“互聯(lián)網(wǎng)+”智能化共享充電裝置研究

張巖 王會(huì)良 許惠麗 韓浩星

摘 要：本文主要針對(duì)電動(dòng)汽車充電問題，利用相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)制作了一套電動(dòng)汽車智能化充電裝置。該裝置由地面充電裝置和車載受電裝置2部分組成，兩者之間利用藍(lán)牙技術(shù)相互聯(lián)系。所述地面充電裝置由主充電裝置、保護(hù)裝置、輔助定位裝置和控制系統(tǒng)組成。所述主充電裝置是由剪型折疊升降機(jī)構(gòu)、交叉滾子軸承轉(zhuǎn)臺(tái)、直線導(dǎo)軌和紅外定位攝像頭組成的，可對(duì)充電口進(jìn)行識(shí)別和定位，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高度低、精度高等優(yōu)點(diǎn)。所述車載受電裝置由一種欠驅(qū)動(dòng)自動(dòng)開合充電口防護(hù)門及其控制系統(tǒng)組成。所述充電口防護(hù)門利用平行四邊形機(jī)構(gòu)和彈性元件的組合，實(shí)現(xiàn)了利用一個(gè)電機(jī)控制充電口防護(hù)門的開合與壓緊，使其具有較高的密封性并且降低了控制難度和生產(chǎn)成本。利用激光引導(dǎo)控制系統(tǒng)讓定位更加精準(zhǔn)，同時(shí)利用云服務(wù)器將裝置與平臺(tái)互聯(lián)，讓裝置更加智能化，更加便捷。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+；智能化共享充電裝置；水平關(guān)節(jié)智能機(jī)器人；APP平臺(tái)規(guī)劃

中圖分類號(hào)：V261.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）14-0019-03

Research on "Internet +" Intelligent Shared Charging Device

ZHANG Yan WANG Huiliang XU Huili HAN Haoxing

（School of Mechatronics Engineering， Henan University of Science & Technology， Luoyang Henan 471003）

Abstract： This paper mainly aimed at the charging problem of electric vehicle. A set of intelligent charging device for electric vehicle was designed and made by internet technology. The device was composed of two parts， the ground charging device and the vehicle mounted electric device， and the two were connected by Bluetooth technology. The ground charging device was composed of a main charging device， a protective device and an auxiliary positioning device. The main charging device was composed of the shear folding and folding lifting mechanism， the cross roller bearing turntable， the linear guide rail and the infrared positioning camera. It could identify and locate the charging port， which had the advantages of simple structure， low height and high precision. The vehicle receiving device was composed of an underactuated automatic opening and closing charging door and a control system. The protective gate of the rechargeable charger used a combination of parallel quadrilateral and elastic elements to realize the use of a motor to control the opening and pressing of the protective gate of the charging port， so that it had high sealing ability and reduced the control difficulty and production cost. At the same time， the cloud server will connect the device to the platform to made the device more intelligent and convenient.

Keywords：internet +；intelligent shared charging device；intelligent robot for horizontal joint； planning of APP platform

目前，面對(duì)資源的短缺，新能源的開發(fā)和研究成為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的重要策略之一。新能源電動(dòng)汽車市場(chǎng)之門逐漸打開。為了讓更多購(gòu)買者不再焦慮續(xù)航里程，眾多車企都竭力研發(fā)動(dòng)力更強(qiáng)、續(xù)航更遠(yuǎn)、科技感更足的電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)普及的關(guān)鍵在于保證其有快捷的充電方式。

截至2017年底，我國(guó)電動(dòng)汽車保有量已超過200萬輛。能源和汽車業(yè)界預(yù)計(jì)，到2020年，我國(guó)電動(dòng)汽車的保有量會(huì)攀升到500萬輛，到2030年，我國(guó)電動(dòng)汽車預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)到8 000萬輛[1]。

