車(chē)輛收費管理系統的應用方案

　　系統概況

　　傳統車(chē)輛收費管理形式是利用人工進(jìn)行登記和收費，這樣就存在著(zhù)工作效率低、管理漏洞大的問(wèn)題，從而導致各停車(chē)場(chǎng)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(jìn)一步造成惡性循環(huán)。我公司針對上述情況，進(jìn)行了全面詳細的考察和調研，同時(shí)和相關(guān)部門(mén)共同協(xié)商，開(kāi)發(fā)出非接觸式高頻IC卡車(chē)輛收費管理系統。通過(guò)該系統實(shí)現自動(dòng)識別、自動(dòng)繳費、自動(dòng)放行的操作流程從而最大限度的堵塞收費漏洞，同時(shí)在后臺軟件的支持下，數據庫得以共享實(shí)現生產(chǎn)管理、行政管理、收費管理。另外在該系統的軟硬件部分都預留有相關(guān)升級開(kāi)發(fā)接口，從而使得該系統能夠根據客戶(hù)需要進(jìn)行升級，避免了客戶(hù)的重復投資。

　　系統組成及功能

　　本系統主要由以下幾部分組成：車(chē)輛檢測器，地感線(xiàn)圈，欄桿機，射頻卡收費機，數據采集系統，收費管理系統。
系統結構如圖1。

　　系統各部分功能介紹：

　　地感線(xiàn)圈

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

　　車(chē)輛檢測器

　　當車(chē)輛檢測器接收到地感線(xiàn)圈傳送過(guò)來(lái)的信號后，將該信號轉換電信號，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(chē)輛進(jìn)出時(shí)，欄桿機(即門(mén)禁)根據射頻卡收費機發(fā)出的指令執行開(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)命令，從而實(shí)現自動(dòng)控制車(chē)輛的進(jìn)出。

　　射頻卡收費機

　　射頻卡收費機的主要功能是：1、當用戶(hù)刷卡時(shí)根據車(chē)輛類(lèi)型扣除相應的停車(chē)費用并保存，記錄工作人員的考勤情況；2、接受車(chē)輛檢測器發(fā)送過(guò)來(lái)的信號，發(fā)送開(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)信號到欄桿機；3、向上位機發(fā)送各種收費及考勤信息。

　　數據采集系統

　　數據采集系統用來(lái)采集各個(gè)射頻卡收費機的收費及考勤信息，統計整理后傳送到管理系統進(jìn)行相應處理。

　　收費管理系統

　　收費管理系統主要完成發(fā)卡、充值、掛失、數據查詢(xún)、統計、打印等功能。

　　系統工作流程

　　當車(chē)輛靠近門(mén)口時(shí)，地感線(xiàn)圈檢測到有車(chē)輛靠近信號，并將信號發(fā)送到車(chē)輛檢測器，車(chē)輛檢測器將感應信號轉換成電信號發(fā)送到射頻卡收費機，射頻卡收費機啟動(dòng)IC卡讀卡功能；持卡人將IC卡靠近讀卡機，讀卡機讀取卡內信息并分析卡內信息確認無(wú)誤后，自動(dòng)扣除本次費用并在射頻卡收費機上顯示相應信息(車(chē)輛類(lèi)型、本次費用、余額等)，同時(shí)向欄桿機發(fā)送打開(kāi)欄桿機指令，允許車(chē)輛進(jìn)入。
當車(chē)輛要離開(kāi)時(shí)，地感線(xiàn)圈檢測到有車(chē)輛離開(kāi)信號，將信號發(fā)送到車(chē)輛檢測器，車(chē)輛檢測器將感應信號轉換成電信號發(fā)送到射頻卡收費機，判斷是車(chē)輛離開(kāi)信號，同時(shí)向欄桿機發(fā)送打開(kāi)欄桿機指令，允許車(chē)輛離開(kāi)。

