專利名稱：車輛路橋自動收費系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在管理點收車費、通行費或進入費的裝置。
不少公路、隧道、橋梁等公共基礎(chǔ)設(shè)施采用在管理點收取通行費、進入費的辦法，若實行人工收費，則造成阻滯車輛暢通，費時不便和現(xiàn)金管理漏洞等弊端。為此出現(xiàn)一些自動收費裝置。
CN 1059612A號專利申請公開了一種高速公路自動計費系統(tǒng)，主要包括紅處檢測裝置、前端機、攝像機、圖像處理裝置和主機。紅外檢測裝置通過一個控制接口給主機提供控制信號，而且還通過前端機給主機提供車輛輪廓特征信息，圖像處理裝置處理攝像機送來的圖像信號，并送到主機進行車流分割，主機則可根據(jù)上述各種信號判定過往車輛的收費金額，并送前端機，以便顯示、播放、打印等。
US4682170號專利分開了一種用于高速公路和停車場的收費裝置，它通過對車型的判斷和出入的時間進行收費。但要求每次只能一輛車進入收費站，下一輛車必須等前一輛車開出收費站后才能進入，其效率不高。
CN 2077141U號專利申請公開了一種車輛自動記帳收費裝置，它由裝在車輛上的代碼發(fā)送器，收費處的記帳收費處理器等組成。當車輛通過時，由車輛發(fā)出一串代表本車代碼的二進制信號進入計算機，由計算機對通過的車輛識別記錄，以此為據(jù)進行收費。
CN 1078322A號專利申請公開了一種高速公路多通道自動計費系統(tǒng)，它由紅外檢測裝置、前端機子系統(tǒng)和主機子系統(tǒng)組成。前端機子系統(tǒng)包括一個前端機及其外設(shè)外部顯示器、語音播放器和電子應(yīng)答器等。主機子系統(tǒng)包括兩臺熱備份的主機、一對調(diào)制解調(diào)器以及一個通訊處理機。主機通過通訊處理機與設(shè)置在各個收費站的前端機相聯(lián)，各個前端機接收相應(yīng)紅外檢測裝置輸出的車型數(shù)據(jù)，并進行處理、車型判定。
CN 2138812Y號專利公開了一種高速公路與橋梁的自動收費系統(tǒng)，它在汽車上裝一應(yīng)答器，其上儲存有車號、車型、顏色、所屬單位、銀行帳號等信息，并裝有收發(fā)天線。在收費站設(shè)有微波信號發(fā)生器、天線開關(guān)、收發(fā)天線、接收機、控制器、數(shù)據(jù)處理器、打印機等。當汽車駛?cè)胧召M站發(fā)射區(qū)后，收費站發(fā)出信號，應(yīng)答器進行回答，微機將收回的信號進行處理，即實現(xiàn)自動計費，到一定時間向車主收費。
本發(fā)明的目的旨在提供一種繳費不需停車，減少現(xiàn)金收費，可一處交款多處使用，也可一筆款項多車使用，能為有關(guān)部門提供公路交通運輸信息，采用多媒體計算機網(wǎng)絡(luò)管理，人機介面良好的車輛路橋自動收費系統(tǒng)。
為此，本發(fā)明采用電、光、圖多媒體綜合計算機網(wǎng)絡(luò);采用單片機軟件，配合外圍硬件綜合抗干擾;采用時分制無線電發(fā)射和多重信息傳輸技術(shù)等。
本發(fā)明包括交款子系統(tǒng)、收費子系統(tǒng)、車道監(jiān)測子系統(tǒng)和車輛子系統(tǒng)。
交款子系統(tǒng)包括交款信息處理器和交款計算機，交款信息處理器的輸出接交款計算機，交款計算機的車輛代碼和交款數(shù)額(或換算成該車輛可通過次數(shù))的輸出與收費子系統(tǒng)連接。
收費子系統(tǒng)包括無線電接收單元、無線電發(fā)射單元、收費計算機和輔助計算機。無線電發(fā)射單元和無線電接收單元分別接收費計算機，無線電接收單元接收車輛子系統(tǒng)發(fā)出的車輛代碼和車道代碼后接收費計算機，收費計算機輸出的本系統(tǒng)特征代碼、車輛代碼和可通過次數(shù)余額經(jīng)無線電發(fā)射單元送車輛子系統(tǒng);收費計算機輸出的按車道代碼的車輛代碼和可通過次數(shù)余額接車道監(jiān)測子系統(tǒng);收費計算機輸出的通過本站的交費車輛代碼和可通過次數(shù)余額送交款計算機。
