技术领域
[0001] 本
发明涉及交流充电桩领域，尤其涉及一种无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩。
背景技术
[0002] 发展电动汽车是一项庞大的系统工程，包括动
力电池组生产、电动汽车生产、配套充
电网络建设、整车及配件维护等方面。其中，配套充电网络就是一项必不可少的
支撑系统，类似于传统燃油汽车的加油站一样，是电动汽车推广的先决条件。
[0003] 电动汽车的
电能补充可以采用两种方式：更换电池组、整车充电。充电桩是提供便捷即时或者泊车位整车充电服务的主要设备，然而在使用充电桩进行充电前期，人们往往需要充电卡才能实现充电付款，充电卡可以循环充值，但是，当充电桩周边不设有充值站，而充电卡内明显余额不足的情况下，人们将无法进行充电，电动汽车也将无法进行正常驾驶。
发明内容
[0004] 为了解决上述问题，本发明提供了一种无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩，通过优化交流充电桩主体结构，使其作为城市公共服务的一体化
硬件载体，同时，采用车辆类型识别设备和
射频识别设备分别对附近的电动汽车数量和汽车总量进行统计，并采用本地显示设备进行显示，从而有利于本地交流充电桩的管理者进行实时管理。
[0005] 根据本发明的一方面，提供了一种无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩，所述充电桩包括LED显示设备、充电桩主体结构、MSP430
单片机、计时器、TF存储卡、车辆类型识别设备和射频识别设备，充电桩主体结构用于对电动汽车的电池组进行充电，射频识别设备用于检测附近道路是否有汽车通过，TF存储卡和车辆类型识别设备用于识别通过汽车的类型，MSP430单片机与LED显示设备、充电桩主体结构、计时器、车辆类型识别设备和射频识别设备分别连接，用于将通行汽车的类型统计结果本地显示在LED显示设备上。
[0006] 更具体地，在所述无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩中，包括：充电桩主体结构，设置在机柜内，包括市电连接
接口、
散热片、电源分流设备、
温度检测设备、交流双向可控
硅、计量设备、电源转换设备、收费设备、充电插座和触摸显示设备；市电连接接口与市电线路连接，用于接收并输出交流电；电源分流设备与市电连接接口连接，包括空气
开关、漏电保护器和分流
端子排，空气开关与市电连接接口连接，漏电保护器与空气开关连接，分流端子排与漏电保护器连接，分流端子排与电源转换设备连接；交流双向可控硅为一可控开关器件，设置在电源分流设备和计量设备之间，与MSP430单片机连接，用于在MSP430单片机的控制下，控制自身输入端和输出端的连接和断开；温度检测设备设置在
散热片上，与MSP430单片机连接，用于检测机柜内部温度并将机柜内部温度发送给MSP430单片机，以为MSP430单片机对交流双向可控硅的控制提供参考
信号；电源转换设备与市电连接接口连接，将市电连接接口输入的交流电进行转换，以分别为MSP430单片机、收费设备和触摸显示设备提供电力供应；计量设备与交流双向可控硅连接，用于检测经过充电插座为电动汽车的电池进行充电的电量数额；MSP430单片机，与收费设备、触摸显示设备和计量设备分别连接，用于基于计量设备输出的电量数额确定收费金额，将收费金额发送给收费设备以为电动汽车用户提供交费接口，触摸显示设备用于为电动汽车用户提供的
人机交互接口；射频识别设备，设置在充电桩附近道路的正上方，用于检测过往目标中具有射频识别卡的汽车，在检测到具有射频识别卡的汽车时发出汽车通过信号，射频识别卡为汽车所携带的、集成ETC通行功能的卡片；TF存储卡，预先存储了电动汽车灰度上限
阈值、电动汽车灰度下限阈值和各类电动汽车基准
模版，所述电动汽车灰度上限阈值和所述电动汽车灰度下限阈值用于将图像中的电动汽车与背景分离，所述各类电动汽车基准模版为对各类基准电动汽车预先进行拍摄所得到的各个图像；摄像设备，包括辅助照明器件和CMOS摄像头，所述辅助照明器件为所述CMOS摄像头的拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对充电桩附近道路进行拍摄，以获得附近道路图像；车辆类型识别设备，与TF存储卡和CMOS摄像头分别连接，包括边缘增强子设备、Haar小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备；所述边缘增强子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述附近道路图像执行边缘增强处理以获得边缘增强图像；所述Haar小波滤波子设备与所述边缘增强子设备连接，用于对所述边缘增强图像采用基于2阶Haar小波基的小波滤波处理，以滤除所述边缘增强图像中的高斯噪声，获得小波滤波图像；所述中值滤波子设备与所述Haar小波滤波子设备连接，用于对所述小波滤波图像执行中值滤波处理，以获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子设备与所述中值滤波子设备连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的
对比度，获得对比度增强图像；所述目标分割子设备与所述尺度变换增强子设备和所述TF存储卡分别连接，将所述对比度增强图像中
