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技术领域

本发明涉及充电桩领域，尤其涉及一种车辆身份识别自动计费充电 桩。

背景技术

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。

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，往往用户会将存储有用户车辆相关信息的IC卡给充 电桩进行接触式信息交互，便于充电桩获取充电所需的相关信息，传统的 充电桩上用户识别装置采用的接触式识别方式，如若用户并未携带IC卡 就无法实现用户的识别功能，这种充电桩识别功能的使用性就受到了一定 的限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种车辆身份识别自动计费充电 桩，以改良电路结构和增加辅助功能设备的交流充电桩主体作为硬件平 台，在其上集成目标匹配设备和环形线圈检测设备分别对附近的电动汽车 数量和汽车总量进行统计，最后，通过本地LCD显示设备对统计结果进 行实时显示。

根据本发明的一方面，提供了一种车辆身份识别自动计费充电桩，所 述充电桩包括LCD显示设备、充电桩主体结构、飞思卡尔MC9S12芯片、 SDRAM存储芯片、目标匹配设备和环形线圈检测设备，充电桩主体结构 用于对电动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，SDRAM存储芯片和目标匹配设备协同操作，用于识别通过汽 车是否为电动车，飞思卡尔MC9S12芯片与LCD显示设备、目标匹配设 备和环形线圈检测设备分别连接，用于控制LCD显示设备以本地显示附 近道路的汽车的相关信息。

更具体地，在所述车辆身份识别自动计费充电桩中，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， 与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于在飞思卡尔MC9S12芯片的控制下， 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， 与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于检测机柜内部温度并将机柜内部温度 发送给飞思卡尔MC9S12芯片，以为飞思卡尔MC9S12芯片对交流双向可 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，以分别为飞思卡尔MC9S12芯片、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车的电池进行充电的电量数额；充电插座与计量 设备连接，用于容纳电动车的充电插头，为电动车的电池进行充电；飞思 卡尔MC9S12芯片，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 备以为电动车用户提供交费接口，触摸显示设备用于为电动车用户提供的 人机交互接口；环形线圈检测设备，埋设在充电桩附近道路的下方，用于 检测过往目标是否为汽车，并在检测到汽车时发出存在汽车信号；SDRAM 存储芯片，用于预先存储电动车的基准特征向量，电动车的基准特征向量 由基准电动车图像的8个几何特征组成，8个几何特征分别为基准欧拉孔 数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长径比、紧密度和主轴角度；图像 数据采集设备包括防水透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头，所述防 水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CMOS摄像头，所述辅助照 明子设备为所述CMOS摄像头的拍摄提供辅助照明，所述CMOS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；图像预处理设备， 与所述CMOS摄像头连接，包括中值滤波子设备、低通滤波子设备和同态 滤波子设备；所述中值滤波子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述 附近道路图像执行中值滤波，以滤除所述附近道路图像中的点噪声，获得 第一滤波图像；所述低通滤波子设备与所述中值滤波子设备连接，用于去 除所述第一滤波图像中的随机噪声，获得第二滤波图像；所述同态滤波子 设备与所述低通滤波子设备连接，用于对所述第二滤波图像执行图像增 强，以获得增强道路图像；目标匹配设备，与所述图像预处理设备和所述 SDRAM存储芯片分别连接，包括图像分割子设备和特征向量识别子设备， 所述图像分割子设备用于将所述增强道路图像中的目标识别出来以获得 目标图像；所述特征向量识别子设备与所述图像分割子设备连接，基于所 述目标图像确定目标的8个几何特征，将所述8个几何特征组成目标特征 向量，并将目标特征向量与电动车的基准特征向量进行匹配，匹配成功则 输出存在电动车信号，匹配失败则输出不存在电动车信号；LCD显示设备， 与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于实时显示汽车数量、电动车数量和非 电动车数量；飞思卡尔MC9S12芯片还与目标匹配设备和环形线圈检测设 备分别连接，当接收到存在汽车信号时，汽车数量自加1，当接收到存在 汽车信号且接收到存在电动车信号时，电动车数量自加1，非电动车数量 为汽车数量减去电动车数量，汽车数量、电动车数量和非电动车数量每周 自动清零；其中，环形线圈检测设备包括第一感应线圈、第二感应线圈、 耦合振荡电路、信号整形放大电路和微处理器组成，第二感应线圈设置在 第一感应线圈的正前方，耦合振荡电路与第一感应线圈和第二感应线圈分 别连接，以在有目标依次通行过第一感应线圈和第二感应线圈时检测第一 感应线圈和第二感应线圈各自的线圈电感量的变化，信号整形放大电路与 耦合振荡电路连接，用于对耦合振荡电路的输出信号进行整形放大以获得 整形放大信号，微处理器与信号整形放大电路连接，用于基于接收到的整 形放大信号判断经过的目标是否为汽车以确定是否发出存在汽车信号。

