“互联网+”智能化共享充电装置研究

张岩 王会良 许惠丽 韩浩星

摘 要：本文主要针对电动汽车充电问题，利用相关知识设计制作了一套电动汽车智能化充电装置。该装置由地面充电装置和车载受电装置2部分组成，两者之间利用蓝牙技术相互联系。所述地面充电装置由主充电装置、保护装置、辅助定位装置和控制系统组成。所述主充电装置是由剪型折叠升降机构、交叉滚子轴承转台、直线导轨和红外定位摄像头组成的，可对充电口进行识别和定位，具有结构简单、高度低、精度高等优点。所述车载受电装置由一种欠驱动自动开合充电口防护门及其控制系统组成。所述充电口防护门利用平行四边形机构和弹性元件的组合，实现了利用一个电机控制充电口防护门的开合与压紧，使其具有较高的密封性并且降低了控制难度和生产成本。利用激光引导控制系统让定位更加精准，同时利用云服务器将装置与平台互联，让装置更加智能化，更加便捷。

关键词：互联网+；智能化共享充电装置；水平关节智能机器人；APP平台规划

中图分类号：V261.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）14-0019-03

Research on "Internet +" Intelligent Shared Charging Device

ZHANG Yan WANG Huiliang XU Huili HAN Haoxing

（School of Mechatronics Engineering， Henan University of Science & Technology， Luoyang Henan 471003）

Abstract： This paper mainly aimed at the charging problem of electric vehicle. A set of intelligent charging device for electric vehicle was designed and made by internet technology. The device was composed of two parts， the ground charging device and the vehicle mounted electric device， and the two were connected by Bluetooth technology. The ground charging device was composed of a main charging device， a protective device and an auxiliary positioning device. The main charging device was composed of the shear folding and folding lifting mechanism， the cross roller bearing turntable， the linear guide rail and the infrared positioning camera. It could identify and locate the charging port， which had the advantages of simple structure， low height and high precision. The vehicle receiving device was composed of an underactuated automatic opening and closing charging door and a control system. The protective gate of the rechargeable charger used a combination of parallel quadrilateral and elastic elements to realize the use of a motor to control the opening and pressing of the protective gate of the charging port， so that it had high sealing ability and reduced the control difficulty and production cost. At the same time， the cloud server will connect the device to the platform to made the device more intelligent and convenient.

Keywords：internet +；intelligent shared charging device；intelligent robot for horizontal joint； planning of APP platform

目前，面對资源的短缺，新能源的开发和研究成为国家可持续发展的重要策略之一。新能源电动汽车市场之门逐渐打开。为了让更多购买者不再焦虑续航里程，众多车企都竭力研发动力更强、续航更远、科技感更足的电动汽车。电动汽车实现普及的关键在于保证其有快捷的充电方式。

截至2017年底，我国电动汽车保有量已超过200万辆。能源和汽车业界预计，到2020年，我国电动汽车的保有量会攀升到500万辆，到2030年，我国电动汽车预计将会达到8 000万辆[1]。

随着电动汽车的普及，市场上急需一种既高效、便捷，又节省空间的充电装置，各大厂商也纷纷投入巨资开发无线充电和基于机械臂的自动充电方式。但上述两种充电方式，前者效率低、辐射大，后者成本高、占地面积大，都存在着致命的缺点，无法普及。因此，本文研发了一款新型的智能充电装置。

1 智能化充电系统简介

1.1 使用说明

车主将车停到车库后，使用第三方手机APP扫描充电装置上的二维码，充电装置运行，充电门接收到充电信号打开，充电装置接收到充电信号开始与车载充电插座自动连接，实现自动充电。

1.2 技术特点和优势

①本产品可以实现对电动汽车的自动充电，高效、安全、方便、快捷；②本产品机械结构简单，成本低廉，便于普及，市场潜力巨大；③本产品能轻便地安装在用户停车库和立体式停车库中[2]。

2 结构分析

2.1 整体效果

充电装置可以通过激光定位实现对充电端口的寻找。该充电装置的整体效果图如图1所示。

2.2 地面部分

辅助定位块：具有辅助定位的作用，降低充电口的波动范围，降低对接时间；升降机构：电机带动丝杠，丝杠推动剪型机；旋转机构：步进电机通过螺旋锥齿轮减速器带动导轨旋转；导轨：步进电机带动步带使插座沿导轨运动。地面充电装置三维图见图2。

