車輛收費管理系統(tǒng)的應用方案

　　系統(tǒng)概況

　　傳統(tǒng)車輛收費管理形式是利用人工進行登記和收費，這樣就存在著工作效率低、管理漏洞大的問題，從而導致各停車場所大量存在收費困難，收費金額不足等情況，一方面導致管理混亂，另一方面影響資金回收，更進一步造成惡性循環(huán)。我公司針對上述情況，進行了全面詳細的考察和調(diào)研，同時和相關(guān)部門共同協(xié)商，開發(fā)出非接觸式高頻IC卡車輛收費管理系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)實現(xiàn)自動識別、自動繳費、自動放行的操作流程從而最大限度的堵塞收費漏洞，同時在后臺軟件的支持下，數(shù)據(jù)庫得以共享實現(xiàn)生產(chǎn)管理、行政管理、收費管理。另外在該系統(tǒng)的軟硬件部分都預留有相關(guān)升級開發(fā)接口，從而使得該系統(tǒng)能夠根據(jù)客戶需要進行升級，避免了客戶的重復投資。

　　系統(tǒng)組成及功能

　　本系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：車輛檢測器，地感線圈，欄桿機，射頻卡收費機，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，收費管理系統(tǒng)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

　　系統(tǒng)各部分功能介紹：

　　地感線圈

　　地感線圈用于檢測車輛的進出情況，地感線圈鋪埋于車輛進出口的位置，當有車輛經(jīng)過地感線圈時，利用電磁感應原理，地感線圈檢測到磁場變化，根據(jù)變化情況產(chǎn)生相應信號，地感線圈將信號經(jīng)過處理然后將信號送到車輛檢測器。

　　車輛檢測器

　　當車輛檢測器接收到地感線圈傳送過來的信號后，將該信號轉(zhuǎn)換電信號，并將該信號送到射頻卡收費機，由射頻卡收費機發(fā)出相應指令控制欄桿機。

　　欄桿機

　　當有車輛進出時，欄桿機(即門禁)根據(jù)射頻卡收費機發(fā)出的指令執(zhí)行開門或關(guān)門命令，從而實現(xiàn)自動控制車輛的進出。

　　射頻卡收費機

　　射頻卡收費機的主要功能是：1、當用戶刷卡時根據(jù)車輛類型扣除相應的停車費用并保存，記錄工作人員的考勤情況；2、接受車輛檢測器發(fā)送過來的信號，發(fā)送開門或關(guān)門信號到欄桿機；3、向上位機發(fā)送各種收費及考勤信息。

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來采集各個射頻卡收費機的收費及考勤信息，統(tǒng)計整理后傳送到管理系統(tǒng)進行相應處理。

　　收費管理系統(tǒng)

　　收費管理系統(tǒng)主要完成發(fā)卡、充值、掛失、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、打印等功能。

　　系統(tǒng)工作流程

　　當車輛靠近門口時，地感線圈檢測到有車輛靠近信號，并將信號發(fā)送到車輛檢測器，車輛檢測器將感應信號轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)送到射頻卡收費機，射頻卡收費機啟動IC卡讀卡功能；持卡人將IC卡靠近讀卡機，讀卡機讀取卡內(nèi)信息并分析卡內(nèi)信息確認無誤后，自動扣除本次費用并在射頻卡收費機上顯示相應信息(車輛類型、本次費用、余額等)，同時向欄桿機發(fā)送打開欄桿機指令，允許車輛進入。
當車輛要離開時，地感線圈檢測到有車輛離開信號，將信號發(fā)送到車輛檢測器，車輛檢測器將感應信號轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)送到射頻卡收費機，判斷是車輛離開信號，同時向欄桿機發(fā)送打開欄桿機指令，允許車輛離開。

　　射頻卡收費機工作流程及原理

　　非接觸式IC 卡讀寫器以射頻識別技術(shù)為核心，讀寫器內(nèi)主要使用了Mifare卡專用的讀寫處理芯片—MMM微模塊。它是一個小型的最大操作距離達20~30mm的Mifare讀/寫設備的核心器件，其功能包括調(diào)制、解調(diào)、產(chǎn)生射頻信號、安全管理和防碰撞機制。內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為射頻區(qū)和接口區(qū)：射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接；接口區(qū)有與單片機相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收/發(fā)器、16字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器、存放64對傳輸密鑰的ROM、存放3套密鑰的只寫存儲器以及進行三次證實和數(shù)據(jù)加密的密碼機、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。這是與射頻卡實現(xiàn)無線通信的核心模塊，也是讀寫器讀寫Mifare卡的關(guān)鍵接口芯片。讀寫器工作時，不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波(13.6MHz)，當有卡靠近時，卡片內(nèi)有一個LG串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的發(fā)射頻率相同，這樣在電磁波的激勵下，LG諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電有了電荷。在這個電容另一端，接有一個單向?qū)щ姷碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲。當電容器充電達到2V時，此電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器發(fā)出的數(shù)據(jù)與保存。

