专利名称：一种高速公路收费站防盗卡系统的制作方法
一种高速公路收费站防盗卡系统技术领域
本发明设计涉及一种高速公路收费站的电子系统，尤其涉及一种高速公路收费站 的防盗卡系统。技术背景
高速公路公司对行驶在高速公路上的汽车收费过程描述如下图1所示是高速公 路收费站入口通道结构示意图。当汽车行驶到收费站入口的自动发卡机位置时，自动发卡 机旁边的车辆检测器检测到汽车并产生信号给自动发卡机，自动发卡机收到信号后允许司 机取一张收费卡，然后收费站的栏杆就会抬起并禁止自动发卡机取卡，让汽车进入高速公 路上行驶。当汽车行驶到栏杆位置时，栏杆下面的车辆检测器检测到汽车并产生信号给收 费站的控制系统，等汽车离开栏杆位置后，车辆检测器产生的信号消失，控制系统判断汽车 已离开栏杆位置，然后控制栏杆落下并控制自动发卡机允许下一辆汽车取卡。当汽车行驶 到目的地的收费站的出口时，司机将刚才所取的收费卡交给收费员，收费员根据卡上的信 息获得该汽车的始发站、行驶里程数等信息对该车进行收费。
假设在高速公路上分别有A、B和C三个收费站，收费站B在收费站A和收费站C 之间。司机1在收费站B的入口取完收费卡后行驶到栏杆下面的位置时，车辆检测器检测 到汽车，如果汽车没往前开离开收费站，而是往后退离开栏杆的位置，车辆检测器产生的信 号跟汽车往前开离开收费站一样消失，控制系统根据车辆感应器产生的信号，认为汽车已 经离开收费站，因此控制栏杆落下并允许下一辆车取卡。当司机1把车后退到自动发卡机 位置时，自动发卡机允许取卡，这时司机1就可以再取一张收费卡，然后行驶离开收费站， 这时司机1手上就有2张从收费站B取走的收费卡。另一方面，司机2按照正常规则从收 费站A取一张收费卡进入高速公路前往收费站C，当司机2和司机1在收费站B和收费站C 之间的高速公路上相遇时，司机1将刚才在收费站B多取的一张卡以一定的价钱卖给司机 2。当司机2到达收费站C的出口时，司机2将刚才从司机1那里拿的收费卡交给收费员， 收费员以为司机2是从收费站B过来的，因此所收取的费用就是从收费站B到收费站C之 间的路程的费用。而司机2实际上是从收费站A过来的，因此司机2就没缴纳从收费站A 到收费站B之间这段路程的费用。这样司机1和司机2就从中谋取利益，而高速公路公司 却造成了相应的经济损失。如果司机1在收费站的自动发卡机位置和栏杆位置不断如此往 返重复几次就可以再多取一些收费卡，然后在高速公路上以一定价钱卖给从较远收费站过 来的司机，司机之间就可以从中共同谋取利益，而高速公路公司将遭到更大的经济损失。发明内容
根据上述一般收费站系统无法控制进入高速公路的每辆车只取一张收费卡而是 可以取走多张卡的不足之处，本发明提出了解决上述问题的系统，即一种高速公路收费站 防盗卡系统，杜绝部分司机多取卡转交给其他从较远收费站过来的司机，从而避免给高速 公路公司带来经济损失。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的实现方案本发明的高速公路收费站 的防盗卡系统，包括语音提示单元、语音报警单元、栏杆机和自动发卡机，其特征在于所述 语音提示单元、语音报警单元、栏杆机和自动发卡机的受控端经电子开关单元与一中央控 制单元连接；所述中央控制单元的输入端连接有车辆检测单元。
所述的车辆检测单元包括两个线圈和两个车辆检测器，每个线圈与一个车辆检测 器相连接，线圈与车辆检测器相匹配，第一个线圈埋在栏杆正下方的地面上，第二个线圈距 离第一个线圈一米的距离且第二个线圈靠近自动发卡机的方向。车辆检测器的响应时间小 于50毫秒，信号频率范围为20KHZ到200KHZ，车辆检测输出为继电器信号，当有车辆在相应 的线圈的下面时，车辆检测器的输出继电器闭合，当没有车辆在相应线圈下面时，车辆检测 器的输出继电器断开。
