一种停车场智能车道系统的制作方法

本实用新型涉及停车场技术领域，特别是一种停车场MTC与ETC混合智能车道系统。

背景技术：

MTC（人工收费系统）通行效率低下，存在高油耗高污染的缺点，不符合绿色低碳的理念。ETC(电子不停车收费系统)专用通道造价高，通道跟车错扣费的缺点难以克服。目前大部分ETC车道均是通过在现有MTC车道上进行改造而成，因此如需建设停车场ETC和MTC混合车道，除了增设必要的ETC外围设备外，还需要考虑与现有MTC车道系统及设备的兼容问题，如公开号为104331939A公开的一种公路ETC与MTC混合车道系统及其控制方法，通过将MTC车道控制器和ETC车道控制器对接互连方式，实现这两类控制器可根据车辆位置和收费状态对共用设备进行分别控制，并以此完成MTC和ETC处理作业，达到同一车道同时支持上述两种收费模式的功能目标，但这种方式仅仅实现了共用设备的优点，ETC与MTC两套系统还是独立运行无法有机的融合在一起，还是实行一杆一车，车道通行能力并没有得到优化。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型通过设计一款融合控制器，实现MTC与ETC系统的衔接，融合控制器通过汇总车道中产生的信号感知车道内车辆的数量、类型以及行驶状态，根据当前的车道状态以及预设的规则智能的调整车道工作模式，提升车辆的通行效率。保证ETC模式下的高速通行，降低进口及出口车道的油耗与废气污染，并且解决了ETC车道车辆之间的跟车问题。

本实用新型采取的技术方案是：一种停车场智能车道系统，包括MTC设备、闸机、摄像头和地感检测器，该停车场智能车道系统还包括ETC设备、ETC系统前端检查单元RSU和融合控制器；所述地感检测器包括第一地感、第二地感、第三地感、第四地感和第五地感；所述第一地感、第二地感、第三地感、第四地感，按行驶进入闸机的方向、依次设置在闸机的前端，第五地感设置在闸机之后；

所述第一地感与融合控制器连接，用于检测是否有车辆进入车道，并用于计数；

所述第二地感与融合控制器连接，用于检测同一车道是否连续进入第二辆车，并用于测速；

所述第三地感为ETC地感、与ETC设备连接，用于触发ETC设备，开启RSU检测模式；

所述第四地感为MTC地感、与MTC设备连接，用于触发MTC设备，唤醒MTC发卡功能；

所述第五地感为闸机地感、分别与融合控制器和闸机连接，一方面用于实现闸机自动回落功能，另一方面用于车辆通行进行计数；

所述摄像头与融合控制器连接，用于抓拍车辆图像信息，由融合控制器控制摄像头抓拍时机；并由摄像头把抓拍到的信息传送到管理中心；

所述ETC系统前端检查单元RSU与ETC设备连接，用于检测车辆是否安装有效的OBU；

所述融合控制器还分别与MTC设备和ETC设备连接，用于判断车道工作的模式，实现MTC系统与ETC系统的衔接，通过汇总车辆通行过程中产生的信号，进而以设计的规则判决闸机工作状态，控制闸机开关。

其进一步的技术方案是：所述融合控制器包括微处理器、以及分别与微处理器电路连接的电源模块、LED提示电路、RS232接口、输入接口和输出接口；

所述微处理器采用AT91SAM7S64微处理器，接收输入接口的信号经软件层的处理，由输出接口输出控制信号；

所述电源模块用于转换外接输入电源，为各功能模块提供匹配电压；

所述输入接口分别与MTC设备控制信号端、ETC设备控制信号端、闸机地感信号端、第一地感信号端和第二地感信号端连接，用于接收MTC设备控制信号、ETC设备控制信号、闸机地感信号、第一地感信号和第二地感信号；