車道監(jiān)測子系統(tǒng)包括車道監(jiān)測單元、監(jiān)測計算機和輸出設(shè)備，車道監(jiān)測單元的車道代碼輸出送監(jiān)測計算機、收費子系統(tǒng)和車輛子系統(tǒng)。
車輛子系統(tǒng)包括無線電接收和發(fā)射器、光接收器、單片機和交費顯示器、余額顯示器。無線電接收器輸出信號經(jīng)單片機送無線電發(fā)射器，而無線電發(fā)射器輸出的車輛代碼、車道代碼送收費子系統(tǒng)，光接收器的輸出接單片機，交費顯示器和余額顯示器接單片機。
本發(fā)明各子系統(tǒng)的功能及其相互關(guān)系如下。
交款子系統(tǒng)車主可按現(xiàn)金，匯款，轉(zhuǎn)帳，信用卡等方式向分設(shè)在各地的交款處預(yù)繳一定數(shù)量的款項，各交款處采用聯(lián)網(wǎng)方式將金額傳給設(shè)在主控室的交款計算機，交款計算機按其車型收費標準將該筆款項轉(zhuǎn)換成可通過的次數(shù)，并依車輛類型、車牌號碼、地址、郵政編碼、單位姓名、電話等按特定的編碼存入計算機，并定時將車輛代碼和可通過的次數(shù)送收費計算機。對同屬于一個機構(gòu)的數(shù)個收費站，可通過適當?shù)耐ㄓ嵎绞铰?lián)網(wǎng)，做到一處交款，多處收費。而對同一單位的多部車輛，可統(tǒng)一交款，多車共享。
收費子系統(tǒng)通過無線電通訊方式溝通與車輛子系統(tǒng)的聯(lián)系，獲取車輛子系統(tǒng)的代碼，收費計算機依該代碼查詢該車在本收費站的可通過的次數(shù)余額并減去1。無線電發(fā)射單元的單片機依照車道監(jiān)測單片機送來的車道代碼，按時間順序排列存入存儲器，當收到收費計算機的信息(即前一輛已交費)，或在規(guī)定的時間內(nèi)無收到，則以先到先出的順序，向各車道的車輛子系統(tǒng)發(fā)出允許發(fā)射該車輛代碼的命令，實現(xiàn)時分制。輔助計算機協(xié)助計算機存儲各車輛子系統(tǒng)的即時信息，并按車道代碼將該車輛代碼和可通過次數(shù)余額送車道監(jiān)測子系統(tǒng)，完成交款計算機與收費計算機的信息交換，溝通人機界面，為操作人員隨時調(diào)用諸如交通信息查詢，各車輛交款、余額查詢，提供催交款信息，各種報表及資料打印等多種服務(wù)。
車道監(jiān)測子系統(tǒng)監(jiān)測各車道通過的車輛，分辨出已交費和未交費車輛，讓已交費的車輛順利通過;令未交費車輛停車，由人工收費;對于無交費車輛，啟動相應(yīng)報警設(shè)施，另行處理。
車輛子系統(tǒng)通過無線電通訊方式，溝通與收費子系統(tǒng)的聯(lián)系，完成交費過程;通過光接收器接收車道監(jiān)測子系統(tǒng)的車道代碼。
本發(fā)明采用多媒體計算機網(wǎng)絡(luò)管理，多重信息傳輸，單片機與微型機互成網(wǎng)絡(luò)，電、光、圖多媒體綜合運用，人機介面良好。另采用單片機軟件，配合外圍硬件綜合抗干擾，數(shù)據(jù)編碼采用查，糾錯格式，數(shù)據(jù)碼含有本系統(tǒng)的多種特征代碼。車輛交費系統(tǒng)可采時分制無線電發(fā)射，發(fā)射頻率采用雙調(diào)頻制，接收單元采用鎖相環(huán)解調(diào)，以保證在惡劣環(huán)境下系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)現(xiàn)可實現(xiàn)車輛路橋自動收費，交費不必停車，提高車輛通過率，改善公路交通擁擠現(xiàn)象，杜絕人為收費不公和現(xiàn)金管理漏洞現(xiàn)象，為管理和規(guī)劃部門隨時提供準確的信息。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
圖2為本發(fā)明的交款子系統(tǒng)框圖。
圖3為本發(fā)明的收費子系統(tǒng)圖。
圖4為本發(fā)明的車道監(jiān)測子系統(tǒng)框圖。
圖5為本發(fā)明的車輛子系統(tǒng)框圖。
圖6為本發(fā)明的收費過程的信號流程框圖。
圖7為本發(fā)明的交款計算機流程圖。
圖8為本發(fā)明的無線電發(fā)射單元單片機流程圖。
