本发明涉及直流充电桩领域，尤其涉及一种智能化直流充电桩。
背景技术：
按充电方式分，充电桩(栓)可分为直流充电桩(栓)，交流充电桩(栓)和交直流一体充电桩(栓)。
当前，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。
例如，对于直流充电的电动汽车，如果布置太多直流充电桩，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直流充电桩，虽然减少了对资源的占用，但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，而且容易造成电动汽车难以寻找到直流充电桩的情况发生。
因此，需要一种新型的直流充电桩，一方面，能够以直流充电桩结构为硬件平台，完成附近道路车辆类型的统计；另一方面，能够优化了现有技术中的直流充电桩结构，提高了充电桩的充电性能和智能化水平。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种智能化直流充电桩，首先，将汽车类型采集系统建立在直流充电桩上，在直流充电桩上集成了识别车辆的射频识别设备，和识别电动车辆的排气管检测设备，还使用了频分双工通信设备以提高识别数据的传输效率；其次，对直流充电桩的内部结构和辅助结构进行设备实现和改良，从而迎合电动汽车用户的各种需求。
根据本发明的一方面，提供了一种智能化直流充电桩，所述充电桩包括直流充电桩主体、msp430单片机、时分双工通信设备、排气管检测设备和射频识别设备，直流充电桩主体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，排气管检测设备用于识别通过汽车的车辆信息，msp430单片机位于直流充电桩主体内，与时分双工通信设备、排气管检测设备和射频识别设备分别连接，用于向远端的电动汽车信息采集中心上传附近道路的通过汽车的车辆信息。
更具体地，在所述智能化直流充电桩中，包括：射频识别设备，设置在附近道路的正上方，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；时分双工通信设备，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路；直流充电桩主体，包括输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管igbt桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路、can总线通讯接口和msp430单片机；第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；igbt桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；高频变压器与igbt桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离；第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动汽车的电池组进行充电；驱动电路与msp430单片机连接，用于接收msp430单片机发出的igbt桥控制信号，并基于igbt桥控制信号确定驱动控制信号；采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和msp430单片机分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据；均流控制电路与msp430单片机连接，用于基于msp430单片机发送的均流控制信号对电动汽车的电池组的充电电流进行均流控制；输入端电压检测设备设置在380伏三相交流输入线路上，与msp430单片机连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给 msp430单片机；输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给msp430单片机；静态存储设备，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，所述静态存储设备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；排气管检测设备与静态存储设备和高清摄像头分别连接，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静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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；msp430单片机与时分双工通信设备、排气管检测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用油汽车信号时，非电动汽车数量自加1，电动汽车数量为汽车数量减去非电动汽车数量，汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量每周自动清零，msp430单片机通过时分双工通信设备将汽车数量、电动汽车数量和非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，msp430单片机还基于直流采样数据确定均流控制信号。
更具体地，在所述智能化直流充电桩中：msp430单片机还与过温保护电路连接，用于为电动汽车的电池组提供过温保护操作。
更具体地，在所述智能化直流充电桩中：msp430单片机还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作。
更具体地，在所述智能化直流充电桩中：msp430单片机还与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作。
更具体地，在所述智能化直流充电桩中：msp430单片机设置在直流充电桩主体内的集成电路板上。
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智能化直流充电桩的结构方框图。
附图标记：1直流充电桩主体；2msp430单片机；3时分双工通信设备；4排气管检测设备；5射频识别设备
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的智能化直流充电桩的实施方案进行详细说明。
直流式充电桩的常规技术参数如下：
a)充电桩(栓)电源输入电压：三相四线380vac±15％，频率50hz ±5％；
b)充电桩(栓)应满足充电对象；
c)充电桩(栓)输出为直流电，输出电压满足充电对象的电池制式要求；
d)最大输出电流满足充电对象的电池制式1c的充电要求，并向下兼容；
e)充电方式分为常规和快速2种方式，常规为5小时充电方式，快速为1小时充电方式(针对不同电池类型选择)；