所述输出接口与闸机控制信号端连接，用于输出闸机控制信号；

所述LED提示电路用于实时反映系统的运行状况；

所述RS232接口提供双向通信通道。

所述RS232接口与管理中心连接通信，实现管理中心对停车场智能车道系统进行调试或交互控制。

由于采取上述技术方案，本实用新型之一种停车场智能车道系统具有如下有益效果：

1、本实用新型之停车场智能车道系统，以人工收费系统作为基础引入电子不停车收费系统，大幅降低了ETC车道的建设成本；

2、本实用新型设计的融合控制器实现了MTC与ETC系统的衔接，该融合控制器通过汇总车道中产生的信号感知车道内车辆的数量、类型以及行驶状态，进而以设计的规则判决闸机的工作状态，用融合控制器托管闸机，相对智能的替换掉一杆一车的僵化规则，提升车辆的通行效率；这里MTC设备与ETC设备均独立运行，无耦合，MTC系统和ETC系统的交叉仅出现在融合控制器。那么任何一方出现故障，都不会波及另外一方，从结构上隔离了风险；而融合控制器的稳定性，可以达到工业级水平，保障系统可以24小时运行。

3、本实用新型设计的融合控制器的软件系统采用μC/OS-II系统，该系统支持多进程编程，简化了程序设计，清晰划分了任务模块，系统响应时间短；在车道前端，MTC与ETC使用融合控制器汇聚车道信号并控制车道逻辑，在后台，MTC与ETC使用以太网通信共享数据持久层，并采用统一的数据管理系统；该μC/OS-II系统实现了MTC与ETC系统的衔接，并以此完成MTC与ETC处理作业，达到同一车道同时支持上述两种收费模式的功能目标，保证ETC模式下的高速通行，降低进口及出口车道的油耗与废气污染，提高收费通道通行效率与停车场服务水平。

附图说明

图1：本实用新型实施例提供的停车场智能车道系统结构示意图；

图2：本实用新型实施例提供的地感检测器安装示意图；

图3：本实用新型实施例提供的系统融合控制器硬件总体结构示意图；

图4：本实用新型实施例提供的AT91SAM7S64应用电路图；

图5-1：本实用新型实施例提供的融合控制器电源转换电路图一；

图5-2：本实用新型实施例提供的融合控制器电源转换电路图二；

图6：本实用新型实施例提供的融合控制器输入接口电路图；

图7：本实用新型实施例提供的融合控制器控制输出接口电路图；

图8：本实用新型实施例提供的RS232接口电路图；

图9：本实用新型实施例提供的融合控制器软件多进程框架示意图；

图10：本实用新型实施例提供的软件多进程等待车辆通过流程图；

图11：本实用新型实施例提供的task_start进程的初始化流程图；

图12：本实用新型实施例提供的task_key_read进程流程图；

图13：本实用新型实施例提供的task_led进程流程图；

图14：本实用新型实施例提供的task_door_control进程流程图；

图15：本实用新型实施例提供的车辆入场车道的系统工作流程图；

图16：本实用新型实施例提供的车辆出场车道的系统工作流程图。

图中：

1—MTC设备，2—ETC设备；3—融合控制器，31-AT91SAM7S64微处理器，32-电源模块，33-输入接口，34-输出接口，35- RS232接口，36- LED提示电路；4-地感检测器，41—第一地感，42—第二地感，43—第三地感，44—第四地感，45—第五地感；5—闸机，6-摄像头，7-ETC系统前端检查单元RSU。

文中以下英文的含义是：

task_start进程-启动多任务并守护系统运行进程；

task_key_read进程-读取车道状态进程；

task_door_control进程-控制闸机动作进程；

task_led进程-显示系统工作状态进程。

具体实施方式

如图1所示，一种停车场智能车道系统，包括MTC设备1、闸机5、摄像头6、地感检测器4、 ETC设备2、ETC系统前端检查单元RSU 7和融合控制器3；所述地感检测器4包括第一地感41、第二地感42、第三地感43、第四地感44和第五地感45；所述第一地感41、第二地感42、第三地感43、第四地感44，按行驶进入闸机的方向、依次设置在闸机的前端，第五地感45设置在闸机之后（参见图2）；其中，第一地感41、第二地感42、第三地感43它们之间的安装间距可以为一个车身（例如：长约4480mm）；

