基于GPS定位检测的一体化充电桩 |
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| 申请号 | CN201710648970.6 | 申请日 | 2016-02-04 | 公开(公告)号 | CN107437835A | 公开(公告)日 | 2017-12-05 |
| 申请人 | 魏芳; | 发明人 | 魏芳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种基于GPS 定位 检测的一体化充电桩，包括 汽车 检测设备、充电桩主体架构、排气管检测设备和频分双工通信设备，汽车检测设备用于检测充电桩附近道路是否有汽车通过，排气管检测设备用于检测通过汽车的车辆类型，充电桩主体架构内包括凌阳SPCE061A芯片，充电桩主体架构用于对电动汽车充电，凌阳SPCE061A芯片与汽车检测设备、排气管检测设备和频分双工通信设备分别连接。通过本发明，能够在为电动汽车提供更方便的充电服务的同时，对周围道路的车辆类型进行统计，从而为城市 电动车 管理者提供有价值的参考数据。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于GPS定位检测的一体化充电桩，所述充电桩包括汽车检测设备、充电桩主体架构、排气管检测设备和频分双工通信设备，汽车检测设备用于检测充电桩附近道路是否有汽车通过，排气管检测设备用于检测通过汽车的车辆类型，充电桩主体架构内包括凌阳SPCE061A芯片，充电桩主体架构用于对电动汽车充电，凌阳SPCE061A芯片与汽车检测设备、排气管检测设备和频分双工通信设备分别连接。 |
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| 说明书全文 | 基于GPS定位检测的一体化充电桩技术领域[0002] 本发明涉及充电桩领域，尤其涉及一种基于GPS定位检测的一体化充电桩。 背景技术[0003] 相比较传统能源的汽车，电动汽车因为具有以下优点而被人们逐渐接受：(1)零排放。纯电动汽车使用电能，在行驶中无废气排出，不污染环境；(2)电动汽车比汽油机驱动汽车的能源利用率要高；(3)因使用单一的电能源，省去了发动机、变速器、油箱、冷却和排气系统，所以结构较简单；(4)噪声小；(5)可在用电低峰时进行汽车充电，可以平抑电网的峰谷差，使发电设备得到充分利用。 [0004] 电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别(异)在于四大部件，驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言，他由公用充电桩完成充电。电动汽车之品质差异取决于这四大部件，其价值高低也取决于这四大部件的品质。电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。 [0005] 电动汽车因为内部构造的原因，使得其相对传统能源汽车来说，具有各个方面的优势，然而，制约电动汽车发展的一个主要原因在于其充电电网的配置很难与电动汽车的分布情况相适应，如果布置太多充电桩，虽然能够避免电动汽车无电可充的情况发生，但是却占用太多资源，给经营者带来难以承受的经济负担，相反，如果只在电动汽车出现频繁的道路旁边布置充电桩，虽然减少了对资源的占用，但一方面，电动汽车出现频繁的判断一般依靠过往的经验，判断不够科学，另一方面，容易造成电动汽车难以寻找到充电桩的情况发生，给电动汽车用户带来时间和经济上的损失。同时，现有技术中的电动汽车的充电桩结构设计过于简单，功能单一，导致其主要功能即充电功能的效率低下，也无法满足电动汽车用户的各种附加用户需求。 [0006] 因此，需要一种新型充电桩，能够在电动汽车的充电桩上增加多个用于统计附近道路车辆类型的功能设备，实现对附近道路车辆类型的准确统计和及时上报，保证数据的科学性，而且能够优化了现有技术中的充电桩结构，提高了充电桩的充电效率，增加充电桩的辅助功能。 发明内容[0007] 为了解决上述问题，本发明提供了一种基于GPS定位检测的一体化充电桩，在充电桩本身上集成了汽车检测设备以确定附近道路有汽车通过，集成排气管检测设备以确定附近道路的汽车是否为电动车，并利用频分双工通信设备将车辆类型统计新型发送到远端的电动车信息采集中心位置处的服务器以进行统一规划，确定对应位置的充电桩设置的必要性以及设置的数量，同时，采用充电桩主体架构作为充电桩的充电功能设备和辅助功能设备，保证电动汽车的高效充电，方便电动汽车用户的使用。 [0008] 根据本发明的一方面，提供了一种基于GPS定位检测的一体化充电桩，所述充电桩包括汽车检测设备、充电桩主体架构、排气管检测设备和频分双工通信设备，汽车检测设备用于检测充电桩附近道路是否有汽车通过，排气管检测设备用于检测通过汽车的车辆类型，充电桩主体架构内包括凌阳SPCE061A芯片，充电桩主体架构用于对电动汽车充电，凌阳SPCE061A芯片与汽车检测设备、排气管检测设备和频分双工通信设备分别连接。 [0009] 更具体地，在所述基于GPS定位检测的一体化充电桩中，包括：汽车检测设备，包括存储设备和GPRS通信设备，存储设备用于预先存储GPS电子地图，GPRS通信设备与存储设备连接，接收交管中心发送的、GPS电子地图中汽车检测设备附近道路上行驶车辆的GPS实时数据，当GPS实时数据与汽车检测设备GPS位置相符合时，发出汽车通过信号；充电桩主体架构，包括交流电接收设备、凌阳SPCE061A芯片、读卡器、打印机、显示屏、电能表、充电枪、三相插座、第一电涌保护设备、第二电涌保护设备、第一断路器、第二短路器、第一漏电保护设备、第二漏电保护设备、开关电源和电源转换设备；交流电接收设备用于接收交流线路，交流线路包括交流电源线和中线；第一断路器的输入端与交流电接收设备连接，输出端与电能表的电源输入端连接，相应地，第一断路器的输入端和输出端都包括交流电源线和中线两条线路，第一断路器包括两个开关，分别位于交流电源线和中线上；第一漏电保护设备的两端与第一断路器输入端的中线、输出端的中线分别连接；第一电涌保护设备与第一断路器的输出端连接；第二断路器的输入端与交流电接收设备连接，输出端与开关电源的输入端连接，相应地，第二断路器的输入端和输出端都包括交流电源线和中线两条线路，第二断路器包括两个开关，分别位于交流电源线和中线上；第二漏电保护设备的两端与第二断路器输入端的中线、输出端的中线分别连接；第二电涌保护设备与第二断路器的输出端连接；电能表的电源输出端与充电枪的输入端连接，电能表的数据输出端与凌阳SPCE061A芯片的RS485串口连接；充电枪的输出端包括三条线路，除了通过充电枪的输入端连接电能表的输出端的交流电源线和中线之外，还包括接地线；电源转换设备，包括太阳能供电器件、切换开关和电压转换器，切换开关与太阳能供电器件和第二断路器的输出端分别连接，根据太阳能供电器件处的输出电压大小决定是否切换到第二断路器的输出端以由第二断路器的输出端供电，电压转换器与切换开关连接，用于将通过切换开关输入的电压转换为5V电压、 3.3V电压或12V电压，为凌阳SPCE061A芯片、读卡器和显示屏提供电力供应；读卡器与凌阳SPCE061A芯片的第一RS232串口连接；打印机通过串口与凌阳SPCE061A芯片的第二RS232串口连接，打印机的电源接收端还与开关电源的输出端连接；显示屏与凌阳SPCE061A芯片的并行数据接口连接；频分双工通信设备，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路；SD存储卡，预先存储了黑白阈值和像素数阈值，所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所述SD存储卡还预先存储了多个灰度化排气管形状模版，每一个灰度化排气管形状模版为对不同类型用油汽车基准排气管进行拍摄所得到的排气管图像执行灰度化处理而获得；高清摄像头，用于对充电桩附近道路进行拍摄，以获得附近道路图像，所述附近道路图像的分辨率为3840×2160；排气管检测设备，与高清摄像头连接，包括灰度化处理子设备、图像预处理子设备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和目标识别子设备，所述灰度化处理子设备与所述高清摄像头连接，以对所述附近道路图像执行灰度化处理以获得灰度化道路图像；所述图像预处理子设备与所述灰度化处理子设备连接，以对所述灰度化道路图像依次执行对比度增强和自适应递归滤波处理以获得预处理道路图像；所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所述SD存储卡分别连接，将所述预处理道路图像的每一个像素的灰度值与所述黑白阈值分别比较，当像素的灰度值大于所述黑白阈值时，将像素记为白色像素，当像素的灰度值小于所述黑白阈值时，将像素记为黑色像素，从而获得二值化道路图像；所述列边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述SD存储卡分别连接，用于对所述二值化道路图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的列记为边缘列；所述行边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述SD存储卡分别连接，用于对所述二值化道路图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘行；所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所述二值化道路图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述SD存储卡分别连接，将所述目标子图像与所述多个灰度化排气管形状模版匹配，匹配成功，则输出存在用油汽车信号，并输出对应的用油汽车车型，匹配失败，则输出不存在用油汽车信号；凌阳SPCE061A芯片与频分双工通信设备、排气管检测设备和汽车检测设备分别连接，当接收到汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到汽车通过信号且接收到存在用油汽车信号时，用油汽车数量自加1，电动汽车数量为汽车数量减去用油汽车数量，汽车数量、用油汽车数量和电动汽车数量每天自动清零，凌阳SPCE061A芯片通过频分双工通信设备将汽车数量、用油汽车数量和电动汽车数量发送给远端的电动汽车信息采集中心位置处的服务器。 [0010] 更具体地，在所述基于GPS定位检测的一体化充电桩中，所述充电桩还包括：计时器，用于提供计时信号。 [0011] 更具体地，在所述基于GPS定位检测的一体化充电桩中：计时器与凌阳SPCE061A芯片连接。 [0012] 更具体地，在所述基于GPS定位检测的一体化充电桩中：凌阳SPCE061A芯片内置有计时器。 [0014] 以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中： [0015] 图1为根据本发明实施方案示出的基于GPS定位检测的一体化充电桩的结构方框图。 [0016] 附图标记：1汽车检测设备；2充电桩主体架构；3排气管检测设备；4频分双工通信设备 具体实施方式[0017] 下面将参照附图对本发明的基于GPS定位检测的一体化充电桩的实施方案进行详细说明。 [0018] 电动汽车发展的瓶颈之一在于电动汽车的充电网络建设模式与电动汽车的充电需求难以适应，在充电设施推进过程中，电动汽车的管理者如果为了满足每一条道路都可能存在电力耗尽的电动汽车的需要，则需要在城市每一条道路附近都设置数量充足的充电桩，然而这样容易导致城市内布满了过多的充电桩，实际上很多充电桩处于无电动汽车可充电的空闲状态，占用了过多的城市空间资源和充电硬件资源，给充电桩的维护带来难题。 [0019] 但是，如果电动汽车的管理者只选择在繁华地段或者凭经验确定的电动汽车数量较多的地段设置充电桩，其他位置不设置充电桩的方式，虽然能够节省大量城市空间资源和充电硬件资源，方便充电桩的维护，缺陷在于，这种方式容易导致一些地段的电动汽车找不到充电桩的情况发生，使得电动汽车用户陷入汽车电力耗尽而搁浅在道路上的尴尬局面。 [0020] 同时，现有技术中的电动汽车的充电桩结构较为粗放，设计不够合理，导致充电效率不高，而且，现有技术中的电动汽车的功能较为单一，无法满足电动汽车用户的使用需求，导致用户体验较差。 [0021] 为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于GPS定位检测的一体化充电桩，能够采集附近道路经过的汽车总数、电动车数量和非电动车数量，并将采集到的车辆类型信息实时发送到电动汽车的管理服务器上以便于电动汽车的管理者进行整体统计，确定对应道路的充电桩设置模式，避免资源浪费或充电设备不足，同时充电桩的结构被优化，从而能够满足电动汽车用户的各种需求。 [0022] 图1为根据本发明实施方案示出的基于GPS定位检测的一体化充电桩的结构方框图，所述充电桩包括汽车检测设备、充电桩主体架构、排气管检测设备和频分双工通信设备，汽车检测设备用于检测充电桩附近道路是否有汽车通过，排气管检测设备用于检测通过汽车的车辆类型，充电桩主体架构内包括凌阳SPCE061A芯片，充电桩主体架构用于对电动汽车充电，凌阳SPCE061A芯片与汽车检测设备、排气管检测设备和频分双工通信设备分别连接。 [0023] 接着，继续对本发明的基于GPS定位检测的一体化充电桩的具体结构进行进一步的说明。 [0024] 所述充电桩包括：汽车检测设备，包括存储设备和GPRS通信设备，存储设备用于预先存储GPS电子地图，GPRS通信设备与存储设备连接，接收交管中心发送的、GPS电子地图中汽车检测设备附近道路上行驶车辆的GPS实时数据，当GPS实时数据与汽车检测设备GPS位置相符合时，发出汽车通过信号。 [0025] 所述充电桩包括：充电桩主体架构，包括交流电接收设备、凌阳SPCE061A芯片、读卡器、打印机、显示屏、电能表、充电枪、三相插座、第一电涌保护设备、第二电涌保护设备、第一断路器、第二短路器、第一漏电保护设备、第二漏电保护设备、开关电源和电源转换设备。 [0026] 交流电接收设备用于接收交流线路，交流线路包括交流电源线和中线；第一断路器的输入端与交流电接收设备连接，输出端与电能表的电源输入端连接，相应地，第一断路器的输入端和输出端都包括交流电源线和中线两条线路，第一断路器包括两个开关，分别位于交流电源线和中线上；第一漏电保护设备的两端与第一断路器输入端的中线、输出端的中线分别连接；第一电涌保护设备与第一断路器的输出端连接。 [0027] 第二断路器的输入端与交流电接收设备连接，输出端与开关电源的输入端连接，相应地，第二断路器的输入端和输出端都包括交流电源线和中线两条线路，第二断路器包括两个开关，分别位于交流电源线和中线上；第二漏电保护设备的两端与第二断路器输入端的中线、输出端的中线分别连接；第二电涌保护设备与第二断路器的输出端连接；电能表的电源输出端与充电枪的输入端连接，电能表的数据输出端与凌阳SPCE061A芯片的RS485串口连接。 [0028] 充电枪的输出端包括三条线路，除了通过充电枪的输入端连接电能表的输出端的交流电源线和中线之外，还包括接地线。 [0029] 电源转换设备，包括太阳能供电器件、切换开关和电压转换器，切换开关与太阳能供电器件和第二断路器的输出端分别连接，根据太阳能供电器件处的输出电压大小决定是否切换到第二断路器的输出端以由第二断路器的输出端供电。 [0030] 电压转换器与切换开关连接，用于将通过切换开关输入的电压转换为5V电压、3.3V电压或12V电压，为凌阳SPCE061A芯片、读卡器和显示屏提供电力供应；读卡器与凌阳SPCE061A芯片的第一RS232串口连接；打印机通过串口与凌阳SPCE061A芯片的第二RS232串口连接，打印机的电源接收端还与开关电源的输出端连接；显示屏与凌阳SPCE061A芯片的并行数据接口连接。 [0031] 所述充电桩包括：频分双工通信设备，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路。 [0032] 所述充电桩包括：SD存储卡，预先存储了黑白阈值和像素数阈值，所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所述SD存储卡还预先存储了多个灰度化排气管形状模版，每一个灰度化排气管形状模版为对不同类型用油汽车基准排气管进行拍摄所得到的排气管图像执行灰度化处理而获得。 [0033] 所述充电桩包括：高清摄像头，用于对充电桩附近道路进行拍摄，以获得附近道路图像，所述附近道路图像的分辨率为3840×2160。 [0034] 所述充电桩包括：排气管检测设备，与高清摄像头连接，包括灰度化处理子设备、图像预处理子设备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和目标识别子设备。 [0035] 所述灰度化处理子设备与所述高清摄像头连接，以对所述附近道路图像执行灰度化处理以获得灰度化道路图像；所述图像预处理子设备与所述灰度化处理子设备连接，以对所述灰度化道路图像依次执行对比度增强和自适应递归滤波处理以获得预处理道路图像。 [0036] 所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所述SD存储卡分别连接，将所述预处理道路图像的每一个像素的灰度值与所述黑白阈值分别比较，当像素的灰度值大于所述黑白阈值时，将像素记为白色像素，当像素的灰度值小于所述黑白阈值时，将像素记为黑色像素，从而获得二值化道路图像。 [0037] 所述列边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述SD存储卡分别连接，用于对所述二值化道路图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的列记为边缘列；所述行边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述SD存储卡分别连接，用于对所述二值化道路图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘行。 [0038] 所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所述二值化道路图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述SD存储卡分别连接，将所述目标子图像与所述多个灰度化排气管形状模版匹配，匹配成功，则输出存在用油汽车信号，并输出对应的用油汽车车型，匹配失败，则输出不存在用油汽车信号。 [0039] 凌阳SPCE061A芯片与频分双工通信设备、排气管检测设备和汽车检测设备分别连接，当接收到汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到汽车通过信号且接收到存在用油汽车信号时，用油汽车数量自加1，电动汽车数量为汽车数量减去用油汽车数量，汽车数量、用油汽车数量和电动汽车数量每天自动清零，凌阳SPCE061A芯片通过频分双工通信设备将汽车数量、用油汽车数量和电动汽车数量发送给远端的电动汽车信息采集中心位置处的服务器。 [0040] 可选地，所述充电桩还包括：计时器，用于提供计时信号；计时器与凌阳SPCE061A芯片连接；凌阳SPCE061A芯片内置有计时器；以及打印机可选为微型打印机。 [0041] 另外，GPS的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。 [0042] 为此，美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于1967年、1969年和1974年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS精确定位的基础。而美国空军则提出了 621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1％时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局(JPO)领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。 [0043] 采用本发明的基于GPS定位检测的一体化充电桩，针对现有技术难于实现电动汽车便利充电和节省城市公共空间资源之间的均衡的技术问题，首先，采用本地采集数据的方式，通过在充电桩本地上设置有针对性的汽车车辆类型检测设备，完成对附近道路的汽车类型的统计，以用作管理者决策的数据基础，实现电动汽车便利充电和节省城市公共空间资源之间的均衡，其次，优化的充电桩的内部结构和辅助结构，从充电桩的各个性能方面都给予提高，改善电动汽车用户的使用体验。 |
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