基于NFC+3G技術(shù)的停車(chē)收費系統設計探討

　　現有的停車(chē)收費系統一般采用人工收費和刷卡收費.其中，人工收費除了需耗費大量人力資源外，還容易出現多收、少收和漏收的情況，效率低下.而刷卡收費是使用指定地點(diǎn)辦理的IC 卡刷卡進(jìn)行停車(chē)消費，但既有的通過(guò)刷IC 卡進(jìn)行收費的停車(chē)場(chǎng)互不兼容，每使用一個(gè)系統就要求用戶(hù)帶一張卡，給用戶(hù)帶來(lái)了極大的不便.用戶(hù)不能得到實(shí)時(shí)消費信息，且消費明細難以查詢(xún).

　　為了彌補以上收費方式的不足，本文提出了一種基于NFC+3G 技術(shù)的停車(chē)收費系統.它將NFC 技術(shù)集成在人們出門(mén)必帶的移動(dòng)設備上，減少了用戶(hù)的帶卡量，給用戶(hù)帶來(lái)了方便.在付費時(shí)，該系統只需車(chē)主刷兩下移動(dòng)設備即可.它不但具有刷卡收費優(yōu)點(diǎn)，且消費后會(huì )得到實(shí)時(shí)賬單.此外，用戶(hù)也可通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò )獲取和查詢(xún)相應的消費信息.同時(shí)，在出入口設置攝像機獲取車(chē)牌信息，將車(chē)牌號與移動(dòng)設備號碼捆綁在一起作為停車(chē)數據，大大減少偷換車(chē)現象的發(fā)生，從而保證了車(chē)輛的安全口.

　　1 系統設計

　　系統的構成圖如圖1 所示，由圖1 可知，停車(chē)場(chǎng)收費系統主要由LPC2418 、上位機、紅外檢測單元、計時(shí)收費單元、3G 通信單元以及輔助單元組成.各個(gè)單元互相配合以實(shí)現對車(chē)輛進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)以及計時(shí)收費的管理.

　　1. 1 硬件部分

　　(1) 主控單元. LPC2148 是32/16 位ARM7TDMIsCPU 的微控制器，采用其作為系統的主控制芯片，可負責協(xié)調各個(gè)模塊間的有序工作.如:控制紅外檢測模塊對車(chē)輛信息進(jìn)行采集及處理，控制讀寫(xiě)器接收發(fā)送停車(chē)數據等.由于LPC2148 比單片機的速度更快、接口更多，系統可根據日后需要，利用預留接口擴展相應的功能.

　　(2) 計時(shí)收費單元.該單元由NFC 移動(dòng)設備和IC 卡讀寫(xiě)器組成，主要運用NFC 技術(shù)進(jìn)行信息交換.NFC(Near Field Communication) 融合了非接觸式識別和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，能夠快速自動(dòng)地建立短距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，為移動(dòng)設備提供輕松、安全、迅速而自動(dòng)的通信口.

　　本單元通過(guò)刷NFC 移動(dòng)設備觸發(fā)LPC2148 記錄進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)的時(shí)間，并在第二次刷移動(dòng)設備即出停車(chē)場(chǎng)時(shí)扣除相應的停車(chē)費用.付費成功后，移動(dòng)運營(yíng)商會(huì )通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò )發(fā)送此次消費清單至NFC 移動(dòng)設備上.此外，用戶(hù)也可以通過(guò)移動(dòng)設備的3G 網(wǎng)絡(luò )或者Internet 登陸相應網(wǎng)站查詢(xún)其消費明細信息.

　　由于人口處的讀卡器采用紅外檢測激活，可能存在人為多次在人口刷移動(dòng)設備逃避付費.為避免這種情況的發(fā)生，本系統出口處的讀寫(xiě)器采用地下線(xiàn)圈激活，只有駕車(chē)才能使讀寫(xiě)器處于工作狀態(tài)，故不存在停好車(chē)后不取車(chē)直接在出口刷一次移動(dòng)設備，或取車(chē)時(shí)，再在人、出口各刷一次移動(dòng)設備以減少停車(chē)時(shí)長(cháng)的情況.因此，可將NFC 傳輸的數據格式作如下編制.

