CN105730275A - 基于红外线检测的多功能充电桩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于红外线检测的多功能充电桩，包括红外线传感阵列、充电桩主体结构、MMC存储卡、排气管检测设备、时分双工通信设备和AT89C51单片机，红外线传感阵列用于检测充电桩附近道路是否有汽车通过，MMC存储卡和排气管检测设备用于检测通过汽车的车辆类型，充电桩主体结构用于对电动汽车充电，AT89C51单片机与红外线传感阵列、排气管检测设备和时分双工通信设备分别连接。通过本发明，能够在为优化充电桩结构，扩展充电桩的应用功能。

Description

基于红外线检测的多功能充电桩

技术领域

本发明涉及充电桩领域，尤其涉及一种基于红外线检测的多功能充电桩。

背景技术

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。

同时，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。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。

因此，需要一种新型充电桩，能够优化充电桩的结构，从而能够满足电动汽车用户的各种需求；同时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，为确定适应的附近道路的充电桩设置模式提供重要的参考数据。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于红外线检测的多功能充电桩，一方面，对充电桩的内部结构和辅助结构进行设备实现和改良，从整体上提高充电桩的性能；另一方面，在充电桩本身上集成了识别车辆的红外线传感阵列和识别电动车辆的排气管检测设备，用于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，并通过时分双工通信设备上传给充电桩规划者，使得附近道路经过的电动汽车数量与相应位置的充电桩的配置相适应。

根据本发明的一方面，提供了一种基于红外线检测的多功能充电桩，所述充电桩包括红外线传感阵列、充电桩主体结构、MMC存储卡、排气管检测设备、时分双工通信设备和AT89C51单片机，红外线传感阵列用于检测充电桩附近道路是否有汽车通过，MMC存储卡和排气管检测设备用于检测通过汽车的车辆类型，充电桩主体结构用于对电动汽车充电，AT89C51单片机与红外线传感阵列、排气管检测设备和时分双工通信设备分别连接。

更具体地，在所述基于红外线检测的多功能充电桩中，包括：红外线传感阵列，水平设置在充电桩附近道路位置，由多个红外线传感单元组成，根据同时被触发的红外线传感单元的数量确定充电桩附近道路是否存在汽车行驶通过，当确定存在汽车行驶通过时发出汽车通过信号，其中，红外线传感阵列的水平宽度大于等于最长汽车的长度，多个红外线传感单元为等间隔均匀分布；充电桩主体结构，包括充电桩外壳、电力供应设备和电力供应插头；电力供应设备包括第一开关、第二开关、上拉电压接入端、第一电阻、第一交流电源线输入端、第一交流电源线输出端、第一中线输入端、第一中线输出端、第一接地端、电压检测器和第一输出接口，第一开关位于第一交流电源线输入端和第一交流电源线输出端之间，第二开关位于第一中线输入端和第一中线输出端之间，第一电阻的一端连接上拉电压，另一端连接电压检测器，第一输出接口包括四个输出端，分别为第一交流电源线输出端、第一中线输出端、第一接地端和第一电阻的另一端；电力供应插头包括第二交流电源线输入端、第二交流电源线输出端、第二中线输入端、第二中线输出端、第二接地端、第二电阻、第三开关、第三电阻和第二输出接口，第二交流电源线输入端、第二中线输入端和第二接地端与第一交流电源线输出端、第一中线输出端和第一接地端分别连接，第二交流电源线输出端、第二中线输出端与第二交流电源线输入端、第二中线输入端分别连接，第三电阻的一端与第一电阻的另一端连接，另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第二接地端连接，第三开关的一端与第二接地端连接，另一端与第三电阻的另一端连接，第二输出接口包括三个输出端，分别为第二交流电源线输出端、第二中线输出端和第二接地端，第二输出接口用于与电动汽车的充电插头连接；时分双工通信设备，设置在充电桩外壳上，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路；MMC存储卡，预先存储了排气管灰度上限阈值、排气管灰度下限阈值和各类排气管基准模版，排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值用于将图像中的排气管与背景分离，所述各类排气管基准模版为对各类用油汽车的基准排气管预先进行拍摄所得到的各个图像，所述排气管灰度上限阈值和所述排气管灰度下限阈值的取值范围均为0-255，所述排气管灰度上限阈值大于所述排气管灰度下限阈值；CCD拍摄设备，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MMC存储卡连接，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CCD拍摄设备连接，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连接，将所述对比度增强图像中像素灰度值在排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值之间的所有像素组成排气管子图像；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备连接，将所述排气管子图像与各类用油汽车的排气管基准模版逐一匹配，匹配成功，则输出存在排气管信号，并输出匹配成功的排气管基准模版对应的用油汽车类型，匹配失败，则输出不存在排气管信号；AT89C51单片机，设置在充电桩外壳内，与时分双工通信设备、排气管检测设备和红外线传感阵列分别连接，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排气管信号时，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周自动清零，AT89C51单片机通过时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；其中，电压检测器根据其所在位置的电压来判断电力供应插头的第二输出接口是否与电动汽车的充电插头完全连接。