更具体地，在所述车辆身份识别自动计费充电桩中：飞思卡尔MC9S12 芯片与目标匹配设备被设置在机柜内。

更具体地，在所述车辆身份识别自动计费充电桩中：LCD显示设备被 嵌入在机柜外壳的侧面中。

更具体地，在所述车辆身份识别自动计费充电桩中：图像分割子设备 和特征向量识别子设备被集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述车辆身份识别自动计费充电桩中：中值滤波子设备、 低通滤波子设备、同态滤波子设备、图像分割子设备和特征向量识别子设 备都被设置在机柜内。

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车辆身份识别自动计费充电桩的结 构方框图。

附图标记：1LCD显示设备；2充电桩主体结构；3飞思卡尔MC9S12 芯片；4SDRAM存储芯片；5目标匹配设备；6环形线圈检测设备

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的车辆身份识别自动计费充电桩的实施方 案进行详细说明。

传统能源汽车已经发展了数百年，其缺点逐步显现，例如，大气污染 和噪声污染，再例如对能源的不可逆转的消耗，而且，传统能源汽车因为 结构上都需要发动机，其尺寸相对于电动汽车而言较大，占据了过多的停 车场地，并容易导致拥堵。

电动汽车优点在于：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能 够充电。电动汽车缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的 电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些使 用价格比汽车贵，有些价格仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及 当地的油、电价格。

从电动汽车的驱动电机来对电动汽车进行分类，可分为直流电动汽车 和交流电动汽车。对于交流电动汽车来说，限制其发展的主要原因之一在 于，无法配置每条道路都拥有的交流充电桩的充电网络，实际上，并非技 术问题无法配置，而是如果真正配置下来，运营方的成本较高，而且占据 了大量的城市公共资源。同时，即使是现有的交流充电桩，也无法根据附 近道路的电动汽车的行驶数量决定其是否进入省电模式，这样导致了交流 充电桩需要24小时时刻准备充电，交流充电桩的数量一多，浪费的电力 较为可观。另外，交流充电桩的结构不够合理，功能不够齐备，无法迎合 电动汽车用户日益挑剔的需求。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种车辆身份识别自动计费充电 桩，通过优化充电桩的结构设计一套高效、多功能的交流充电桩主体作为 硬件平台，在交流充电桩主体上集成了高精度、有针对性的汽车检测设备 和电动汽车检测设备，从而获得能够用于显示并作为交流电动桩布局关键 参数的汽车类型统计数据。

图1为根据本发明实施方案示出的车辆身份识别自动计费充电桩的结 构方框图，所述充电桩包括LCD显示设备、充电桩主体结构、飞思卡尔 MC9S12芯片、SDRAM存储芯片、目标匹配设备和环形线圈检测设备， 充电桩主体结构用于对电动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，SDRAM存储芯片和目标匹配设备协同操作， 用于识别通过汽车是否为电动车，飞思卡尔MC9S12芯片与LCD显示设 备、目标匹配设备和环形线圈检测设备分别连接，用于控制LCD显示设 备以本地显示附近道路的汽车的相关信息。

接着，继续对本发明的车辆身份识别自动计费充电桩的具体结构进行 进一步的说明。

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。

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，与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于在飞思卡尔MC9S12芯片的控 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，与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于检测机柜内部温度并将机柜内 部温度发送给飞思卡尔MC9S12芯片，以为飞思卡尔MC9S12芯片对交流 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，以分别为飞思卡尔MC9S12芯片、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 动车的电池进行充电的电量数额；充电插座与计量设备连接，用于容纳电 动车的充电插头，为电动车的电池进行充电。

所述充电桩包括：飞思卡尔MC9S12芯片，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车用户提供交费接口，触摸显示 设备用于为电动车用户提供的人机交互接口。