　　出入場(chǎng)標志可用O 和1 表示，其中， 0 代表入場(chǎng)， 1 代表出場(chǎng).各數據之間用逗號隔開(kāi)以便于系統加密、解密及識別數據.只有當一條數據的出入場(chǎng)標志是O 和一條數據的出入場(chǎng)標志為1 時(shí)，才算完整的付費信息.若兩條數據的出入場(chǎng)標志均為0 ，則取較先的那條數據.這樣有效防止了人為多次在人口刷移動(dòng)設備以減少停車(chē)費用的情況.此外，數據中將移動(dòng)設備號和車(chē)牌號同時(shí)傳輸，也可防止開(kāi)低級車(chē)入場(chǎng)，換高級車(chē)出場(chǎng)的偷車(chē)情況.此單元與LPC2148 傳輸數據的部分程序如下:

　　(3) 紅外檢測單元.紅外檢測單元由紅外發(fā)射器和紅外探測器組成，主要完成入口處車(chē)輛到來(lái)的檢測和車(chē)輛車(chē)型分類(lèi)的功能.這里，利用一組水平的探測器陣列和一組垂直的探測器陣列來(lái)獲取車(chē)輛輪廓的特征參數.當車(chē)輛進(jìn)入檢測區域，某點(diǎn)紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外信號被擋住，紅外探測器因此檢測不到應該接收到的信號，這樣便能確認對應點(diǎn)之間有物體.運用這個(gè)原理，垂直探測器陣列各點(diǎn)從上到下進(jìn)行檢測，水平探測器陣列從外向內檢測，得到車(chē)輛各個(gè)位置的高度Hl ,H2 ， H3' … ， HN' 取其中的最大高度Hmax 作為車(chē)輛的高度H. 當車(chē)輛完全進(jìn)入檢測區域，通過(guò)兩個(gè)相隔最遠且檢測不到信號的水平檢測點(diǎn)的距離確定車(chē)長(cháng)L. 此外，還在車(chē)輪高度的位置上設置了用于測量車(chē)輛輪軸的紅外探測器，分別用來(lái)檢測車(chē)輪數X 和輪軸數Y[5J 最后將檢測到的車(chē)高H 、車(chē)長(cháng)L 、車(chē)輪數X 和輪軸數Y 等數據發(fā)送給LPC2148 ，并按表1 的數據對車(chē)輛進(jìn)行分類(lèi).

　　表1車(chē)輛分類(lèi)標準

　　(4) 上位機.上位機主要用于監控收費系統運行狀況，數據庫的存儲和更新.同時(shí)，上位機還能通過(guò)Internet 將統計匯總的停車(chē)數據上傳至相應的網(wǎng)站，便于用戶(hù)查詢(xún)消費信息以及核對賬戶(hù).上位機另外一個(gè)重要功能是車(chē)牌識別.該功能的實(shí)現過(guò)程是監控收費系統利用安裝在上位機中的車(chē)牌識別程序提取車(chē)牌，并將提取的車(chē)牌信息與時(shí)間信息等捆綁在一起以實(shí)現數據庫的存儲及更新功能，車(chē)牌識別過(guò)程如下:

　　其中，在字符分割中運用了雙峰法的自適應闊值選擇法，而字符識別則采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，這樣能大大提高車(chē)牌的識別率[6J 同時(shí)，上位機的管理軟件界面友好，能將停車(chē)信息可視化，方便工作人員查詢(xún)及處理數據.

