一种基于智能技术的分布式车位锁的设计与实现

甘露 张愫恒 林蓥珊 罗晶心

摘要：针对燃油车辆占用充电桩车位的问题，设计了一种基于智能技术的分布式车位锁，通过车牌识别、车辆感应、车位锁监控等功能，避免燃油车辆占用充电桩车位，提高了充电站管理水平，提升了新能源汽车用户的充电使用体验。

关键词：分布式车位锁;智能技术;充电站

0 引言

近年来随着新能源技术的快速发展，新能源汽车进入了高速发展阶段，与此同时，充电站、充电桩等新能源汽车的配套基础设施建设步伐也不断加快。相关调查显示，2019年我国新能源汽车的充电桩保有量已经达到108万台。但是，在充电站实际使用过程中，经常会出现燃油车辆占用充电桩车位的情况，导致电动汽车无法使用充电桩，对充电站的日常管理以及大众的使用体验造成了不良影响。

1 项目设计

1.1    项目概况

随着新能源汽车的迅速发展，我国电动汽车充电站不断增多，如何对充电站进行高效管理已经成为新能源汽车发展中亟待解决的一个问题[1]。鉴于充电站自身管理问题以及大众观念问题，当前经常出现燃油车辆占用充电桩的情况，对于电动汽车的正常充电产生不利影响，也影响到充电站的日常管理[2]。

针对上述问题，本次设计旨在解决充电站专用车位被燃油车辆占用的问题，引入智能技术，设计出了一种适用于电动汽车充电站的分布式车位锁管理系统。本次设计的分布式车位锁系统能够有效区分新能源汽车和燃油车，实现车牌识别、车位锁监控、车位锁升降、车位锁升降遥控、车輛检测功能，车牌识别率达到99%，响应时间为200 ms，工作环境温度为-25～70 ℃，工作环境湿度<90%，防水性能达到IP67，系统金属部件拥有防锈（防氧化）保护，系统电路拥有三防保护（防潮湿、防霉变、防盐雾），抗压性能为8 t，防撞性能为正反45°锁死。

1.2    功能要求

根据充电站管理需求，本次设计的分布式车位锁需要实现以下5项功能：

（1）车牌识别：车牌识别模块安装在停车位的充电桩侧，正对整个停车位，其车牌识别区域设置为停车位。车辆进入识别区域，车牌识别摄像机检测到车辆，拍照识别出车辆信息，上报给车位锁监控单元。车位锁监控单元判断并存储车牌信息：1）如果来车是新能源车或者白名单车辆并且有可用车位，则执行开锁;2）如果来车是燃油车辆或者黑名单车辆，则不执行开锁命令并告警指示。

（2）车位锁监控：车位锁监控实时监控站内车牌，识别摄像头识别信息、车位锁状态信息和车位内车辆状态信息。车位锁监控检测到准入车辆，控制对应车位锁落下，设定时间没有停入车辆或者车辆开走一定时间后控制车位锁升起。车位锁上升遇阻一定时间后控制升起，车位锁下降遇阻一定时间后控制下降。预留与后台软件通信功能，查看锁及车位状态，控制车位锁升起落下[3]。同时车位锁监控系统维护车位锁状态，当上升遇阻、下降遇阻时，系统负责恢复车位锁状态。

（3）车位锁升降：车位锁接收车位锁监控命令，并根据相应指令控制车位锁升起落下。当车位锁上升遇阻、下降遇阻、非法强压等状况时开启报警装置。

（4）遥控车位锁升降：系统每个车位锁附带一个单路遥控开关，车位锁监控通过接收远程遥控或现场遥控器信号控制对应车位锁升起落下。

（5）车辆检测：检测地感线圈上方车辆有无通过，开关量信号传输给上层模块，感应灵敏度可调。

2 系统结构

分布式车位锁管理系统内部结构如图1所示。

（1）车牌识别摄像头：对进入识别区域的车辆信息进行识别，上报给车位锁监控。上报的车辆信息包括：车辆类型、车牌号、车牌颜色等。通过软件可设置相机识别的触发方式、场景选择、识别距离、来车方向。通过测试软件可实时显示相机当前监控的图像信息及识别车辆信息。

（2）车位锁监控模块：车位锁监控模块是该系统的总控单元。和车位锁监控单元连接的主要模块有：智能车位锁、车牌识别摄像机、无线遥控开关等。车位锁监控单元实时监控的模块信息包括：车牌摄像机识别信息、车位锁状态信息、车位内车辆状态信息和无线遥控开关状态信息。

