一种智慧充电车位控制管理系统的设计与研制

陈韵含 王婷雯 何松芝 刘哲宇 周禧龙 敖志强 李嘉伟 刘 乐

（西华大学 电气与电子信息学院，四川 成都610039）

1 概述

随着国家对环保节能意识的加深，新能源汽车的发展异常迅猛，国内新能源汽车保有量正极速增长，与之配套的充电设施也如雨后春笋般冒出。但运营市场中，时常出现充电车位供不应求、车位被燃油汽车大量占用、充电服务设施利用效率较低等一系列管理难题，致使资源严重浪费。

基于以上问题及弊端，本文设计并研制了一种智慧充电车位控制管理系统。系统依托于物联网技术，在将车位状态、充电数据实时传输至充电服务设施管理平台，进行同步可视化显示，便于存储、管理与分析的同时，引入充电车位的共享服务模式，实现停车资源最大化利用，缓解城市停车压力，助力城市智慧化建设。

2 系统总体设计

如下图1 所示，智慧充电车位控制管理系统主要由以下几部分组成：

①基于图像技术的新能源车辆自动识别；

②基于无感技术的充电车位智能控制；

③立足于物联网技术的充电服务设施管理平台。

系统运用图像识别系统、无线通信传输、大数据存储等先进科学技术使车牌识别系统、智能地锁控制装置、B/S 监控系统、手机APP、云平台等协同工作，联动控制，形成一整套“线上智能管理+线下高效服务”的充电车位智能控制管理系统，可为车主提供最全面、最便捷的服务，对智慧城市的构建有着重大意义[1]。

图1 系统总体设计框图

新能源汽车用户充电前通过手机APP 查找空闲充电车位并完成车位预约；预约成功后，手机APP 根据用户所在位置智能筛选出就近空闲车位并提供一键精确导航服务；用户根据APP 所提供导航路线行驶至充电车位所在地；车主到达车位后，位于充电桩上的摄像头完成双重识别：

①汽车车牌为新能源车辆车牌；

②车辆为手机APP 端已预约成功车辆。

识别成功后图像识别系统将识别信息实时传输至STM32主控制板，通过无线通信技术控制地锁端升/降，同时车位状态回传至主控制板并实时反馈至手机APP、云平台及B/S 监控系统以实现对充电车位状态和充电数据的存储、管理与分析；车主可选择是否进行充电，充电开始同时手机APP 进行同步计量。充电服务完成后，手机APP 停止计量；待确认车辆驶出，停止计时。车主在使用手机APP 进行一键快捷支付的同时，车位业主获得佣金收入且手机APP 平台、充电服务设施投资商、充电桩供电系统也获得相应收益，从而实现资源最大化利用。充电车位预约使用服务流程图如下图2 所示。

图2 充电车位预约使用服务流程图

3 车辆识别

车辆识别功能通过Python 开发平台和OpenCV 机器视觉库等技术来实现[2]，针对车牌识别模块的不同而选择相应算法，主要实现如下功能：

①车牌图像处理，包括高斯平滑滤波、图像灰度化、形态学处理等；

②车牌图像定位，包括车牌边缘提取、车牌边缘检测、车牌精确定位等；

③车牌字符处理，包括车牌字符分割、字符特征提取、车牌字符识别等[3-4]。

通过以上一系列过程完成对新能源车辆车牌的自动识别。识别成功后图像识别系统将新能源车辆车牌信息上传至PC 端进而对其进行分析、处理，处理完成后将车牌提取信息实时传输至STM32 主控制板。两者采用RS-485 通信协议进行传输，具有传输速率高、抗干扰能力强、传输距离远、支持节点多等优点。车辆识别系统框图如下图3 所示。

图3 车辆识别系统框图

4 车位控制

主控制系统选用MCU 型号为STM32F103C8T6 的加强型芯片，该芯片拥有高性能的ARM32 位的CortexTM-M3 位的RISC内核，性能优良且功耗较低[5]。上传至PC 端的车牌图像识别信息经过分析、处理，PC 端判断车辆是否为预约成功的新能源车辆，确认无误后将识别信息传至STM32 并生成控制地锁降落指令，采用红外遥控技术将控制指令发送至智能地锁端，进而控制其降落并开始计时。采用红外遥控传输技术具有信息传输可靠、功耗成本低、抗干扰能力强等显著特点，可实现无线、非接触控制。

待充电服务完成车辆驶离车位，经过摄像头和位于车位边缘的地感线圈进行双重识别并延时等待一段时间，确认车辆已驶离车位后，主控制板发送相应指令控制地锁升起且开启休眠模式，同时结束计时并发送离开时间至服务器[6]。用户进行支付，充电服务完成。通过该种方式将充电车位通过地锁设备进行联网管理，实现充电车位信息化[7]。智能地锁控制流程图如下图4 所示。

5 服务模式

本系统基于车位共享服务模式，车位业主可将车位信息实时共享至手机APP 端，同时手机APP 与B/S 监控系统、云平台进行同步交互传输，将充电车位信息资源构建成一个大的车位数据库，从而形成一个共享车位的大市场[8]。位于车位周围的地感线圈可检测车位占用状态，并通过无线传输方式上传至B/S监控系统，将处于空间散布的车位资源连接在一起构建智慧停车系统[9]。经后台数据整理、分析得出车位使用状态，从而业主可通过手机APP 将充电车位在不同闲时阶段租出去，同时实现对车位状态的可视化监控、大数据管理以及资源优化配置等操作。

图4 智能地锁控制流程图

图5 车位共享服务模式示意图

6 操作流程

用户可通过手机APP 查看空闲车位资源分布，进行空闲车位在线预约；预约成功后，通过手机APP 选择是否一键智能导航，选择导航确认后根据APP 指定路线行驶至充电车位处；到达并识别成功后，地锁降落开始计时；用户选择是否进行充电，充电过程中手机APP 同步计量，用户可通过手机APP 进行充电数据的实时查看。充电完成且车主驶离车位后，用户根据手机APP 提示消息，完成车位使用与车辆充电的一键快捷支付。通过以上方式，用户与业主可实现资源共享，可充分提高充电车位利用率，同时也可实现车位业主资金回收且手机APP 平台、充电服务设施投资商、充电桩供电系统获得相应收益。

7 结论与展望

该智慧充电车位控制管理系统可使新能源汽车停车、充电过程变得简洁、快速且高效，用户能够在短时间内完成车辆自动识别并将车辆无感驶入充电车位，同时更加便捷地通过手机APP 完成车位预约、开启导航以及随时随地进行充电信息的查看与支付等功能。时刻进行信息同步互传的B/S 监控系统与手机APP、云平台可实时进行车位状态、充电数据的存储、管理与分析。

图6 手机APP 操作流程图

在如今科技迅猛发展的时代，运用先进科学技术实现多元化、定制化的车位管理需求已成为车位管理系统的重要发展趋势[10]。该充电车位控制管理系统的实施，可实现对车位信息、运营状态、充电服务等多方面的实时监控与智慧管理；并在此基础上，引入充电车位的共享服务模式，实现充电网络及其设施资源的优化配置，进一步助力城市智慧化建设。