　　(5)3G 通信單元.該單元由SIM5210 ， 3G 網(wǎng)絡(luò )以及3G 網(wǎng)關(guān)組成.在用戶(hù)第二次刷手機時(shí)，主控單元將相關(guān)停車(chē)信息傳送給SIM5210 傳輸模塊， SIM5210 傳輸模塊將接收到的數據通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò )傳送給3G網(wǎng)關(guān).若支付失敗(如用戶(hù)賬戶(hù)資金不足支付停車(chē)費用) ，則3G 網(wǎng)關(guān)發(fā)送支付失敗消息至用戶(hù)手機;若支付成功，則3G 網(wǎng)關(guān)發(fā)送相應的停車(chē)信息至用戶(hù)手機，以便用戶(hù)實(shí)時(shí)獲取停車(chē)信息.與此同時(shí)，用戶(hù)也可通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò )登陸相應的網(wǎng)站查詢(xún)停車(chē)信息.這里選擇3G 作為網(wǎng)絡(luò )傳輸載體，是因其無(wú)線(xiàn)傳輸效率高，支持不同的數據速度，可很好地滿(mǎn)足實(shí)時(shí)信息獲取的需求.當然，也可根據日后的需要向用戶(hù)傳輸車(chē)輛停車(chē)期間的實(shí)時(shí)監控圖片和視頻等.

　　(6) 輔助單元.輔助單元包括門(mén)閘驅動(dòng)和電動(dòng)門(mén)閘、語(yǔ)音播放、外部顯示、出口地下線(xiàn)圈、攝像機及打印機等.門(mén)閘驅動(dòng)通過(guò)接收LPC2148 發(fā)出的開(kāi)關(guān)命令，使電動(dòng)機正轉或反轉，從而實(shí)現電動(dòng)門(mén)閘的開(kāi)啟和關(guān)閉.語(yǔ)音播放模塊采用IDS 系列語(yǔ)音芯片.在刷移動(dòng)設備成功的情況下，進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)時(shí)，播放"歡迎光臨"，離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)時(shí)播放"歡迎下次光臨"在刷移動(dòng)設備不成功的情況下，播放相應的出錯信息，如資金不足以支付停車(chē)費用時(shí)播放"余額不足，請手工付費并盡快充值"外部顯示分為兩部分，一部分用于顯示當前停車(chē)場(chǎng)空位數和收費標準.另一部分用于顯示當前時(shí)間、移動(dòng)設備內金額、停車(chē)時(shí)長(cháng)和停車(chē)費用(在收費時(shí)顯示) .出口地下線(xiàn)圈用于檢測出口處車(chē)輛到來(lái)，攝像機主要用來(lái)獲取車(chē)牌的圖像，而打印機主要用于打印報表以及工作人員需要的信息.

　　1. 2 軟件部分

　　(1) 主程序.系統主程序(圖1 中的實(shí)線(xiàn)方框中停車(chē)場(chǎng)內部系統的主程序)按圖2 所示流程進(jìn)行.系統初始化后，除了人口處檢測車(chē)輛到來(lái)的紅外模塊以及出口處的地下線(xiàn)圈處于工作狀態(tài)外，其他模塊均處于休眠狀態(tài).當檢測到有車(chē)輛到來(lái)，則立即喚醒其他模塊，其他模塊工作完畢并在一定時(shí)間內檢測不到車(chē)輛到來(lái)，其他模塊繼續休眠，直到檢測到下一車(chē)輛到來(lái).由于紅外設備和地下線(xiàn)圈功耗小，這樣便能大量節省資源，有效降低系統功耗.若遇到特殊情況，可由工作人員人工復位.