隨著電動(dòng)汽車的普及，市場(chǎng)上急需一種既高效、便捷，又節(jié)省空間的充電裝置，各大廠商也紛紛投入巨資開發(fā)無線充電和基于機(jī)械臂的自動(dòng)充電方式。但上述兩種充電方式，前者效率低、輻射大，后者成本高、占地面積大，都存在著致命的缺點(diǎn)，無法普及。因此，本文研發(fā)了一款新型的智能充電裝置。

1 智能化充電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 使用說明

車主將車停到車庫后，使用第三方手機(jī)APP掃描充電裝置上的二維碼，充電裝置運(yùn)行，充電門接收到充電信號(hào)打開，充電裝置接收到充電信號(hào)開始與車載充電插座自動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

①本產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車的自動(dòng)充電，高效、安全、方便、快捷；②本產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，便于普及，市場(chǎng)潛力巨大；③本產(chǎn)品能輕便地安裝在用戶停車庫和立體式停車庫中[2]。

2 結(jié)構(gòu)分析

2.1 整體效果

充電裝置可以通過激光定位實(shí)現(xiàn)對(duì)充電端口的尋找。該充電裝置的整體效果圖如圖1所示。

2.2 地面部分

輔助定位塊：具有輔助定位的作用，降低充電口的波動(dòng)范圍，降低對(duì)接時(shí)間；升降機(jī)構(gòu)：電機(jī)帶動(dòng)絲杠，絲杠推動(dòng)剪型機(jī)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)通過螺旋錐齒輪減速器帶動(dòng)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)軌：步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)步帶使插座沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。地面充電裝置三維圖見圖2。

2.3 車載部分

車載部分主要是充電口防護(hù)門（見圖3）和車載控制系統(tǒng)充電口防護(hù)門，主要作用是防水、防塵。通過擋塊、彈性元件與平行四邊形機(jī)構(gòu)的組合，將絲杠的水平推力轉(zhuǎn)換為門蓋的豎直壓力以壓緊門蓋，從而實(shí)現(xiàn)充電口門的防水、防塵。車載控制系統(tǒng)的作用主要是實(shí)現(xiàn)與充電裝置端口的定位。

2.4 控制部分

2.4.1 激光引導(dǎo)系統(tǒng)。裝置尋線采用激光引導(dǎo)控制，主要由激光掃描器和激光反射板2部分組成。在裝置中安裝可以接受發(fā)射激光的掃描器，然后將反射板安裝在引導(dǎo)區(qū)四周，以精確測(cè)量每塊反射板的坐標(biāo)位置，在系統(tǒng)中的儲(chǔ)存器儲(chǔ)存每塊反射板的信息，根據(jù)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行引導(dǎo)計(jì)算，激光引導(dǎo)系統(tǒng)中指定的位置設(shè)置一定數(shù)量的反射板。利用激光尋線能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，激光引導(dǎo)系統(tǒng)分為3個(gè)部分，分別是地面控制系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)。這3個(gè)系統(tǒng)使裝置更加智能化，更加方便，更加高效。

2.4.2 信號(hào)測(cè)控系統(tǒng)。傳送平臺(tái)與車位內(nèi)導(dǎo)軌的位置校準(zhǔn)、車牌號(hào)掃描等信號(hào)檢測(cè)及信息交互，采用ARDUINO單片機(jī)、時(shí)鐘芯片通信接口等實(shí)現(xiàn)，用來控制傳送平臺(tái)位置精準(zhǔn)對(duì)接、掃描識(shí)車牌與繳費(fèi)，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)通信、顯示和語音提示等功能。校準(zhǔn)傳感器由多組半導(dǎo)體激光傳感器實(shí)現(xiàn)紅外對(duì)射光電開關(guān)檢測(cè)及一對(duì)觸碰開關(guān)作出觸碰檢測(cè)，掃描傳感器由磁卡讀取傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶磁卡的辨別。