　　射頻卡收費機工作流程及原理

　　非接觸式IC 卡讀寫(xiě)器以射頻識別技術(shù)為核心，讀寫(xiě)器內主要使用了Mifare卡專(zhuān)用的讀寫(xiě)處理芯片—MMM微模塊。它是一個(gè)小型的最大操作距離達20~30mm的Mifare讀/寫(xiě)設備的核心器件，其功能包括調制、解調、產(chǎn)生射頻信號、安全管理和防碰撞機制。內部結構分為射頻區和接口區：射頻區內含調制解調器和電源供電電路，直接與天線(xiàn)連接；接口區有與單片機相連的端口，還具有與射頻區相連的收/發(fā)器、16字節的數據緩沖器、存放64對傳輸密鑰的ROM、存放3套密鑰的只寫(xiě)存儲器以及進(jìn)行三次證實(shí)和數據加密的密碼機、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。這是與射頻卡實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信的核心模塊，也是讀寫(xiě)器讀寫(xiě)Mifare卡的關(guān)鍵接口芯片。讀寫(xiě)器工作時(shí)，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(shí)，卡片內有一個(gè)LG串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)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(gè)電容另一端，接有一個(gè)單向導電的電子泵，將電容內的電荷送到另一個(gè)電容內存儲。當電容器充電達到2V時(shí)，此電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓，將卡內數據發(fā)射出去或接收讀寫(xiě)器發(fā)出的數據與保存。

　　硬件組成

　　射頻卡收費系統結構復雜，環(huán)節較多，下面主要介紹射頻卡收費機的軟硬件結構。圖4為非接觸IC卡及其讀寫(xiě)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(xiàn)和監控電路以及與PC機通信的TC232串行通信接口電路等部分組成。

　　?單片機系統

　　單片機采用P89C51RD2HBP。它片內有64KB的ROM，1KB的RAM以及有32個(gè)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，用作數據線(xiàn)；P2口用作輸出控制；P3口用于讀寫(xiě)控制和中斷。

　　?顯示電路

顯示部分采用數碼顯示，利用串行輸入BCD碼--十進(jìn)制譯碼驅動(dòng)顯示器件MC14499來(lái)完成與單片機系統的顯示接口，以顯示讀寫(xiě)器工作狀態(tài)、輸入的數據或讀出IC卡中所剩余以及出錯信息等。此器件主要有1個(gè)20位移位寄存器、1個(gè)鎖存器、1個(gè)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)和小數點(diǎn)DP送到段驅動(dòng)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。顯示用MC14499驅動(dòng)4位共陰數碼管。正常工作后，每隔一段時(shí)間將收費機中存儲的數據通過(guò)數據采集系統采集并將采集的信息放到PC機中保存處理。讀寫(xiě)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。

　　?監控電路

　　監控電路采用DS1232L芯片。它是個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，其功能是：上電和掉電時(shí)給89C51產(chǎn)生RESET信號；看門(mén)狗對系統進(jìn)行監控，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，每區2套密碼，每個(gè)區的存儲區域相互獨立，因此每區可用作一種用途(第0區一般不用)以實(shí)現一卡多用。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(xiě)幾萬(wàn)次。

　　Mifare卡的16個(gè)區，每區又分4塊，每塊16字節。在售卡機中用第1區作用戶(hù)儲值塊，其中第0塊存放身份號，第1~2塊存放價(jià)格，第3塊存放兩套6字節密碼和4字節讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)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變量的初始化，檢測操作射頻卡，將操作結果存儲和顯示。在收費機中使用了24C128作存儲器，主要存儲的內容有：刷卡卡號，刷卡時(shí)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(xiě)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(xiàn)(P1.0、P1.1、P1.2)分別提供時(shí)鐘信號(CLK)、串行數據(DA)和使能信號(EN)。MC14499每一次可接收20位串行輸入數據，前4位用于控制數碼管的小數點(diǎn)顯示，后16位是4個(gè)數碼管的BCD碼輸入數據。在每幀數據傳送之前，必須將EN置0；然后傳送20位數據，數據傳送完后，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
　　MOV A,#00
　　LCALL W14499 ；調送數顯示
　　MOV A,@R1 ；讀要顯示的數
　　MOV R2,#08 ；置傳送位數
　　LCALL W14499；
　　　　INC 　　R1；
　　MOV A,@R1；
　　MOV R2,#08 ； 置傳送位數；
　　LCALL W14499；
　　SETB P1.2 ；置EN位
　　RET
　　W14499: SETB P1.0 ； 清CLK
　　RLC A ；準備逐位送數顯示
　　MOV P1.1,C ； 將數移入DA
　　　　CLR P1.0 ； 清CLK
　　DJNZ R2,W14499；
　　RET；