　　(2) 上位機管理程序.上位機以Visual Basic6. 0 開(kāi)發(fā)軟件，運用ADO 技術(shù)對數據庫進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)[7J 工作人員可以通過(guò)管理程序的人機界面對系統的各種信息進(jìn)行管理.整個(gè)管理程序分為登錄模塊、計費模塊、查詢(xún)模塊、報表模塊及參數設置模塊等.登陸模塊可設置相應的權限以避免部分貪圖小利的工作人員弄虛作假.其中，權限是根據輸入的操作者名稱(chēng)自行體現.信息輸入完畢且正確點(diǎn)擊確定即進(jìn)入主界面，如圖3所示. 主界面能顯示當前進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)車(chē)輛的狀態(tài)和相關(guān)數據，同一車(chē)輛出場(chǎng)后會(huì )自動(dòng)顯示停留時(shí)間和所需收的金額，這里需用到計費模塊，它用于記錄相應的停車(chē)信息，如車(chē)輛進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間等.點(diǎn)擊主界面的查詢(xún)選項就會(huì )出現查詢(xún)模塊，它方便工作人員查詢(xún)相應車(chē)輛信息，如特殊情況下無(wú)法得知停車(chē)的具體時(shí)間，只需報出進(jìn)場(chǎng)時(shí)刷的移動(dòng)設備號即能查詢(xún)出車(chē)輛停放時(shí)間便于收費.點(diǎn)擊主界面的報表菜單根據需要選擇查看的報表類(lèi)型，這里分為日收入，月收入以及年收入，它主要是將一個(gè)月或幾個(gè)月的停車(chē)收費信息統計成表格，方便工作人員以及停車(chē)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者查看收益.點(diǎn)擊主界面的系統設置就會(huì )出現如圖4 所示界面，即參數模塊，它是用于設置車(chē)輛收費標準等.

　　2 系統的特點(diǎn)

　　2. 1 安全性

　　系統采用NFC 技術(shù)進(jìn)行停車(chē)收費，也就是說(shuō)具有一定的安全管理機制，能很好地克服人工收費可能存在的舞弊現象以及刷卡收費不具有安全管理機制的缺點(diǎn).與此同時(shí)，該系統將車(chē)牌號和移動(dòng)設備號碼捆綁傳輸，從而保證了車(chē)輛的安全.付費后， 3G 網(wǎng)關(guān)會(huì )發(fā)送消費信息至用戶(hù)的移動(dòng)設備，用戶(hù)可通過(guò)此信息確定消費以及查詢(xún)消費賬單，解決了人工收費和刷卡收費不能實(shí)時(shí)查詢(xún)信息.

　　2.2 可靠性

　　系統利用LPC2148 自帶的實(shí)時(shí)時(shí)鐘記錄停車(chē)時(shí)間，能很好地克服人工收費不能自動(dòng)準確計時(shí)的缺點(diǎn).同時(shí)，在車(chē)牌識別環(huán)節中均會(huì )留存車(chē)輛進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)時(shí)抓拍的照片以備查詢(xún)核對;在信息的傳輸過(guò)程中也均有可靠的協(xié)議作為保障.可見(jiàn)，該系統具有一定的可靠性.

　　2.3 廣泛性

　　系統采用移動(dòng)設備作為停車(chē)收費的載體，可實(shí)現用戶(hù)在不同的停車(chē)收費系統或外地的停車(chē)收費系統均能繳費，很好地克服了刷卡收費的停車(chē)收費系統各自為陣，每個(gè)系統均需辦理IC 卡的缺點(diǎn).而3G 網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍的廣泛使用戶(hù)在郊區和偏遠地區均能使用該系統進(jìn)行停車(chē)繳費.

　　3 結論

　　本文結合NFC+3G 技術(shù)以及嵌入式技術(shù)設計了一個(gè)停車(chē)場(chǎng)收費系統，利用移動(dòng)設備和3G 技術(shù)的普及，減少了用戶(hù)帶卡的不便，同時(shí)，實(shí)現了獲取實(shí)時(shí)賬單，通過(guò)3G 或Internet 查詢(xún)詳細清單的功能.該系統入口處利用紅外檢測車(chē)輛能減少鋪置地下感應線(xiàn)圈對地表的傷害，而紅外設備價(jià)錢(qián)的低廉也節約了成本.同時(shí)，該系統采用車(chē)牌號和移動(dòng)設備號碼的捆綁傳輸保證了車(chē)輛的安全.此外，該系統的上位機界面友好、操作簡(jiǎn)單，使停車(chē)場(chǎng)的收費系統信息化，方便了工作人員的管理和調度.