像素灰度值在所述电动汽车灰度上限阈值和所述电动汽车灰度下限阈值之间的所有像素组成电动汽车子图像；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述TF存储卡分别连接，将所述电动汽车子图像与各类电动汽车基准模版逐一匹配，匹配成功，则输出存在电动汽车信号，并输出匹配成功的电动汽车基准模版对应的电动汽车类型作为目标电动汽车类型，匹配失败，则输出不存在电动汽车信号；计时器，用于实时发送计时信号；LED显示设备，与MSP430单片机连接，用于实时显示汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量；MSP430单片机还与计时器、车辆类型识别设备和射频识别设备分别连接，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电动汽车信号时，电动汽车数量自加1，非电动汽车数量为汽车数量减去电动汽车数量，汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量每月自动清零；其中，充电插座与计量设备连接，用于容纳电动汽车的充电插头，为电动汽车的电池进行充电。
[0007] 更具体地，在所述无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩中：所述电动汽车灰度上限阈值和所述电动汽车灰度下限阈值的取值范围均为0-255。
[0008] 更具体地，在所述无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩中：所述电动汽车灰度上限阈值大于所述电动汽车灰度下限阈值。
[0009] 更具体地，在所述无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩中：替换地，采用MSP430单片机的内置
定时器替换计时器。
[0010] 更具体地，在所述无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩中：LED显示设备位于充电桩主体结构的机柜
外壳的侧面上。
附图说明
[0011] 以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
[0012] 图1为根据本发明实施方案示出的无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩的结构方
框图。
[0013] 附图标记：1 LED显示设备；2充电桩主体结构；3 MSP430单片机；4计时器；5 TF存储卡；6车辆类型识别设备；7射频识别设备
具体实施方式
[0014] 下面将参照附图对本发明的无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩的实施方案进行详细说明。
[0015] 电动汽车的驱动
电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或
直接驱动车轮和工作装置。但直流电动机由于存在换向火花，功率小、效率低，维护保养工作量大；随着
电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机(BLDCM)、开关磁阻电动机(SRM)和交流异步电动机所取代，如无外壳盘式轴向
磁场直流串励电动机。
[0016] 电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的
电压或
电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
[0017] 早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接
电阻或改变电动机磁场线圈的
匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的
能量消耗或使用电动机的结构复杂，现已很少采用。应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在
电子电力技术的不断发展中，他也逐渐被其他电力晶体管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型
驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。
[0018] 在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠
接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得
电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场
三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的
制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。
[0019] 在交流电动汽车的发展过程中，限制其大规模使用的
瓶颈之一在于配套的充电设备无法满足交流电动汽车的需求。对交流电动汽车进行充电的设备为交流充电桩，由于电动汽车行驶在各条道路上，每一条道路都可能存在即将耗尽电力的交流电动汽车，因此，实际上交流电动汽车对交流充电桩的需求应该是铺设在每条道路附近。然而，如果电动汽车的管理者或推广者如果真正将交流充电桩设置在每条道路附近，则对城市公共空间的占据量是一个庞大的数字，并带来巨大的经济开销。
