/S 監控系統、云平臺進行同步交互傳輸，將充電車位信息資源構建成一個大的車位數據庫，從而形成一個共享車位的大市場[8]。位于車位周圍的地感線圈可檢測車位占用狀態，并通過無線傳輸方式上傳至B/S監控系統，將處于空間散布的車位資源連接在一起構建智慧停車系統[9]。經后臺數據整理、分析得出車位使用狀態，從而業主可通過手機APP 將充電車位在不同閑時階段租出去，同時實現對車位狀態的可視化監控、大數據管理以及資源優化配置等操作。

圖4 智能地鎖控制流程圖

圖5 車位共享服務模式示意圖

6 操作流程

用戶可通過手機APP 查看空閑車位資源分布，進行空閑車位在線預約；預約成功后，通過手機APP 選擇是否一鍵智能導航，選擇導航確認后根據APP 指定路線行駛至充電車位處；到達并識別成功后，地鎖降落開始計時；用戶選擇是否進行充電，充電過程中手機APP 同步計量，用戶可通過手機APP 進行充電數據的實時查看。充電完成且車主駛離車位后，用戶根據手機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，用戶與業主可實現資源共享，可充分提高充電車位利用率，同時也可實現車位業主資金回收且手機APP 平臺、充電服務設施投資商、充電樁供電系統獲得相應收益。

7 結論與展望

該智慧充電車位控制管理系統可使新能源汽車停車、充電過程變得簡潔、快速且高效，用戶能夠在短時間內完成車輛自動識別并將車輛無感駛入充電車位，同時更加便捷地通過手機APP 完成車位預約、開啟導航以及隨時隨地進行充電信息的查看與支付等功能。時刻進行信息同步互傳的B/S 監控系統與手機APP、云平臺可實時進行車位狀態、充電數據的存儲、管理與分析。

圖6 手機APP 操作流程圖

在如今科技迅猛發展的時代，運用先進科學技術實現多元化、定制化的車位管理需求已成為車位管理系統的重要發展趨勢[10]。該充電車位控制管理系統的實施，可實現對車位信息、運營狀態、充電服務等多方面的實時監控與智慧管理；并在此基礎上，引入充電車位的共享服務模式，實現充電網絡及其設施資源的優化配置，進一步助力城市智慧化建設。