更具体地，在所述基于红外线检测的多功能充电桩中，所述充电桩还包括：液晶显示屏，与AT89C51单片机连接，用于显示汽车数量、用油汽车数量和电动汽车数量。

更具体地，在所述基于红外线检测的多功能充电桩中，所述充电桩还包括：输入键盘，与AT89C51单片机连接，用于接收电动汽车用户的输入操作。

更具体地，在所述基于红外线检测的多功能充电桩中，所述充电桩还包括：定时器，用于提供定时信号。

更具体地，在所述基于红外线检测的多功能充电桩中：MMC存储卡设置在充电桩外壳内。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于红外线检测的多功能充电桩的结构方框图。

附图标记：1红外线传感阵列；2充电桩主体结构；3MMC存储卡；4排气管检测设备；5时分双工通信设备；6AT89C51单片机

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于红外线检测的多功能充电桩的实施方案进行详细说明。

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。

同时，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。

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。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于红外线检测的多功能充电桩，首先，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，丰富了充电桩的使用体验；其次，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。

图1为根据本发明实施方案示出的基于红外线检测的多功能充电桩的结构方框图，所述充电桩包括红外线传感阵列、充电桩主体结构、MMC存储卡、排气管检测设备、时分双工通信设备和AT89C51单片机，红外线传感阵列用于检测充电桩附近道路是否有汽车通过，MMC存储卡和排气管检测设备用于检测通过汽车的车辆类型，充电桩主体结构用于对电动汽车充电，AT89C51单片机与红外线传感阵列、排气管检测设备和时分双工通信设备分别连接。

接着，继续对本发明的基于红外线检测的多功能充电桩的具体结构进行进一步的说明。

所述充电桩包括：红外线传感阵列，水平设置在充电桩附近道路位置，由多个红外线传感单元组成，根据同时被触发的红外线传感单元的数量确定充电桩附近道路是否存在汽车行驶通过，当确定存在汽车行驶通过时发出汽车通过信号，其中，红外线传感阵列的水平宽度大于等于最长汽车的长度，多个红外线传感单元为等间隔均匀分布。

所述充电桩包括：充电桩主体结构，包括充电桩外壳、电力供应设备和电力供应插头。

电力供应设备包括第一开关、第二开关、上拉电压接入端、第一电阻、第一交流电源线输入端、第一交流电源线输出端、第一中线输入端、第一中线输出端、第一接地端、电压检测器和第一输出接口，第一开关位于第一交流电源线输入端和第一交流电源线输出端之间，第二开关位于第一中线输入端和第一中线输出端之间，第一电阻的一端连接上拉电压，另一端连接电压检测器，第一输出接口包括四个输出端，分别为第一交流电源线输出端、第一中线输出端、第一接地端和第一电阻的另一端。

