一种在高速公路MTC车道实现不停车收费的车道控制器的制作方法

本专利申请属于智能交通管理与高速公路收费技术领域，更具体地说，是涉及一种在高速公路mtc车道实现不停车收费的车道控制器。

背景技术：

目前，针对高速公路收费方式，主流的方式有两种：一种是mtc(manualtollcollectionsystem，人工半自动收费车道)，就是现有的人工收费系统，另一种是etc(electronictollcollection)不停车收费系统，通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签(obu)与在收费站etc车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。

高速公路mtc车道实行人工收费，要经过收费员点钞、验钞、找零，确认无误后才会抬杆让车辆通过，这个人工操作过程花费时间很长，往往会造成收费站前大堵车的情况。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种在高速公路mtc车道实现不停车收费的车道控制器，适用于未安装obu的非etc车辆实现不停车、非现金的收费方式，实现车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的，可大大提高mtc车道收费通行速度和效率。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种在高速公路mtc车道实现不停车收费的车道控制器，包括使用模式电路切换的方式在原有mtc车道实现不停车收费，并且不影响原有收费模式。

本发明技术方案的进一步改进在于：包括主机模块、与主机模块的输出端分别连接的模式切换电路和内置费额显示器驱动输出以及内置io驱动控制器、与主机模块的输入端和输出端均连接的路由模块，内置费额显示器驱动输出和内置io驱动控制器均与模式切换电路的输入端连接；

模式切换电路的输入端还分别通过db9串口输入和io输入端口连接原mtc费额显示器输出和原有mtcio驱动控制器输出，模式切换电路的输出端分别通过io输出端口和db9串口输出与车道通行控制设备和费额显示器对应连接，主机模块的输入端还连接车道抓拍摄像机。

本发明技术方案的进一步改进在于：主机模块为arm/linux主机模块，路由模块为4g/wifi路由模块。

本发明技术方案的进一步改进在于：模式切换电路包括与arm/linux主机模块的输出端均连接的车道设备控制模式切换电路和费额显示器模式切换电路，车道设备控制模式切换电路分别与车道通行控制设备和内置io驱动控制器连接，费额显示器模式切换电路分别与费额显示器和内置费额显示器驱动输出连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：车道设备控制模式切换电路包括显示电路和按键电路，其中：

显示电路包括光耦ok1a、光耦ok1b、光耦ok1c、光耦ok1d，光耦ok1a的1脚接电阻r13，电阻r13另一端接二极管d15发射极，二极管d15基极接电容c15和主机模块的input1脚；光耦ok1a的2脚接电容c15另一端和gnd；光耦ok1a的16脚接主机模块的io_in1脚和发光二极管led11发射极，发光二极管led11基极接电阻r43，电阻r43另一端接+3v,光耦ok1a的15脚接gnd；

光耦ok1b的3脚接电阻r14，电阻r14另一端接二极管d16发射极，二极管d16基极接电容c16和主机模块的input2脚；光耦ok1b的4脚接电容c16另一端和gnd；光耦ok1b的14脚接主机模块的io_in2脚和发光二极管led12发射极，发光二极管led12基极接电阻r44，电阻r44另一端接+3v,光耦ok1b的13脚接gnd；

光耦ok1c的5脚接电阻r15，电阻r15另一端接二极管d17发射极，二极管d17基极接电容c17和主机模块的input3脚；光耦ok1c的6脚接电容c17另一端和gnd；光耦ok1c的17脚接主机模块的io_in3脚和发光二极管led13发射极，发光二极管led13基极接电阻r45，电阻r45另一端接+3v，光耦ok1c的11脚接gnd；

光耦ok1d的7脚接电阻r16，电阻r16另一端接二极管d18发射极，二极管d18基极接电容c18和主机模块的input4脚；光耦ok1d的8脚接电容c18另一端和gnd；光耦ok1d的10脚接主机模块的io_in4脚和发光二极管led14发射极，发光二极管led14基极接电阻r46，电阻r46另一端接+3v，光耦ok1d的9脚接gnd；

按键电路包括按键con1和按键con2，按键con1的f16脚连接双刀双掷开关k5的11端，双刀双掷开关k5的9端连接主机模块的input1脚、13端连接按键con2的16脚，按键con1的f17脚连接双刀双掷开关k5的6端，k5的8端连接主机模块的input2脚、k5的4端连接按键con2的17脚，按键con1的f18脚连接双刀双掷开关k6的11端，k6的9端连接主机模块的input3脚、k6的13端按键con2的18脚；按键con1的f19脚连接双刀双掷开关k6的6端、k6的8端连接主机模块的input4脚、k6的4端连接按键con2的19脚；