所述的控制单元包括按键恢复开关、看门狗电路和单片机。单片机不断从车辆检 测单元得到车辆在栏杆位置的各种状态，判断车辆是正常往前行驶离开收费站还是后退意 图再次取卡，单片机根据输入的车辆状态信息产生控制信号给电子控制单元。当单片机出 现不正常运行之后，看门狗电路产生复位信号对单片机复位，使单片机恢复正常运行。当有 司机进行后退意图再次取卡时，系统产生声响报警信号并通知工作人员处理，处理结束后， 工作人员手动按压按键恢复开关，使系统恢复正常工作状态。
所述的电子开关单元包含驱动芯片和5个继电器。驱动芯片接收控制单元中的单 片机产生的控制信号，控制信号经过驱动芯片后分别传给5个继电器，继电器按照控制信 号动作。驱动芯片是至少5个通道的达林顿驱动芯片。继电器采用开关触点耐压至少30V 的继电器。继电器1闭合时，即控制栏杆抬起；继电器2闭合时，即控制栏杆落下；继电器3 闭合时，即禁止从自动发卡机取卡；继电器4闭合时，即产生语音提示；继电器5闭合时，即 产生警报，反之亦然。继电器对各个单元进行隔离。
所述的语音提示单元包含语音解码播放芯片，语音存储卡，功率放大电路和扬声 器。语音存储卡用于存放需要播放的语音文件；解码播放芯片从语音存储卡读取要播放的 语音文件数据，进行播放；功率放大电路对语音信号进行功率放大，从而驱动扬声器播放声 音。功率放大电路和扬声器的功率都在10瓦以上。
所述的警报单元是功率20瓦以上的警报器。当有司机意图取多张收费卡时，警报 器发出声音报警通知工作人员对该司机进行处理。
所述的自动发卡机能够接收继电器发出的开关信号，从而判断是否能够取卡。当 开关信号闭合时，自动发卡机被禁止取卡，反之亦然。
本发明能够判断车辆在栏杆下面是往前行驶离开收费站还是往后退意图再次取 卡，对意图再次取卡的司机进行语音提示，发出警报通知工作人员处理，同时禁止从自动发 卡机取卡。让司机不能取多张卡，杜绝这种不法行为的发生，减少给高速公路公司带来损 失。本发明安全稳定，简单易行。
图1为高速公路收费站入口通道结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为车辆检测单元的结构示意图。
图4为车辆检测线圈在通道中的位置示意图。
图5为控制单元的结构示意图。
图6为电子开关单元的结构示意图。
图7为语音提示单元的结构示意图。
图8为车辆后退检测程序流程图。
图9为防盗卡系统完整工作过程示意图。
具体实施方式
以下将通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图2、3、5、6和7所示，本发明包括语音提示单元、语音报警单元、栏杆机和自动 发卡机，其特征在于所述语音提示单元、语音报警单元、栏杆机和自动发卡机的受控端经 电子开关单元与一中央控制单元连接；所述中央控制单元的输入端连接有车辆检测单元。 车辆检测单元检测车辆的状态并产生开光信号给控制单元，控制单元根据车辆的状态判断 司机是否意图后退再次取卡，然后产生相应的控制信号给电子开关单元，电子开关单元根 据控制信号做出反应去控制语音提示单元、语音报警单元、栏杆机和自动发卡机。
请参照图3和图4，车辆检测单元检测到车辆的状态总共有4种状态。线圈1和线 圈2上都没车辆为状态1，此时车辆检测器1和2都没有信号输出。线圈1上面有车辆，线 圈2上面没车辆为状态2，此时车辆检测器1有信号，车辆检测器2没信号。线圈1和2上 面都有车辆为状态3，此时车辆检测器1和2都有信号输出。线圈1上面没车辆，线圈2上 面有车辆为状态4，此时车辆检测器1没信号输出，车辆检测器2有信号输出。
如图4所示车辆检测线圈在通道中的位置。如图8所示是检测车辆是否后退检测 流程图。车辆正常行驶离开收费站时，刚开始没接触到线圈，接着接触到线圈1，接着线圈1 和线圈2都接触到，接着只接触线圈2，最后两个线圈都没接触到，因此车辆检测单元的输 出状态依次为状态1、2、3、4和1。由于车辆必须接触到线圈2然后离开线圈2系统才会认 为车辆已经离开收费站，然后控制栏杆落下并允许下一辆车过来时取卡。当车辆接触线圈 1再往后退离开线圈1时，不能从自动发卡机上取卡，所以暂时不判定为后退。当车辆在线 圈1和线圈2都接触后，再离开线圈2时，只接触到线圈1，此时栏杆落下同时自动发卡机允 许取卡，所以应该判断为车辆后退，对应的车辆检测单元的状态是从状态3到状态2变化。 而车辆若是往前开再后退时，也必须经过从状态3到状态2的变化过程。因此，可以认为车 辆检测单元的状态从状态3到状态2的变化过程就判断为车辆后退欲再次取卡。