所述第一地感41与融合控制器3连接，用于检测是否有车辆进入车道，并用于计数；

所述第二地感42与融合控制器3连接，用于检测同一车道是否连续进入第二辆车，并用于测速；

所述第三地感43为ETC地感、与ETC设备2连接，用于触发ETC设备，开启RSU检测模式；

所述第四地感44为MTC地感、与MTC设备1连接，用于触发MTC设备，唤醒MTC发卡功能；

所述第五地感45为闸机地感、分别与融合控制器3和闸机5连接，一方面用于实现闸机自动回落功能，另一方面用于车辆通行进行计数；

所述摄像头6与融合控制器3连接，用于抓拍车辆图像信息，由融合控制器控制摄像头抓拍时机；并由摄像头把抓拍到的信息传送到管理中心；所述摄像头可采用网络摄像头；

所述ETC系统前端检查单元RSU与ETC设备连接，用于检测车辆是否安装有效的OBU；

所述融合控制器3还分别与MTC设备1和ETC设备2连接，用于判断车道工作的模式，实现MTC系统与ETC系统的衔接，通过汇总车辆通行过程中产生的信号，进而以设计的规则判决闸机工作状态，控制闸机开关。

所述融合控制器3包括微处理器31、以及分别与微处理器31电路连接的电源模块32、LED提示电路36、RS232接口35、输入接口33和输出接口34（参见图3）；

所述微处理器采用AT91SAM7S64微处理器，AT91SAM7S64微处理器处于硬件层核心，接收输入接口的信号经软件层的处理，由输出接口输出控制信号；

所述电源模块用于转换外接输入电源，为其他各功能模块提供匹配电压；

所述输入接口分别与MTC设备控制信号端、ETC设备控制信号端、闸机地感信号端（即第五地感信号端）、第一地感信号端和第二地感信号端连接，用于接收MTC设备控制信号、ETC设备控制信号、闸机地感信号、第一地感信号和第二地感信号；

所述输出接口与闸机控制信号端连接，用于输出闸机控制信号；

所述LED提示电路用于实时反映系统的运行状况；

所述RS232接口提供双向通信通道，可与管理中心连接通信，便于停车场智能车道系统的调试与交互控制。

所述融合控制器各部分电路图参见图4～图8，因各部分电路图都是已有公知技术，在此不再赘述。

所述融合控制器的软件系统采用μC/OS-II系统，所述μC/OS-II系统支持多进程编程，该μC/OS-II系统生成了四个进程（参见图9），分别为：task_start进程，task_key_read进程、task_door_control进程和task_led进程；系统启动首先创建task_start进程，再由task_start进程进一步创建另外三个核心的实现应用的进程（task_key_read进程、task_door_control进程、task_led进程）；

所述task_start进程由μC/OS-II系统启动首先创建，启动多任务并检视系统运行，首先硬件初始化，设置时钟频率、GPIO（General Purpose Input Output）接口、看门狗等一系列硬件资源，为后续任务准备好硬件环境；下一步操作系统初始化，初始化μC/OS-II系统环境变量和内核数据结构；再下一步创建主进程task_start进程，并且维护一个watchdog，守护系统的正常运行；最后启动进程开启多任务系统；参见图11：task_start进程的初始化流程图；

所述task_key_read进程为实现应用的进程，由task_start进程创建，用于实时更新车道运行状态，并与task_door_control进程和task_led进程通信，交互车道状态；具体的，根据地感1和地感2的检测信号、MTC控制信号以及ETC控制信号，读取车道内车辆的数量及类型信息，并保存。如图10所示：软件多进程等待车辆通过流程，使用轮询的方式读取各个地感检测器状态并结合计时器判断车辆是否通过闸机。