[0020] 由此可见，
现有技术中缺乏均衡电动汽车需求和节省运营成本的具体设备，而且，现有技术中的交流充电桩充电结构落后，除了充电，很少有其他辅助功能，从而导致了交流充电桩的充电效率低下，无法满足电动汽车用户的日益增长的各种需求。
[0021] 为了克服上述不足，本发明搭建了一种无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩，能够为解决均衡电动汽车需求和节省运营成本提供有价值的参考数据，为城市电动汽车管理者或推广者解决这一难题的契机，同时为能够根据附近道路的电动汽车数量决定是否开启电动桩提供准确的依据，而且能够改良自身结构，增加更多的功能设备，方便电动汽车用户的使用。
[0022] 图1为根据本发明实施方案示出的无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩的结构方框图，所述充电桩包括LED显示设备、充电桩主体结构、MSP430单片机、计时器、TF存储卡、车辆类型识别设备和射频识别设备，充电桩主体结构用于对电动汽车的电池组进行充电，射频识别设备用于检测附近道路是否有汽车通过，TF存储卡和车辆类型识别设备用于识别通过汽车的类型，MSP430单片机与LED显示设备、充电桩主体结构、计时器、车辆类型识别设备和射频识别设备分别连接，用于将通行汽车的类型统计结果本地显示在LED显示设备上。
[0023] 接着，继续对本发明的无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩的具体结构进行进一步的说明。
[0024] 所述充电桩包括：充电桩主体结构，设置在机柜内，包括市电连接接口、散热片、电源分流设备、温度检测设备、交流双向可控硅、计量设备、电源转换设备、收费设备、充电插座和触摸显示设备。
[0025] 市电连接接口与市电线路连接，用于接收并输出交流电；电源分流设备与市电连接接口连接，包括空气开关、漏电保护器和分流端子排，空气开关与市电连接接口连接，漏电保护器与空气开关连接，分流端子排与漏电保护器连接，分流端子排与电源转换设备连接。
[0026] 交流双向可控硅为一可控开关器件，设置在电源分流设备和计量设备之间，与MSP430单片机连接，用于在MSP430单片机的控制下，控制自身输入端和输出端的连接和断开；温度检测设备设置在散热片上，与MSP430单片机连接，用于检测机柜内部温度并将机柜内部温度发送给MSP430单片机，以为MSP430单片机对交流双向可控硅的控制提供参考信号。
[0027] 电源转换设备与市电连接接口连接，将市电连接接口输入的交流电进行转换，以分别为MSP430单片机、收费设备和触摸显示设备提供电力供应；计量设备与交流双向可控硅连接，用于检测经过充电插座为电动汽车的电池进行充电的电量数额。
[0028] 所述充电桩包括：MSP430单片机，与收费设备、触摸显示设备和计量设备分别连接，用于基于计量设备输出的电量数额确定收费金额，将收费金额发送给收费设备以为电动汽车用户提供交费接口，触摸显示设备用于为电动汽车用户提供的人机交互接口。
[0029] 所述充电桩包括：射频识别设备，设置在充电桩附近道路的正上方，用于检测过往目标中具有射频识别卡的汽车，在检测到具有射频识别卡的汽车时发出汽车通过信号，射频识别卡为汽车所携带的、集成ETC通行功能的卡片。
[0030] 所述充电桩包括：TF存储卡，预先存储了电动汽车灰度上限阈值、电动汽车灰度下限阈值和各类电动汽车基准模版，所述电动汽车灰度上限阈值和所述电动汽车灰度下限阈值用于将图像中的电动汽车与背景分离，所述各类电动汽车基准模版为对各类基准电动汽车预先进行拍摄所得到的各个图像。
[0031] 所述充电桩包括：摄像设备，包括辅助照明器件和CMOS摄像头，所述辅助照明器件为所述CMOS摄像头的拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对充电桩附近道路进行拍摄，以获得附近道路图像。
[0032] 所述充电桩包括：车辆类型识别设备，与TF存储卡和CMOS摄像头分别连接，包括边缘增强子设备、Haar小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备。
[0033] 所述边缘增强子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述附近道路图像执行边缘增强处理以获得边缘增强图像；所述Haar小波滤波子设备与所述边缘增强子设备连接，用于对所述边缘增强图像采用基于2阶Haar小波基的小波滤波处理，以滤除所述边缘增强图像中的高斯噪声，获得小波滤波图像。
[0034] 所述中值滤波子设备与所述Haar小波滤波子设备连接，用于对所述小波滤波图像执行中值滤波处理，以获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子设备与所述中值滤波子设备连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得对比度增强图像。