圖9為本發(fā)明的收費計算機流程圖。
圖10為本發(fā)明的輔助計算機流程圖。
圖11為本發(fā)明的車道監(jiān)測單元框圖。
圖12為本發(fā)明的車道監(jiān)測單元和單片機流程圖。
圖13為本發(fā)明的車輛子系統(tǒng)流程圖。
圖14為本發(fā)明的無線電發(fā)射單元電路原理圖。
圖15為本發(fā)明的無線電接收單元電路原理圖。
圖16為本發(fā)明的車道監(jiān)測子系統(tǒng)電路原理圖。
圖17為本發(fā)明的車輛子系統(tǒng)電路原理圖。
以下的實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容和收費過程作進一步的說明。
如圖1所示，本發(fā)明由交款子系統(tǒng)(1)、收費子系統(tǒng)(2)、車道監(jiān)測子系統(tǒng)(3)和車輛子系統(tǒng)(4)組成。
如圖2所示，交款子系統(tǒng)由連網(wǎng)接口(10)、調(diào)制解調(diào)器(11)、匯款信息處理器(12)、轉(zhuǎn)帳信息處理器(13)、現(xiàn)金信息處理器(14)、信用卡服務(wù)器(15)和交款計算機(16)組成。
如圖3所示，收費子系統(tǒng)由無線電接收單元(21)、單片機(22)、無線電發(fā)射單元(23)、單片機(24)、收費計算機(25)、輔助計算機(26)和打印輸出設(shè)備(27)等組成。
如圖4、圖11所示，車道監(jiān)測子系統(tǒng)由車道監(jiān)測單元(31)、監(jiān)測計算機(32)和輸出設(shè)備(33)等組成。每個車道設(shè)一套車道監(jiān)測單元，包括CCD攝像機(311)、監(jiān)視器(312)、激光器Ⅰ(313)、激光器Ⅱ(314)、光接收器(315)和單片機(316)等，還可設(shè)報警裝置。
如圖5所示，車輛子系統(tǒng)由無線電FM接收器(41)、FSK解調(diào)器(42)、光接收器(43)、單片機(44)、無線電發(fā)射器(45)、交費顯示器(46)和可通過次數(shù)余額顯示器(47)等組成。
本系統(tǒng)的交費過程是當車輛行駛至靠近收費系統(tǒng)的無線電發(fā)射覆蓋范圍，車輛上的車輛子系統(tǒng)的無線電接收器收到收費子系統(tǒng)的無線電信號，單片機的A/D口檢測無線電輸入電平達到規(guī)定值并對接收到的數(shù)據(jù)進行查糾錯和檢驗(整個系統(tǒng)的信號傳輸過程均經(jīng)過數(shù)據(jù)的查糾錯和檢驗是否符合本系統(tǒng)的特征代碼。為敘述方便，以下凡涉及數(shù)據(jù)傳輸過程者均略去本過程的說明)。車輛子系統(tǒng)的單片機啟動光接收器接口，當車輛遮斷激光器Ⅰ的光束時，車道監(jiān)測子系統(tǒng)激光器Ⅱ發(fā)射帶有本車道代碼的光信號。當車輛子系統(tǒng)光接收器收到本車道代碼，并接收到收費子系統(tǒng)無線電發(fā)射單元的該車道允許交費的命令后，無線電發(fā)射器將本車道代碼和本車輛代碼發(fā)射給收費子系統(tǒng)(無線電回復(fù))，同時顯示預(yù)交費信號。收費子系統(tǒng)的無線電接收單元收到車輛子系統(tǒng)的無線電回復(fù)信號，即解出該車代碼并送收費計算機。
當收費計算機在其數(shù)據(jù)庫中查詢該車代碼及可通過次數(shù)余額后，將可通過次數(shù)余額減1，并將該車代碼及可通過次數(shù)余額送無線電發(fā)射單元發(fā)射，同時送輔助計算機。輔助計算機在當前時間下存入該車代碼及可通過次數(shù)余額，隨時將該信息送交款計算機，并按車道號送該車代碼和可通過次數(shù)余額去車道監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測單片機。