所述充电桩包括：环形线圈检测设备，埋设在充电桩附近道路的下方， 用于检测过往目标是否为汽车，并在检测到汽车时发出存在汽车信号。

所述充电桩包括：SDRAM存储芯片，用于预先存储电动车的基准特 征向量，电动车的基准特征向量由基准电动车图像的8个几何特征组成， 8个几何特征分别为基准欧拉孔数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长 径比、紧密度和主轴角度。

所述充电桩包括：图像数据采集设备，包括防水透明罩、辅助照明子 设备和CMOS摄像头，所述防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所 述CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的拍摄提供 辅助照明，所述CMOS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。

所述充电桩包括：图像预处理设备，与所述CMOS摄像头连接，包括 中值滤波子设备、低通滤波子设备和同态滤波子设备；所述中值滤波子设 备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述附近道路图像执行中值滤波，以 滤除所述附近道路图像中的点噪声，获得第一滤波图像；所述低通滤波子 设备与所述中值滤波子设备连接，用于去除所述第一滤波图像中的随机噪 声，获得第二滤波图像；所述同态滤波子设备与所述低通滤波子设备连接， 用于对所述第二滤波图像执行图像增强，以获得增强道路图像。

所述充电桩包括：目标匹配设备，与所述图像预处理设备和所述 SDRAM存储芯片分别连接，包括图像分割子设备和特征向量识别子设备， 所述图像分割子设备用于将所述增强道路图像中的目标识别出来以获得 目标图像；所述特征向量识别子设备与所述图像分割子设备连接，基于所 述目标图像确定目标的8个几何特征，将所述8个几何特征组成目标特征 向量，并将目标特征向量与电动车的基准特征向量进行匹配，匹配成功则 输出存在电动车信号，匹配失败则输出不存在电动车信号。

所述充电桩包括：LCD显示设备，与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用 于实时显示汽车数量、电动车数量和非电动车数量；飞思卡尔MC9S12芯 片还与目标匹配设备和环形线圈检测设备分别连接，当接收到存在汽车信 号时，汽车数量自加1，当接收到存在汽车信号且接收到存在电动车信号 时，电动车数量自加1，非电动车数量为汽车数量减去电动车数量，汽车 数量、电动车数量和非电动车数量每周自动清零。

其中，环形线圈检测设备包括第一感应线圈、第二感应线圈、耦合振 荡电路、信号整形放大电路和微处理器组成，第二感应线圈设置在第一感 应线圈的正前方，耦合振荡电路与第一感应线圈和第二感应线圈分别连 接，以在有目标依次通行过第一感应线圈和第二感应线圈时检测第一感应 线圈和第二感应线圈各自的线圈电感量的变化，信号整形放大电路与耦合 振荡电路连接，用于对耦合振荡电路的输出信号进行整形放大以获得整形 放大信号，微处理器与信号整形放大电路连接，用于基于接收到的整形放 大信号判断经过的目标是否为汽车以确定是否发出存在汽车信号。

可选地，在所述充电桩中：飞思卡尔MC9S12芯片与目标匹配设备被 设置在机柜内；LCD显示设备被嵌入在机柜外壳的侧面中；图像分割子设 备和特征向量识别子设备被集成在一块集成电路板上；以及可以将中值滤 波子设备、低通滤波子设备、同态滤波子设备、图像分割子设备和特征向 量识别子设备都设置在机柜内。

另外，滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非 常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各 种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用， 被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称 之为信号。因为自变量时间是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又 习惯地称之为模拟信号。

随着数字式电子计算机技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信 号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信 号的完整的理论和方法。也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时 间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这 些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖 以生存的各种信息的载体。信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。信 号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而 畸变，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，导致信号及其所携 带的信息被深深地埋在噪声当中了。为了滤除这些噪声，恢复原本的信号， 需要使用各种滤波器进行滤波处理。

采用本发明的车辆身份识别自动计费充电桩，针对现有技术交流充电 桩布局缺乏参考标杆且交流充电桩功能单一的技术问题，对交流充电桩的 充电平台进行结构优化和功能引进，满足用户的各种需求，同时，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，并引入显示设备进行本地显示，为交流充电桩的管 理者或推广者对交流充电桩是否需要设置，以及设置的数量和地点有一个 更为直观的参考数据。

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。