[0035] 所述目标分割子设备与所述尺度变换增强子设备和所述TF存储卡分别连接，将所述对比度增强图像中像素灰度值在所述电动汽车灰度上限阈值和所述电动汽车灰度下限阈值之间的所有像素组成电动汽车子图像；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述TF存储卡分别连接，将所述电动汽车子图像与各类电动汽车基准模版逐一匹配，匹配成功，则输出存在电动汽车信号，并输出匹配成功的电动汽车基准模版对应的电动汽车类型作为目标电动汽车类型，匹配失败，则输出不存在电动汽车信号；计时器，用于实时发送计时信号。
[0036] 所述充电桩包括：LED显示设备，与MSP430单片机连接，用于实时显示汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量。
[0037] MSP430单片机还与计时器、车辆类型识别设备和射频识别设备分别连接，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电动汽车信号时，电动汽车数量自加1，非电动汽车数量为汽车数量减去电动汽车数量，汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量每月自动清零。
[0038] 其中，充电插座与计量设备连接，用于容纳电动汽车的充电插头，为电动汽车的电池进行充电。
[0039] 可选地，在所述无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩中：所述电动汽车灰度上限阈值和所述电动汽车灰度下限阈值的取值范围均为0-255；所述电动汽车灰度上限阈值大于所述电动汽车灰度下限阈值；替换地，采用MSP430单片机的内置定时器替换计时器；以及，LED显示设备可位于充电桩主体结构的机柜外壳的侧面上。
[0040] 另外，CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，中文学名为互补金属
氧化物
半导体，他本是
计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。CMOS的制造技术和一般计算
机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像
传感器。
[0041] 对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V
电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：他去除了与其他半导体元件的所有外部
连接线。其高功耗的
驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。
[0042] CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)。
[0043] 被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor，简称PPS)，又叫无源式像素传感器，他由一个
反向偏置的光敏
二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的
PN结，他可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光敏二极管与垂直的列线(Column bus)连通。位于列线末端的电荷积分
放大器读出电路(Charge integrating amplifier)保持列线电压为一常数，当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电压
水平，与此同时，与
光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。
[0044] 主动式像素传感器(Active Pixel Sensor，简称APS)，又叫有源式像素传感器。几乎在CMOS PPS像素结构发明的同时，人们很快认识到在像素内引入
缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOS APS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积，降低了“封装
密度”，使40％～50％的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOS APS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发，所以CMOS APS的功耗比CCD图像传感器的还小。
[0045] 采用本发明的无人值守充电过程身份识别电动汽车充电桩，针对现有技术中交流充电桩无法与现有公共服务设备整合以及布局困难、结构不合理的技术问题，通过引入汽车类型检测设备和电动汽车类型检测设备分别对附近道路上的汽车和电动汽车进行识别，获得汽车类型统计数据，并通过本地显示设备进行显示，同时，对交流充电桩的充电平台进行结构优化和功能引进，提高交流充电桩的一体化程度，减少对城市公共资源的占用。
[0046] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳
实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或
修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