圖6給出收費過程的信號流程，圖中收費子系統(tǒng)的無線電發(fā)射單元(23)發(fā)射本系統(tǒng)的特征代碼給車輛子系統(tǒng)(4)。車道監(jiān)測單片機(316)將本車道代碼一路通過激光器Ⅱ發(fā)射給車輛子系統(tǒng)(4)，另一路送無線電發(fā)射單元(23)。無線電發(fā)射單元(23)還向某一車道的車輛子系統(tǒng)(4)發(fā)射準發(fā)命令。車輛子系統(tǒng)向收費子系統(tǒng)的無線電接收單元(21)發(fā)射該車道代碼和本車輛代碼，無線電接收單元(21)再將該車道代碼和本車輛代碼送收費計算機(25)。收費計算機將該車輛收費后的可通過次數(shù)余額和該車輛代碼送無線電發(fā)射單元(25)，無線電發(fā)射單元(25)將該車輛代碼和可通過次數(shù)余額送回該車輛子系統(tǒng)(4)。
在交款子系統(tǒng)中，根據(jù)用戶預(yù)交款等信息，在交款計算機建立數(shù)據(jù)庫，預(yù)交款用至最后一次，由軟件處理提醒預(yù)交，用戶可選擇其最方便的方法交款，由鍵盤、信用卡服務(wù)器與連網(wǎng)接口輸入交款車輛的信息和交款數(shù)額存于數(shù)據(jù)庫，并將其轉(zhuǎn)換為可通過次數(shù)余額送收費子系統(tǒng)。圖7給出交款計算機的流程。
在收費子系統(tǒng)中，根據(jù)車輛代碼和可通過次數(shù)余額分別在收費計算機和輔助計算機中建立數(shù)據(jù)庫。收費計算機與無線電發(fā)射、接收單元連接，擔(dān)任收費過程的工作，輔助計算機即時備份，若收費計算機出故障，輔助計算機立即代替其工作。圖8給出無線電發(fā)射單元單片機的流程，圖9、圖10分別給出收費計算機和輔助計算機的流程。參見圖14，單片機IC101依照收費計算機的指令，輸出50～63KHZ(含有車輛交款子系統(tǒng)的代碼、可通過次數(shù)余額等信息)的FSK信號，經(jīng)R102、C101、L101濾去高次諧波，對BG101、JT101、D101、C102、L102等組成的壓控晶體振蕩調(diào)頻，經(jīng)倍頻，低通濾波器(BG102、C108、L104)濾除高次諧波后送天線發(fā)射。
參見圖15，從天線收到的無線電信號由C203進入IC204，經(jīng)高放、混頻、中放、鑒頻、低放、濾波，輸出FSK副載波，分兩路分別經(jīng)C213、C218送鎖相環(huán)IC202(諧振于63KHZ)和IC203(諧振于50KHz)，解出兩路互為反相的數(shù)據(jù)信號，單片機IC201將兩路信號比較，濾除信號中的共模干擾，經(jīng)合成查錯、糾錯、檢驗后送收費計算機。
車輛的監(jiān)測過程是當該車輛通過本車道完成上述交費過程后，車道監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測單片機判斷可通過次數(shù)余額≥0的可以通過。若該車輛可通過次數(shù)余額＜0，或誤入本車道的非自動收費車輛，監(jiān)測單片機在規(guī)定時間內(nèi)無收到輔助計算機可通過次數(shù)余額的回復(fù)信號，則(1)監(jiān)測單片機立即令其停車，由人工收費。
(2)對于無交費車輛，監(jiān)測單片機立即向監(jiān)視計算機發(fā)出報警信號。
(3)監(jiān)測計算機向該車道監(jiān)視器發(fā)出存儲該幀圖象命令，由智能字符識別軟件取出該車輛的車牌號碼，存于數(shù)據(jù)庫，同時啟動報警裝置。
在車道監(jiān)測子系統(tǒng)中，監(jiān)視計算機安裝圖象處理卡和智能字符識別軟件，并用視頻電纜與各車道的CCD攝像機連接，RS-232接口與各車道的監(jiān)測單片機連接。監(jiān)測單片機統(tǒng)一管理本車道的監(jiān)測工作。參見圖11、圖12和圖16，當車輛經(jīng)過車道遮斷激光器Ⅰ的光線時，D304收不到激光器Ⅰ的光線，IC302的2腳低電平，經(jīng)施密特觸發(fā)器IC302整形送單片機IC303的1腳，IC303的2腳送本道代碼經(jīng)BG302，B301調(diào)制為ASK信號，由激光器Ⅱ發(fā)射給車輛子系統(tǒng)。D303和IC301及外圍元件作為激光器Ⅱ恒功率控制。圖16中的Ⅱ為激光器Ⅱ(314)的控制電路(與Ⅰ相同，省略)。