　　硬件組成

　　射頻卡收費系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，環(huán)節(jié)較多，下面主要介紹射頻卡收費機的軟硬件結(jié)構(gòu)。圖4為非接觸IC卡及其讀寫器硬件電路框圖，主要由MMM微模塊、單片機、顯示、存儲器、欄桿機控制電路、天線和監(jiān)控電路以及與PC機通信的TC232串行通信接口電路等部分組成。

　　?單片機系統(tǒng)

　　單片機采用P89C51RD2HBP。它片內(nèi)有64KB的ROM，1KB的RAM以及有32個I/O口。P1口與串行器件24C128和顯示、報警電路連接；P0口與MMM微模塊相連，用作數(shù)據(jù)線；P2口用作輸出控制；P3口用于讀寫控制和中斷。

　　?顯示電路

顯示部分采用數(shù)碼顯示，利用串行輸入BCD碼--十進制譯碼驅(qū)動顯示器件MC14499來完成與單片機系統(tǒng)的顯示接口，以顯示讀寫器工作狀態(tài)、輸入的數(shù)據(jù)或讀出IC卡中所剩余以及出錯信息等。此器件主要有1個20位移位寄存器、1個鎖存器、1個多路輸出器。多路輸出器輸出的BCD碼經(jīng)段譯碼器譯碼后，換成七段碼(abcdefg)和小數(shù)點DP送到段驅(qū)動器輸出。

　　?存儲器

　　收費機設計了存儲器。存儲器選用24CXX系列的串行E2PROM。主要存放卡號、售卡員號、售卡金額、售卡日期、售卡總金額和售卡總記錄數(shù)。顯示用MC14499驅(qū)動4位共陰數(shù)碼管。正常工作后，每隔一段時間將收費機中存儲的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并將采集的信息放到PC機中保存處理。讀寫器中存儲器可采用24C128，其存儲量為128K位，如有需要也可用容量更大的存儲器如24C256等。

　　?監(jiān)控電路

　　監(jiān)控電路采用DS1232L芯片。它是個看門狗定時器，其功能是：上電和掉電時給89C51產(chǎn)生RESET信號；看門狗對系統(tǒng)進行監(jiān)控，防止死機。

　　?非接觸式IC卡

　　非接觸式IC卡選用Mifare卡。其工作頻率為 13.6MHz，存儲量為1KB分16區(qū)，每區(qū)2套密碼，每個區(qū)的存儲區(qū)域相互獨立，因此每區(qū)可用作一種用途(第0區(qū)一般不用)以實現(xiàn)一卡多用。由于Mifare卡密碼驗證機制嚴密，保存的信息比較可靠安全，可以擦寫幾萬次。

　　Mifare卡的16個區(qū)，每區(qū)又分4塊，每塊16字節(jié)。在售卡機中用第1區(qū)作用戶儲值塊，其中第0塊存放身份號，第1~2塊存放價格，第3塊存放兩套6字節(jié)密碼和4字節(jié)讀寫訪問條件。

　　程序設計

　　下面介紹收費機的軟件設計方法。

　　主程序

　　主程序主要完成系統(tǒng)變量的初始化，檢測操作射頻卡，將操作結(jié)果存儲和顯示。在收費機中使用了24C128作存儲器，主要存儲的內(nèi)容有：刷卡卡號，刷卡時間，消費金額等信息。存儲器最大能存儲10000條刷卡記錄。主程序流程如圖5所示，讀寫器對IC卡的操作流程如圖6所示。

　　顯示程序

　　在顯示電路中，用P1口的3根I/O口線(P1.0、P1.1、P1.2)分別提供時鐘信號(CLK)、串行數(shù)據(jù)(DA)和使能信號(EN)。MC14499每一次可接收20位串行輸入數(shù)據(jù)，前4位用于控制數(shù)碼管的小數(shù)點顯示，后16位是4個數(shù)碼管的BCD碼輸入數(shù)據(jù)。在每幀數(shù)據(jù)傳送之前，必須將EN置0；然后傳送20位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送完后，再將EN置1。顯示程序如下：