2.3 车载部分

车载部分主要是充电口防护门（见图3）和车载控制系统充电口防护门，主要作用是防水、防尘。通过挡块、弹性元件与平行四边形机构的组合，将丝杠的水平推力转换为门盖的竖直压力以压紧门盖，从而实现充电口门的防水、防尘。车载控制系统的作用主要是实现与充电装置端口的定位。

2.4 控制部分

2.4.1 激光引导系统。装置寻线采用激光引导控制，主要由激光扫描器和激光反射板2部分组成。在装置中安装可以接受发射激光的扫描器，然后将反射板安装在引导区四周，以精确测量每块反射板的坐标位置，在系统中的储存器储存每块反射板的信息，根据储存的数据进行引导计算，激光引导系统中指定的位置设置一定数量的反射板。利用激光寻线能实现精准定位，激光引导系统分为3个部分，分别是地面控制系统、车载控制系统和导航系统。这3个系统使装置更加智能化，更加方便，更加高效。

2.4.2 信号测控系统。传送平台与车位内导轨的位置校准、车牌号扫描等信号检测及信息交互，采用ARDUINO单片机、时钟芯片通信接口等实现，用来控制传送平台位置精准对接、扫描识车牌与缴费，为系统提供准确的时间，实现单片机与PC机通信、显示和语音提示等功能。校準传感器由多组半导体激光传感器实现红外对射光电开关检测及一对触碰开关作出触碰检测，扫描传感器由磁卡读取传感器实现对客户磁卡的辨别。

2.4.3 充电端测控管理系统。充电端测控管理系统控制管理模块采用Python编制完成。大部分PC机都可以完成Python的转载及连接键盘等外设。同时，Python可以通过内部函数与单片机完成串口通信。串口通信可以通过Wi-Fi模块或蓝牙模块完成PC机与单片机的对接。

2.4.4 视觉定位。充电端口采用视觉定位，水平33°，垂直视角23°。

3 APP开发平台

3.1 产品原型设计

产品原型设计类似于一个APP产品的草图，在经过用户的深度分析后，将整理出的需求分类、排序为功能节后模块，利用这些功能模块就能搭建出简单的产品原型。产品原型展现基本的功能结构，借助产品原型设计软件模拟出相似的APP产品与客户进行确认，最终确认结果完毕，进入下一环节。

APP首页有6个模块，每个模块之下有不同的小模块。模块一：“地点选择”“搜索”“定时提示”；模块二：“滚动屏显示”；模块三：“电站搜索”“我的收藏”“最近充电”“充电地图”“一键导航”；模块四：“广告投放”；模块五：“最新动态”；模块六：“首页”“发现”“扫码”“社区”“我”。

3.2 智能化共享充电装置APP开发平台

智能化共享充电装置APP开发平台是对未来充电站发展的一种规划建设。未来的电动车市场庞大，充电站会像加油站一样普及，那么对应装置的使用就需要一套智能化的服务系统，车主可以通过VR虚拟技术实现对充电站的查询。同时，在充电站，车主通过移动支付平台，充电站通过扫描车牌号就可以便捷地对电动车进行充电。图4是对APP平台开发的规划流程图。另外，利用停车场地下的空间安装装置，在车主上班时间实现对汽车的充电。此外，装置还可以家用，通过定时功能在后半夜对汽车充电，避开用电高峰期[3]。

4 结语

本文所述的一种互联网电动汽车自动充电装置具有操作简单、结构紧凑、成本低廉及安装便捷等诸多优点，充电方案采用机械折叠升降装置，并采用激光引导，既节省空间，又能有效避免车辆出库入库时可能与充电桩发生碰撞，大大提高了充电装置的安全性。此外，该装置还能实现对车辆的自动充电，大大简化了充电过程。充电装置所使用的机械结构和控制算法在自动化生产领域已获得相当成熟的应用，只需将现有的机械结构加以改动，便可实现在自动充电领域的应用，具有较高的可行性。

参考文献：

[1]中国计量大学.电动汽车充电装置：CN201710029783.X[P].2017-04-26.

[2]狄海俊，张圣，黄伟军.基于GSM短信的电动汽车充电装置控制系统的设计[J].科技创新导报，2012（28）：47.

[3]王振华，王全海，宋海飞，等.电动汽车充电桩主动充电控制策略[J].测控技术，2017（12）：90-92.