2.4.3 充電端測(cè)控管理系統(tǒng)。充電端測(cè)控管理系統(tǒng)控制管理模塊采用Python編制完成。大部分PC機(jī)都可以完成Python的轉(zhuǎn)載及連接鍵盤等外設(shè)。同時(shí)，Python可以通過內(nèi)部函數(shù)與單片機(jī)完成串口通信。串口通信可以通過Wi-Fi模塊或藍(lán)牙模塊完成PC機(jī)與單片機(jī)的對(duì)接。

2.4.4 視覺定位。充電端口采用視覺定位，水平33°，垂直視角23°。

3 APP開發(fā)平臺(tái)

3.1 產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)

產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)類似于一個(gè)APP產(chǎn)品的草圖，在經(jīng)過用戶的深度分析后，將整理出的需求分類、排序?yàn)楣δ芄?jié)后模塊，利用這些功能模塊就能搭建出簡(jiǎn)單的產(chǎn)品原型。產(chǎn)品原型展現(xiàn)基本的功能結(jié)構(gòu)，借助產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)軟件模擬出相似的APP產(chǎn)品與客戶進(jìn)行確認(rèn)，最終確認(rèn)結(jié)果完畢，進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。

APP首頁有6個(gè)模塊，每個(gè)模塊之下有不同的小模塊。模塊一：“地點(diǎn)選擇”“搜索”“定時(shí)提示”；模塊二：“滾動(dòng)屏顯示”；模塊三：“電站搜索”“我的收藏”“最近充電”“充電地圖”“一鍵導(dǎo)航”；模塊四：“廣告投放”；模塊五：“最新動(dòng)態(tài)”；模塊六：“首頁”“發(fā)現(xiàn)”“掃碼”“社區(qū)”“我”。

3.2 智能化共享充電裝置APP開發(fā)平臺(tái)

智能化共享充電裝置APP開發(fā)平臺(tái)是對(duì)未來充電站發(fā)展的一種規(guī)劃建設(shè)。未來的電動(dòng)車市場(chǎng)龐大，充電站會(huì)像加油站一樣普及，那么對(duì)應(yīng)裝置的使用就需要一套智能化的服務(wù)系統(tǒng)，車主可以通過VR虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)充電站的查詢。同時(shí)，在充電站，車主通過移動(dòng)支付平臺(tái)，充電站通過掃描車牌號(hào)就可以便捷地對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行充電。圖4是對(duì)APP平臺(tái)開發(fā)的規(guī)劃流程圖。另外，利用停車場(chǎng)地下的空間安裝裝置，在車主上班時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的充電。此外，裝置還可以家用，通過定時(shí)功能在后半夜對(duì)汽車充電，避開用電高峰期[3]。

4 結(jié)語

本文所述的一種互聯(lián)網(wǎng)電動(dòng)汽車自動(dòng)充電裝置具有操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉及安裝便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)，充電方案采用機(jī)械折疊升降裝置，并采用激光引導(dǎo)，既節(jié)省空間，又能有效避免車輛出庫入庫時(shí)可能與充電樁發(fā)生碰撞，大大提高了充電裝置的安全性。此外，該裝置還能實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的自動(dòng)充電，大大簡(jiǎn)化了充電過程。充電裝置所使用的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制算法在自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域已獲得相當(dāng)成熟的應(yīng)用，只需將現(xiàn)有的機(jī)械結(jié)構(gòu)加以改動(dòng)，便可實(shí)現(xiàn)在自動(dòng)充電領(lǐng)域的應(yīng)用，具有較高的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)計(jì)量大學(xué).電動(dòng)汽車充電裝置：CN201710029783.X[P].2017-04-26.

[2]狄?？。瑥埵?，黃偉軍.基于GSM短信的電動(dòng)汽車充電裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（28）：47.

[3]王振華，王全海，宋海飛，等.電動(dòng)汽車充電樁主動(dòng)充電控制策略[J].測(cè)控技術(shù)，2017（12）：90-92.