所述task_led进程为实现应用的进程，由task_start进程创建，用于根据车道状态，刷新LED灯显示模式，提示系统工作状态；如图12所示，根据车道当前的状态选择预置的显示规则驱动LED灯运行，以表明车道的不同状态。

所述task_door_control进程为实现应用的进程，由task_start进程创建，用于根据车道状态，实时控制闸机的开启与关闭；如图13所示，是闸机控制规则的具体实现。

上述的停车场智能车道系统的控制方法，其控制流程图参见图15和图16，该方法包括：车辆入场车道控制方法和车辆出场车道控制方法；

所述车辆入场车道控制方法的步骤如下：

（1）当车辆进入入场车道时，经过第一地感、第二地感，第一地感、第二地感开始检测车辆；

（2）当车辆经过第三地感时，触发ETC设备， ETC系统前端检查单元RSU检测到OBU是否有效，当OBU有效时，车道系统进入ETC入场交易流程；当OBU无效时或是车辆没有安装OBU时，车辆经过第四地感，触发MTC设备，车道系统进入MTC入场交易流程；需要说明的是，若车道系统已进入ETC入场交易流程，车辆经过第四地感时，不会触发MTC设备。

（3）融合控制器启动抓拍摄像机抓取车辆图像，摄像头将车型、时间、入口位置、图像等数据同步发送给管理中心；

（4）融合控制器控制闸机开启，车辆驶入；

（5）车辆驶入后，经过第五地感，融合控制器汇总车辆通行过程中产生的信号，包括MTC设备控制信号、ETC设备控制信号、第五地感信号、第一地感信号和第二地感信号，进而以设计的规则判决闸机关闭；

所述车辆出场车道控制方法的步骤如下：

（1）当车辆进入出场车道时，经过第一地感、第二地感，第一地感、第二地感开始检测车辆；

（2）当车辆经过第三地感时，触发ETC设备，ETC系统前端检查单元RSU检测到OBU是否有效，当OBU有效时，车道系统进入ETC出场交易流程，系统根据车辆OBU信息收费；当OBU无效时或是车辆没有安装OBU时，车辆经过第四地感，触发MTC设备，车道系统进入MTC出场交易流程，系统根据车辆之前的入场相关信息，进行相应收费；需要说明的是，若车道系统已进入ETC出场交易流程，车辆经过第四地感时，不会触发MTC设备。

（3）融合控制器控制闸机开启，车辆驶出；

（4）车辆驶出后，经过第五地感，融合控制器汇总车辆通行过程中产生的信号，包括MTC设备控制信号、ETC设备控制信号、闸机地感信号、第一地感信号和第二地感信号，进而以设计的规则判决闸机关闭。