f)实现智能ic管理；
g)每个充电桩(栓)自带操作器，以供用户进行充电方式选择和操作指导，并显示电动车电池状态和用户ic卡资费信息，实现无人管理；
h)充电桩(栓)接口应符合直流充电接口的相关规定；
i)充电桩(栓)通讯接口采用can通讯接口，通信协议按照电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议的规定执行(充电对象为锂电池电动车)；
j)充电桩(栓)对充电过程中的非正常状态应具备相应的报警和保护功能；
k)充电桩(栓)对电池的状态要监控，根据电池的温度，电压对充电曲线，充电电流，充电压自动调整；
l)充电桩(栓)采用强制风冷；
m)充电桩(栓)防护等级符合要求。
然而，现有技术中的直流式充电桩存在以下缺点：直流式充电桩的分布无法适应附近道路电动汽车的充电需求，容易导致直流式充电桩过剩或者电动汽车找不到直流式充电桩的情况；直流式充电桩的结构单一，功能简单，智能化水平较低。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种智能化直流充电桩，能够以直流电动汽车的直流充电桩为硬件平台，在实现电动汽车充电的同时，充当本地数据采集终端，为决策者提供更有价值的第一手信息，另外，对直流充电桩的结构进行改善，增加需要的功能设备，迎合电动汽车的与充电相关的各种需求。
图1为根据本发明实施方案示出的智能化直流充电桩的结构方框图，所述充电桩包括直流充电桩主体、msp430单片机、时分双工通信设备、排气管检测设备和射频识别设备，直流充电桩主体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，排气管检测设备用于识别通过汽车的车辆信息，msp430单片机位于直流充电桩主体内，与时分双工通信设备、排气管检测设备和射频识别设备分别连接，用于向远端的电动汽车信息采集中心上传附近道路的通过汽车的车辆信息。
接着，继续对本发明的智能化直流充电桩的具体结构进行进一步的说明。
所述充电桩包括：射频识别设备，设置在附近道路的正上方，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。
所述充电桩包括：时分双工通信设备，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路。
所述充电桩包括：直流充电桩主体，包括输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管igbt桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路、can总线通讯接口和msp430单片机。
第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；igbt桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；高频变压器与igbt桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离。
第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动汽车的电池组进行充电。
驱动电路与msp430单片机连接，用于接收msp430单片机发出的 igbt桥控制信号，并基于igbt桥控制信号确定驱动控制信号。
采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和msp430单片机分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据。
均流控制电路与msp430单片机连接，用于基于msp430单片机发送的均流控制信号对电动汽车的电池组的充电电流进行均流控制。
输入端电压检测设备设置在380伏三相交流输入线路上，与msp430单片机连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给msp430单片机。
输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给msp430单片机。
所述充电桩包括：静态存储设备，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，所述静态存储设备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。
所述充电桩包括：高清摄像头，用于对附近道路进行拍摄，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：排气管检测设备与静态存储设备和高清摄像头分别连接，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静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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。
msp430单片机与时分双工通信设备、排气管检测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用油汽车信号时，非电动汽车数量自加1，电动汽车数量为汽车数量减去非电动汽车数量，汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量每周自动清零，msp430单片机通过时分双工通信设备将汽车数量、电动汽车数量和非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，msp430单片机还基于直流采样数据确定均流控制信号。
可选地，在所述智能化直流充电桩中：msp430单片机还与过温保护电路连接，用于为电动汽车的电池组提供过温保护操作；msp430单片机还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作；msp430单片机还与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作；以及msp430单片机还可以被设置在直流充电桩主体内的集成电路板上。
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。
采用本发明的智能化直流充电桩，针对现有技术直流充电桩分布方式难以确定的技术问题，首先，以直流充电桩为硬件平台，增设一套汽车类型统计分析设备用于统计附近道路的车辆类型数据，并通过无线网络将统计结果发送到直流充电桩的管理者，以便于管理者制定合适的分布方式；其次，为了提高直流充电桩的性能，对直流充电桩硬件结构进行优化，提高了直流充电桩的智能化水准。
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。