　　DISP: CLR P1.0 ； 清CLK
　　CLR P1.2 ；清EN
　　MOV R2,#04 ；置傳送位數(shù)
　　MOV A,#00
　　LCALL W14499 ；調(diào)送數(shù)顯示
　　MOV A,@R1 ；讀要顯示的數(shù)
　　MOV R2,#08 ；置傳送位數(shù)
　　LCALL W14499；
　　　　INC 　　R1；
　　MOV A,@R1；
　　MOV R2,#08 ； 置傳送位數(shù)；
　　LCALL W14499；
　　SETB P1.2 ；置EN位
　　RET
　　W14499: SETB P1.0 ； 清CLK
　　RLC A ；準備逐位送數(shù)顯示
　　MOV P1.1,C ； 將數(shù)移入DA
　　　　CLR P1.0 ； 清CLK
　　DJNZ R2,W14499；
　　RET；

　　串行E2PROM讀寫程序

　　24C128為I2C總線的E2PROM。SCL為400kHz時鐘線，SDA為雙向數(shù)據(jù)線，A2、A1、A0三位為片選地址，即I2C總線上最多可并聯(lián)8個串行E2PROM芯片。對E2PROM的操作方式由讀寫控制命令字決定，其操作時需請參閱相關(guān)資料。　下面簡要介紹一下存儲器的讀寫流程。

　　對存儲器寫操作，首先，單片機向24C128發(fā)一個START命令，產(chǎn)生開始條件。然后，發(fā)寫命令控制字(如A2H)。當24C128接到命令后，進入一個寫周期，再由單片機發(fā)送存儲地址，即確定數(shù)據(jù)寫入到存儲器的哪個地址，隨后，單片機將要存儲的數(shù)據(jù)送入到SDA數(shù)據(jù)線上。寫周期結(jié)束時，單片機再發(fā)一停止位(STOP)。

　　對存儲器讀操作，首先，單片機向24C128發(fā)一個START命令，產(chǎn)生開始條件。然后發(fā)寫命令控制字(如A2H)。當24C64接到命令后，進入一個寫周期，再由單片機發(fā)送存儲地址。存儲地址發(fā)送成功后，單片機又向24C128發(fā)一個START命令，產(chǎn)生開始條件，然后發(fā)讀命令控制字(A3H)。當24C128接到命令后，進入一個讀周期，單片機從SDA數(shù)據(jù)線上讀出指定存儲地址中的數(shù)據(jù)。讀周期結(jié)束時，單片機再發(fā)一停止位(STOP)。(程序略)

　　值得注意的是，對存儲器操作時，每讀寫一個字節(jié)，單片機必須送一個應答位(ACK)，釋放一下SDA數(shù)據(jù)線，以便存儲器能繼續(xù)接收數(shù)據(jù)。
通信程序

　　在讀寫器中，單片機與PC機之間的通信主要由TC232來實現(xiàn)TTL電平(0~5V)與RS232電平(+10~-10V)的轉(zhuǎn)換，以完成收費機保存的刷卡記錄的傳送。通信格式設置為：采用串行工作方式1，波特率為9600baud， 1個起始位，8位數(shù)據(jù)位，1個停止位，采取和校驗方式。讀寫器中，單片機程序可采用C語言進行編程。C語言有功能豐富的庫函數(shù)，運算速度快、編譯效率高、可移植性好、軟件的可讀性強，便于改進和擴充(程序略)。

　　為提高適應能力，包括用戶的各類特殊要求，抗干擾，抗惡劣環(huán)境，除硬件上采用監(jiān)控電路外，在軟件上還采取了指令冗余和軟件陷阱。

　　管理系統(tǒng)

　　管理系統(tǒng)主要功能如下：

　　?記錄持卡人的姓名、電話，住址等相關(guān)信息，再通過發(fā)卡器將資料寫入IC卡中，同時根據(jù)用戶購買的卡類型進行現(xiàn)金預存和扣除。
　　?實時紀錄收費信息和車輛進出數(shù)據(jù)。
　　?管理系統(tǒng)可以定期查詢、統(tǒng)計，以便及時掌握各用戶的情況，還可以訂立黑名單，從而更好的進行監(jiān)控。
　　?具有各種報表輸出功能。

　　由于本篇文章主要在于介紹用單片機實現(xiàn)停車場系統(tǒng)的自動控制，所以在此對管理系統(tǒng)不作詳細闡述。

　　結(jié)語

　　本系統(tǒng)開發(fā)成功后，經(jīng)過相關(guān)管理部門的使用驗證，運行穩(wěn)定，結(jié)果準確，同時大大提高了工作效率。真正實現(xiàn)了“自動識別、自動繳費、自動放行”。整個系統(tǒng)一次投入、長期使用，重復投資少，維護方便。同時該系統(tǒng)的軟硬件部分都預留有相關(guān)升級開發(fā)接口，從而使得該系統(tǒng)能夠根據(jù)客戶需要進行升級，避免了客戶的重復投資?！?/p>