电力供应插头包括第二交流电源线输入端、第二交流电源线输出端、第二中线输入端、第二中线输出端、第二接地端、第二电阻、第三开关、第三电阻和第二输出接口，第二交流电源线输入端、第二中线输入端和第二接地端与第一交流电源线输出端、第一中线输出端和第一接地端分别连接，第二交流电源线输出端、第二中线输出端与第二交流电源线输入端、第二中线输入端分别连接，第三电阻的一端与第一电阻的另一端连接，另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第二接地端连接，第三开关的一端与第二接地端连接，另一端与第三电阻的另一端连接，第二输出接口包括三个输出端，分别为第二交流电源线输出端、第二中线输出端和第二接地端，第二输出接口用于与电动汽车的充电插头连接。

所述充电桩包括：时分双工通信设备，设置在充电桩外壳上，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路。

所述充电桩包括：MMC存储卡，预先存储了排气管灰度上限阈值、排气管灰度下限阈值和各类排气管基准模版，排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值用于将图像中的排气管与背景分离，所述各类排气管基准模版为对各类用油汽车的基准排气管预先进行拍摄所得到的各个图像，所述排气管灰度上限阈值和所述排气管灰度下限阈值的取值范围均为0-255，所述排气管灰度上限阈值大于所述排气管灰度下限阈值。

所述充电桩包括：CCD拍摄设备，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。

所述充电桩包括：排气管检测设备，与MMC存储卡连接，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CCD拍摄设备连接，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连接，将所述对比度增强图像中像素灰度值在排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值之间的所有像素组成排气管子图像；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备连接，将所述排气管子图像与各类用油汽车的排气管基准模版逐一匹配，匹配成功，则输出存在排气管信号，并输出匹配成功的排气管基准模版对应的用油汽车类型，匹配失败，则输出不存在排气管信号。

所述充电桩包括：AT89C51单片机，设置在充电桩外壳内，与时分双工通信设备、排气管检测设备和红外线传感阵列分别连接，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排气管信号时，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周自动清零，AT89C51单片机通过时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。

其中，电压检测器根据其所在位置的电压来判断电力供应插头的第二输出接口是否与电动汽车的充电插头完全连接。

可选地，在所述基于红外线检测的多功能充电桩中，所述充电桩还包括：液晶显示屏，与AT89C51单片机连接，用于显示汽车数量、用油汽车数量和电动汽车数量；输入键盘，与AT89C51单片机连接，用于接收电动汽车用户的输入操作；定时器，用于提供定时信号；以及MMC存储卡可设置在充电桩外壳内。

另外，4GLTE是一个全球通用的标准，包括两种网络模式FDD和TDD，分别用于成对频谱和非成对频谱。运营商最初在两个模式之间的取舍纯粹出于对频谱可用性的考虑。大多运营商将会同时部署两种网络，以便充分利用其拥有的所有频谱资源。FDD和TDD在技术上区别其实很小，主要区别就在于采用不同的双工方式，频分双工(FDD)和时分双工(TDD)是两种不同的双工方式。

FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。

TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD方式的移动通信***中,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载,其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。

采用本发明的基于红外线检测的多功能充电桩，针对现有技术充电桩的分布难以与电动汽车的分布相适应的技术问题，在充电桩上增加了无线通信设备、汽车车辆类型检测设备和电动车类型检测设备，完成对附近道路的汽车总数和电动车数量的统计和上传，为城市电动汽车管理方提供更有价值的参考数据，例如，对每一条道路旁是否设置充电桩以及确定充电桩数量；同时优化充电桩的整体结构，提高充电效率；在充电桩上增加多个附加功能，丰富驾驶员的用户体验。

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。

Claims (6)

1.一种基于红外线检测的多功能充电桩，所述充电桩包括红外线传感阵列、充电桩主体结构、MMC存储卡、排气管检测设备、时分双工通信设备和AT89C51单片机，红外线传感阵列用于检测充电桩附近道路是否有汽车通过，MMC存储卡和排气管检测设备用于检测通过汽车的车辆类型，充电桩主体结构用于对电动汽车充电，AT89C51单片机与红外线传感阵列、排气管检测设备和时分双工通信设备分别连接。