（3）车位锁：接受车位锁监控的管理和控制，配合车位锁监控实现对充电车位的管理和控制，主要包括车位锁结构设计优化、车位锁控制板软硬件设计和实现。

车位锁结构优化，通过研发、设计、选型、改造等方式优化车位锁结构，达到抗压、防撞、美观、坚固、耐用的目的，减少用户现场维护工作量。

车位锁控制板卡软硬件设计和实现：车位锁应支持5位32个地址拨码开关设定。结合车位锁结构，通过光电开关实时采集车位锁摇臂当前状态，通过开入量采集车辆检测模块有车无车状态，上报给车位锁监控;接受车位锁监控控制的车位锁摇臂升起落下;上升遇阻、下降遇阻、非法强压状态的检测和报警;车位可以显示“进入/禁止进入”LED灯光提示。

（4）无线遥控模块：每台车位锁监控单元配备一个无线遥控开关，包含信号发送模块和接收模块。接收模块将接收到的信号转换为开关量。将接收模块接入到车位锁监控的隔离输入端子1。开关选用自锁开关，用户按下开关一次，接收模块控制继电器动作一次，车位锁监控检测到开入状态改变控制道闸放行一次，控制一个空闲车位的车位锁落下供临时车使用。

（5）车辆感应模块：检测地感线圈上方有无车辆，通过开关量信号传输给上层模块（道闸控制板或车位锁控制板），感应灵敏度可调。车辆检测模块线圈施工参考《车辆检测线圈施工指南》。

（6）配置与调试模块：系统参数配置采用可直读的文本格式存储在SD卡中。使用文本编辑器即可编辑，无需特别配置工具。此外，系统预留调试串口可以实时获取车位锁监控管理车位的车位锁状态、有车无车状态、车位锁启用/禁用状态、车位锁通信状态、开锁原因、闭锁原因，显示给测试人员。

3 系统控制逻辑

（1）本次设计的分布式车位锁的来车识别开锁流程如图2所示。系统通过摄像头进行来车检测，对车牌分析判断是新能源汽车（绿牌）还是燃油车（蓝牌），另可通过系统手工录入白名單和黑名单车牌号，对于绿牌及白名单车牌执行开锁命令，开锁成功后持续执行无车闭锁监视，如果开锁失败则提示车锁故障;如蓝牌或黑名单车牌则将执行报警操作[4]。

（2）本次设计的分布式车位锁的遥控开锁流程如图3所示。系统接收到遥控命令后下发开锁命令，系统执行开锁命令，开锁成功后持续执行无车闭锁监视，开锁失败则提示车锁故障。

（3）本次设计的分布式车位锁的系统状态切换逻辑如图4所示，主要包括闭锁无车、开锁无车、开锁有车、闭锁有车4个状态，其中闭锁有车为故障状态。

4 结语

伴随着新能源充电站的快速增加，燃油车占用充电桩已经成为影响充电站日常管理的重要问题，本次研究旨在设计一种基于智能技术的分布式车位锁，以解决燃油车占用充电车位的问题。本次研究设计的分布式车位锁系统能够实现车牌识别、车位锁监控、车位锁升降、遥控车位锁升降、车辆检测功能，系统结构主要包括车牌识别摄像头、车位锁监控模块、车位锁、无线遥控模块、车辆感应模块、配置与调试模块等。通过实践测试，本次设计的分布式车位锁能够基本实现充电站车位锁闭功能，并可以遥控开锁，解决了燃油车占用充电桩的问题，可以在市场中推广应用。

[参考文献]

[1] 宋博，李磊，王玉涛.基于单片机的遥控智能车位锁设计[J].电脑知识与技术，2016，12（18）：227-229.

[2] 白志青，李言武.基于单片机的智能伸缩型车位锁设计[J].淮海工学院学报（自然科学版），2018，27（2）：37-40.

[3] 李渊博，张红雨，牛嘉祥.基于蓝牙的智能车位锁设计[J].电子设计工程，2017，25（13）：126-129.

[4] 丁苍璧，陆子堃，殷若宬.智能车位锁的设计与实现[J].无线互联科技，2018（14）：74-77.

收稿日期：2020-01-21

作者简介：甘露（1989—），女，福建古田人，硕士，工程师，主要从事电力行业工作。