圖13給出車輛子系統(tǒng)的流程，參見圖17，當車輛進入收費站的無線電覆蓋區(qū)時，無線電接收單元(IC405及外圍元件)的場強輸出電平達到額定值，單片機(IC402)開通無線數(shù)據(jù)接收口(1，2腳)，對由鎖相環(huán)(IC403，IC404)解出的信號進行復(fù)合、判別，確認符合系統(tǒng)的特征代碼后，啟動光接收口。當車輛入道后(遮斷激光器Ⅰ接收器的光線)，光接收單元的D401收到車道監(jiān)測子系統(tǒng)發(fā)來的含有車道代碼的光信號，經(jīng)IC401放大、濾波、整形后送單片機。單片機解出該車道代碼，當接收到收費子系統(tǒng)無線電發(fā)射單元的命令后，將該代碼及本車輛代碼經(jīng)R406送無線電發(fā)射器，調(diào)制為FSK信號輸出，對射頻振蕩器(JT402、BG401、BG402等)進行二次調(diào)頻后，經(jīng)天線發(fā)回給收費子系統(tǒng)的無線電接收單元，作為應(yīng)答信號，并由BG403、BG404驅(qū)動顯示預(yù)交費信號。與此同時，單片機檢測無線電接收器的鎖相環(huán)(IC403、IC404)解出的信號是否含有本車輛代碼和可通過次數(shù)余額，若是，則由IC406、IC407驅(qū)動數(shù)碼顯示器顯示可通過次數(shù)余額，BG403，BG404驅(qū)動顯示交費成功信號。
表1～4給出各電路原理圖中主要元器件的型號規(guī)格。



權(quán)利要求
1.一種車輛路橋自動收費系統(tǒng)，其特征在于包括交款子系統(tǒng)、收費子系統(tǒng)、車道監(jiān)測子系統(tǒng)和車輛子系統(tǒng)，其中(1).交款子系統(tǒng)包括交款信息處理器和交款計算機，交款信息處理器的輸出接交款計算機，交款計算機的車輛代碼和交款數(shù)額的輸出與收費子系統(tǒng)連接；(2).收費子系統(tǒng)包括無線電接收單元、無線電發(fā)射單元、收費計算機和輔助計算機，無線電發(fā)射單元和無線電接收單元分別接收費計算機，無線電接收單元接收車輛子系統(tǒng)發(fā)出的車輛代碼和車道代碼后接收費計算機，收費計算機輸出的本系統(tǒng)特征代碼、車輛代碼和可通過次數(shù)余額經(jīng)無線電發(fā)射單元送車輛子系統(tǒng)；收費計算機輸出的按車道代碼的車輛代碼和可通過次數(shù)余額接車道監(jiān)測子系統(tǒng)；收費計算機輸出的通過本站的交費車輛代碼和可通過次數(shù)余額送交款計算機；(3).車道監(jiān)測子系統(tǒng)包括車道監(jiān)測單元、監(jiān)測計算機和輸出設(shè)備，車道監(jiān)測單元的車道代碼輸出送監(jiān)測計算機、收費子系統(tǒng)和車輛子系統(tǒng)；(4).車輛子系統(tǒng)包括無線電接收和發(fā)射器、光接收器、單片機和交費顯示器、余額顯示器，無線電接收器輸出信號經(jīng)單片機送無線電發(fā)射器，而無線電發(fā)射器輸出的車輛代碼、車道代碼送收費子系統(tǒng)，光接收器的輸出接單片機，交費顯示器和余額顯示器接單片機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在管理點收車費、通行費或進入費的裝置，包括交款、收費、車道監(jiān)測和車輛等4個子系統(tǒng)。交款計算機的信息輸出接收費子系統(tǒng)；收費子系統(tǒng)接收車輛子系統(tǒng)的車輛代碼和車道代碼，收費計算機輸出的車輛代碼和次數(shù)余額送車輛子系統(tǒng)、車道監(jiān)測子系統(tǒng)和交款計算機；車道監(jiān)測單元的車道代碼輸出送監(jiān)測計算機、收費子系統(tǒng)和車輛子系統(tǒng)；車輛子系統(tǒng)發(fā)射的車輛代碼、車道代碼送收費子系統(tǒng)。實現(xiàn)車輛路橋的自動收費。
文檔編號G07B15/00GK1109988SQ9510174
公開日1995年10月11日 申請日期1995年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月22日
發(fā)明者陳秉煥, 陳秉耀 申請人:陳秉煥, 陳秉耀