2.如权利要求1所述的基于红外线检测的多功能充电桩，其特征在于，所述充电桩包括：

红外线传感阵列，水平设置在充电桩附近道路位置，由多个红外线传感单元组成，根据同时被触发的红外线传感单元的数量确定充电桩附近道路是否存在汽车行驶通过，当确定存在汽车行驶通过时发出汽车通过信号，其中，红外线传感阵列的水平宽度大于等于最长汽车的长度，多个红外线传感单元为等间隔均匀分布；

充电桩主体结构，包括充电桩外壳、电力供应设备和电力供应插头；

电力供应设备包括第一开关、第二开关、上拉电压接入端、第一电阻、第一交流电源线输入端、第一交流电源线输出端、第一中线输入端、第一中线输出端、第一接地端、电压检测器和第一输出接口，第一开关位于第一交流电源线输入端和第一交流电源线输出端之间，第二开关位于第一中线输入端和第一中线输出端之间，第一电阻的一端连接上拉电压，另一端连接电压检测器，第一输出接口包括四个输出端，分别为第一交流电源线输出端、第一中线输出端、第一接地端和第一电阻的另一端；

电力供应插头包括第二交流电源线输入端、第二交流电源线输出端、第二中线输入端、第二中线输出端、第二接地端、第二电阻、第三开关、第三电阻和第二输出接口，第二交流电源线输入端、第二中线输入端和第二接地端与第一交流电源线输出端、第一中线输出端和第一接地端分别连接，第二交流电源线输出端、第二中线输出端与第二交流电源线输入端、第二中线输入端分别连接，第三电阻的一端与第一电阻的另一端连接，另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第二接地端连接，第三开关的一端与第二接地端连接，另一端与第三电阻的另一端连接，第二输出接口包括三个输出端，分别为第二交流电源线输出端、第二中线输出端和第二接地端，第二输出接口用于与电动汽车的充电插头连接；

时分双工通信设备，设置在充电桩外壳上，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路；

MMC存储卡，预先存储了排气管灰度上限阈值、排气管灰度下限阈值和各类排气管基准模版，排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值用于将图像中的排气管与背景分离，所述各类排气管基准模版为对各类用油汽车的基准排气管预先进行拍摄所得到的各个图像，所述排气管灰度上限阈值和所述排气管灰度下限阈值的取值范围均为0-255，所述排气管灰度上限阈值大于所述排气管灰度下限阈值；

CCD拍摄设备，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MMC存储卡连接，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CCD拍摄设备连接，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连接，将所述对比度增强图像中像素灰度值在排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值之间的所有像素组成排气管子图像；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备连接，将所述排气管子图像与各类用油汽车的排气管基准模版逐一匹配，匹配成功，则输出存在排气管信号，并输出匹配成功的排气管基准模版对应的用油汽车类型，匹配失败，则输出不存在排气管信号；

AT89C51单片机，设置在充电桩外壳内，与时分双工通信设备、排气管检测设备和红外线传感阵列分别连接，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排气管信号时，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周自动清零，AT89C51单片机通过时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；

其中，电压检测器根据其所在位置的电压来判断电力供应插头的第二输出接口是否与电动汽车的充电插头完全连接。

3.如权利要求2所述的基于红外线检测的多功能充电桩，其特征在于，所述充电桩还包括：

液晶显示屏，与AT89C51单片机连接，用于显示汽车数量、用油汽车数量和电动汽车数量。

4.如权利要求2所述的基于红外线检测的多功能充电桩，其特征在于，所述充电桩还包括：

输入键盘，与AT89C51单片机连接，用于接收电动汽车用户的输入操作。

5.如权利要求2所述的基于红外线检测的多功能充电桩，其特征在于，所述充电桩还包括：

定时器，用于提供定时信号。

6.如权利要求2所述的基于红外线检测的多功能充电桩，其特征在于：

MMC存储卡设置在充电桩外壳内。