在车辆入场车道控制方法的步骤（5）和车辆出场车道控制方法的步骤（4）中的判决闸机关闭的设计规则包括：

设计规则1：当车辆驶出闸机无跟车时，闸机关闭；

设计规则2：当车辆驶出闸机有跟车时，如果跟车满足通行的条件，闸机不关闭，符合通行条件的跟车通过闸机后，闸机才关闭。

现详细说明ETC车辆入场、出场的具体流程和MTC车辆入场、出场的具体流程：

1、ETC车辆入场流程具体包括：

①车辆进入入场车道，触发ETC地感检测器，唤醒RSU开始检测OBU。如果RSU探测到OBU，通知车道系统有ETC车辆到来，进入ETC交易流程。

② ETC设备读取OBU内存储的信息，验证OBU有效性。如果验证有效进入下一步骤，否则终止交易流程，车道系统启动MTC入场工作模式；

③ ETC设备根据RSU所获取的信息，判定车辆类型，同时融合控制器启动抓拍摄像头抓取车辆图像；摄像头并将车型、时间、入口位置、图像等数据同步发送给管理中心。

④ 融合控制器通知自动闸机开启，车辆通过后闸机自动关闭。

⑤ RSU恢复待机状态。

2、MTC车辆入场流程具体包括：

① 车辆进入入场车道，触发MTC地感检测器，通知车道系统有MTC车辆到来，进入MTC交易流程；

②自动发卡机提示取卡， 如果是储值卡、月卡等固定用户车辆，使用IC卡读卡器刷卡；如果是临时车辆，在自动发卡机处取卡；

③ 刷卡、或取卡成功后，融合控制器立即启动摄像头抓拍获取车辆正面图像，摄像头并将车辆入场信息及图像发送到管理中心，作为出场时费率计算的依据；

④融合控制器通知自动闸机开启，车辆通过后自动闸机关闭。

3、ETC车辆出场流程具体包括：

① 车辆进入出场车道，触发ETC地感检测器，唤醒RSU开始检测OBU。如果RSU探测到OBU，通知车道系统有ETC车辆将出场；

② ETC设备获取OBU车辆信息，判断OBU有效性；

③ETC设备根据OBU信息，调取数据库中匹配信息，并根据车型、入场时间及费率标准计算所需费用；

④ ETC设备扣款，同步更新OBU卡内余额及数据库内数据，通过语音、显示等辅助设备，提示收费等信息；

⑤ 融合控制器控制自动闸机开启，车辆通过后闸机自动关闭；

⑥ ETC设备通知RSU恢复待机状态。

4、 MTC车辆出场流程具体包括：

① MTC车辆进入出场车道，触发MTC地感检测器，通知车道系统有MTC车辆将出场；

② 如果是固定客户，可自行刷卡交易，交易成功则直接转入步骤⑤；如果是临时车辆，客户需将入口领取的IC卡交由收费人员处理；

③ 收费人员依赖收费管理软件工作，读取IC卡后该软件会从管理中心调取该车辆的入场时间、入口位置、车型、入口抓拍图像等信息。收费人员根据这些信息判断车辆的有效性，收费软件根据这些信息计算消费额等；

④ 收费人员通过交互界面，收取费用完成交易，并根据客户需求打印票据；

⑤ MTC设备记录本次交易信息，同步到管理中心，并通过语音、显示器等辅助设备提示交易情况。

⑥融合控制器通知自动闸机开启，放行车辆。

本实用新型的停车场智能车道系统在运用时，需要从闸机上节省时间，通过增加的地感（第一地感、第二地感）判断是否有跟车情形，既要尽量省去闸杆落下的时间，又不能在错误的时机放开闸杆导致MTC车辆误闯。例如当ETC车辆跟随MTC车辆，MTC车辆比较低速本身阻碍ETC车辆，当ETC信号被触发而且发现车道前方无车，那么为了提高通行效率，前车通过后闸机不落杆；又如当有大巴车辆进来时，一辆车跨越多个地感，需要采用不同的记数实现，也对应有一套规则，使大型ETC车辆加速通行；又如当车道内全是MTC车辆，系统检测到前车离开后，后车已取卡，闸机不落杆，让后车直接就通行。

因此，本实用新型的融合控制器汇总了车辆通行过程中产生的信号，考虑了车型、车距、车速、车辆驶入车道的顺序，进而以设计的规则判决闸机工作状态，本实用新型采用融合控制器托管闸机，相对智能的替换掉一杆一车的僵化规则，提升了车辆的通行效率。

工作原理：

融合控制器的微处理器作为逻辑运算单元，通过多个GPIO（General Purpose Input Output）接口采集车道中地感、MTC设备、ETC设备产生的信号，经过逻辑运算判定车道状态，并通过GPIO接口输出信号控制闸机开合。这里面MTC设备、ETC设备两套系统本身是独立运作的，有各自的后台数据管理系统（管理中心），在车道前端，MTC、ETC的系统控制输出被融合控制器接管，在MTC和ETC各自的管理系统后端，使用数据同步工具将数据汇聚在一起，采用统一的数据管理系统。