一種基于智能技術的分布式車位鎖的設計與實現

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展，新能源汽車進入了高速發展階段，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。本次設計的分布式車位鎖系統能夠有效區分新能源汽車和燃油車，實現車牌識別、車位鎖監控、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，工作環境溫度為-25～70 ℃，工作環境濕度<90%，防水性能達到IP67，系統金屬部件擁有防銹（防氧化）保護，系統電路擁有三防保護（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

根據充電站管理需求，本次設計的分布式車位鎖需要實現以下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，其車牌識別區域設置為停車位。車輛進入識別區域，車牌識別攝像機檢測到車輛，拍照識別出車輛信息，上報給車位鎖監控單元。車位鎖監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，則執行開鎖;2）如果來車是燃油車輛或者黑名單車輛，則不執行開鎖命令并告警指示。

（2）車位鎖監控：車位鎖監控實時監控站內車牌，識別攝像頭識別信息、車位鎖狀態信息和車位內車輛狀態信息。車位鎖監控檢測到準入車輛，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，控制車位鎖升起落下[3]。同時車位鎖監控系統維護車位鎖狀態，當上升遇阻、下降遇阻時，系統負責恢復車位鎖狀態。

（3）車位鎖升降：車位鎖接收車位鎖監控命令，并根據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：系統每個車位鎖附帶一個單路遙控開關，車位鎖監控通過接收遠程遙控或現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 系統結構

分布式車位鎖管理系統內部結構如圖1所示。

（1）車牌識別攝像頭：對進入識別區域的車輛信息進行識別，上報給車位鎖監控。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控的圖像信息及識別車輛信息。

（2）車位鎖監控模塊：車位鎖監控模塊是該系統的總控單元。和車位鎖監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。車位鎖監控單元實時監控的模塊信息包括：車牌攝像機識別信息、車位鎖狀態信息、車位內車輛狀態信息和無線遙控開關狀態信息。

（3）車位鎖：接受車位鎖監控的管理和控制，配合車位鎖監控實現對充電車位的管理和控制，主要包括車位鎖結構設計優化、車位鎖控制板軟硬件設計和實現。

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

車位鎖控制板卡軟硬件設計和實現：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，通過開入量采集車輛檢測模塊有車無車狀態，上報給車位鎖監控;接受車位鎖監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：每臺車位鎖監控單元配備一個無線遙控開關，包含信號發送模塊和接收模塊。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，車位鎖監控檢測到開入狀態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：系統參數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，系統預留調試串口可以實時獲取車位鎖監控管理車位的車位鎖狀態、有車無車狀態、車位鎖啟用/禁用狀態、車位鎖通信狀態、開鎖原因、閉鎖原因，顯示給測試人員。

3 系統控制邏輯

（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行開鎖命令，開鎖成功后持續執行無車閉鎖監視，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。系統接收到遙控命令后下發開鎖命令，系統執行開鎖命令，開鎖成功后持續執行無車閉鎖監視，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狀態切換邏輯如圖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，其中閉鎖有車為故障狀態。

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能夠實現車牌識別、車位鎖監控、車位鎖升降、遙控車位鎖升降、車輛檢測功能，系統結構主要包括車牌識別攝像頭、車位鎖監控模塊、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[J].無線互聯科技，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，主要從事電力行業工作。