如图9所示，控制单元的工作过程是这样的控制单元的单片机不断查询车辆检 测单元所输出车辆的状态，如果车辆检测单元输出的状态信号依次为1、2、3、4和1时，表明 车辆正常行驶离开收费站，控制单元控制栏杆落下并允许下一辆车到来时从自动发卡机取 卡。当车辆出现第一次后退之后，控制单元通过电子开关单元禁止从自动发卡机上取卡，延 时3秒后，控制单元输出控制信号通过控制单元控制语音提示单元播放，提醒司机已经取 卡要往前行驶离开收费站，并抬起栏杆让车辆离开。如果车辆正常行驶离开收费站，则这辆 测量检测完成，准备检测下一辆车。如果车辆不是正常行驶离开收费站而是再次后退准备 再次取卡，或者三分钟内没有往前行驶离开收费站而是从别的车道离开收费站，则控制单 元控制栏杆落下，禁止车辆离开，同时控制单元控制报警器发出警报通知工作人员过来处理。当工作人员处理完毕后可按控制单元中的按键复位开关复位系统，使系统正常工作。
控制单元的单片机可选用ATMEGA8的AVR单片机。电子开关单元的继电器选用输 入控制电压为5V，输出开关触点耐压30V的继电器。语音提示单元中的语音解码芯片可选 用WTV020的解码芯片，存储器选用IG容量的SD卡，功率放大电路可采用以TDA2030集成 功率放大器为核心的电路。
经过试验表明，本发明能够有效防止司机多取卡，杜绝盗卡不法行为，减少由此给 高速公路公司造成的经济损失。本发明的系统运行稳定，安全可靠。
如本发明的原理图和系统结构框图所述，采用与其相同或相似的结构和设计，所 得到其他能够防止车辆后退盗卡的方法，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高速公路收费站的防盗卡系统，包括语音提示单元、语音报警单元、栏杆机和 自动发卡机，其特征在于所述语音提示单元、语音报警单元、栏杆机和自动发卡机的受控 端经电子开关单元与一中央控制单元连接；所述中央控制单元的输入端连接有车辆检测单兀。
2.根据权利要求1所述的高速公路收费站的防盗卡系统，其特征在于，所述的车辆检 测单元包括设于栏杆机的栏杆正下方地面上的第一检测线圈； 与所述第一线圈连接的第一检测器；设于距离第一线圈一米的距离且靠近发卡机方向的地面上的第二线圈以及与该第二 线圈连接的第二检测器。
3.根据权利要求1所述的高速公路收费站的防盗卡系统，其特征在于所述的控制单 元包括按键复位开关、看门狗电路和单片机。
4.根据权利要求1所述的一种高速公路收费站的防盗卡系统，其特征是所述的电子 开关单元包含五个继电器驱动该些继电器的驱动器。
5.根据权利要求1所述的高速公路收费站的防盗卡系统，其特征在于所述的语音提 示单元包含语音解码播放芯片以及与该芯片连接的语音存储卡和功率放大电路，所述的功 率放大电路的输出端与一扬声器连接。
全文摘要
本发明涉及一种高速公路收费站上的防盗卡系统，其特征是它由车辆检测单元、控制单元、电子开关单元、语音提示单元、语音报警单元、栏杆机和自动发卡机组成的。车辆检测单元检测栏杆下面车辆的状态，并把检测车辆的状态信号传给控制单元，控制单元根据车辆的状态产生控制信号给电子开关单元，电子开关单元对控制信号做出反应，控制单元中继电器的断开与闭合决定语音提示单元、报警单元、栏杆机和自动发卡机的状态。本发明能够检测意图多次取卡的司机并禁止司机多次取卡，杜绝这种不法行为的发生，减少给高速公路公司带来损失。本发明安全稳定，简单易行。
文档编号G07B15/00GK102044093SQ201110022738
公开日2011年5月4日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者刘雁斌, 林国平 申请人:福建省福宁高速公路有限责任公司