　　串行E2PROM讀寫(xiě)程序

　　24C128為I2C總線(xiàn)的E2PROM。SCL為400kHz時(shí)鐘線(xiàn)，SDA為雙向數據線(xiàn)，A2、A1、A0三位為片選地址，即I2C總線(xiàn)上最多可并聯(lián)8個(gè)串行E2PROM芯片。對E2PROM的操作方式由讀寫(xiě)控制命令字決定，其操作時(shí)需請參閱相關(guān)資料?！∠旅婧?jiǎn)要介紹一下存儲器的讀寫(xiě)流程。

　　對存儲器寫(xiě)操作，首先，單片機向24C128發(fā)一個(gè)START命令，產(chǎn)生開(kāi)始條件。然后，發(fā)寫(xiě)命令控制字(如A2H)。當24C128接到命令后，進(jìn)入一個(gè)寫(xiě)周期，再由單片機發(fā)送存儲地址，即確定數據寫(xiě)入到存儲器的哪個(gè)地址，隨后，單片機將要存儲的數據送入到SDA數據線(xiàn)上。寫(xiě)周期結束時(shí)，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(gè)START命令，產(chǎn)生開(kāi)始條件。然后發(fā)寫(xiě)命令控制字(如A2H)。當24C64接到命令后，進(jìn)入一個(gè)寫(xiě)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(gè)START命令，產(chǎn)生開(kāi)始條件，然后發(fā)讀命令控制字(A3H)。當24C128接到命令后，進(jìn)入一個(gè)讀周期，單片機從SDA數據線(xiàn)上讀出指定存儲地址中的數據。讀周期結束時(shí)，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(shí)，每讀寫(xiě)一個(gè)字節，單片機必須送一個(gè)應答位(ACK)，釋放一下SDA數據線(xiàn)，以便存儲器能繼續接收數據。
通信程序

　　在讀寫(xiě)器中，單片機與PC機之間的通信主要由TC232來(lái)實(shí)現TTL電平(0~5V)與RS232電平(+10~-10V)的轉換，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(gè)起始位，8位數據位，1個(gè)停止位，采取和校驗方式。讀寫(xiě)器中，單片機程序可采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。C語(yǔ)言有功能豐富的庫函數，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(jìn)和擴充(程序略)。

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

　　管理系統

　　管理系統主要功能如下：

　　?記錄持卡人的姓名、電話(huà)，住址等相關(guān)信息，再通過(guò)發(fā)卡器將資料寫(xiě)入IC卡中，同時(shí)根據用戶(hù)購買(mǎi)的卡類(lèi)型進(jìn)行現金預存和扣除。
　　?實(shí)時(shí)紀錄收費信息和車(chē)輛進(jìn)出數據。
　　?管理系統可以定期查詢(xún)、統計，以便及時(shí)掌握各用戶(hù)的情況，還可以訂立黑名單，從而更好的進(jìn)行監控。
　　?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(shí)現停車(chē)場(chǎng)系統的自動(dòng)控制，所以在此對管理系統不作詳細闡述。

　　結語(yǔ)

　　本系統開(kāi)發(fā)成功后，經(jīng)過(guò)相關(guān)管理部門(mén)的使用驗證，運行穩定，結果準確，同時(shí)大大提高了工作效率。真正實(shí)現了“自動(dòng)識別、自動(dòng)繳費、自動(dòng)放行”。整個(gè)系統一次投入、長(cháng)期使用，重復投資少，維護方便。同時(shí)該系統的軟硬件部分都預留有相關(guān)升級開(kāi)發(fā)接口，從而使得該系統能夠根據客戶(hù)需要進(jìn)行升級，避免了客戶(hù)的重復投資?！?/p>