按键con1的f20脚连接双刀双掷开关k7的6端，双刀双掷开关k7的固定端连接按键con2的20脚，双刀双掷开关k7的8端连接单刀双掷开关k1的8端，k1的固定端接+24v；按键con1的f23脚连接双刀双掷开关k7的11端，双刀双掷开关k7的固定端连接按键con2的23脚，k7的9端连接单刀双掷开关k2的8端，k2的固定端接+24v；

按键con1的f25脚连接双刀双掷开关k8的6端，双刀双掷开关k8的固定端连接按键con2的25脚，双刀双掷开关k8的8端连接单刀双掷开关k1的8端，k1的固定端接+12v；按键con1的f27脚连接双刀双掷开关k8的11端，双刀双掷开关k8的固定端连接按键con2的27脚，双刀双掷开关k8的8端连接单刀双掷开关k1的8端，k1的固定端接+12v；

按键con1的f21脚和f24脚连接后接+24v，按键con1的f26脚和f28脚连接后接+12v，按键con1的f34-f37脚接gnd；按键con1的21脚和24脚连接后接+24v，按键con1的26脚和28脚连接后接+12v，按键con2的34-37脚接gnd；

本发明技术方案的进一步改进在于：费额显示器模式切换电路包括芯片u5，芯片u5的1脚和3脚之间短接电容c21，芯片u5的4脚和5脚之间短接电容c22，芯片u5的2脚通过电容c23接gnd，芯片u5的6脚通过电容c24接gnd，芯片u5的14脚连接开关k9的8脚，开关k9的6脚分别连接二极管d19发射极、按键con5female的f2脚，开关k9的4脚分别连接二极管d22发射极、按键con5male的m3脚；芯片u5的13脚连接开关k9的6脚，开关k9的11脚分别连接二极管d21发射极、按键con5female的f3脚，开关k9的13脚分别连接二极管d20发射极、按键con5male的m2脚，二极管d19-d22的基极接gnd；按键con5female的f5脚、按键con5male的m5脚接gnd。

本发明技术方案的进一步改进在于：内置io驱动控制器包括芯片u3，芯片u3的1脚分别接电阻r30和光耦ok3a的15脚，电阻r30另一端接gnd，光耦ok3a的16脚通过电阻r19接vdd、1脚通过电阻r35接+3v、2脚接io_out1脚；

芯片u3的2脚分别接电阻r29和光耦ok3b的13脚，电阻r29另一端接gnd，光耦ok3b的14脚通过电阻r20接vdd、3脚通过电阻r36接+3v、4脚接io_out2脚；

芯片u3的3脚分别接电阻r28和光耦ok3c的11脚，电阻r28另一端接gnd，光耦ok3c的12脚通过电阻r21接vdd、5脚通过电阻r37接+3v、6脚接io_out3脚；

芯片u3的4脚分别接电阻r27和光耦ok3d的9脚，电阻r27另一端接gnd，光耦ok3d的10脚通过电阻r22接vdd、7脚通过电阻r38接+3v、6脚接io_out4脚；

芯片u3的8脚分别接电阻r31和光耦ok2a的15脚，电阻r31另一端接gnd，光耦ok2a的16脚通过电阻r25接vdd、1脚通过电阻r26接外引线、2脚接io_sw脚；芯片u3的5-7脚与芯片u3的8脚短接；芯片u3的1-8脚分别通过对应的二极管接芯片u3的10脚，芯片u3的10脚接vdd；

芯片u3的18脚依次接发光二极管led3的发射极、二极管d7的基极、继电器k1，发光二极管led3的基极接电阻r8，电阻r8另一端、二极管d7的发射极、继电器k1另一端接vdd；芯片u3的17脚依次接发光二极管led4的发射极、二极管d8的基极、继电器k2，发光二极管led4的基极接电阻r9，电阻r9另一端、二极管d8的发射极、继电器k1另一端接vdd；

芯片u3的16脚依次接发光二极管led5的发射极、二极管d9的基极、继电器k3，发光二极管led5的基极接电阻r10，电阻r10另一端、二极管d9的发射极、继电器k3另一端接vdd；芯片u3的15脚依次接发光二极管led6的发射极、二极管d10的基极、继电器k4，发光二极管led6的基极接电阻r11，电阻r11另一端、二极管d10的发射极、继电器k4另一端接vdd；

芯片u3的14脚依次接发光二极管led7的发射极、二极管d11的基极、继电器k5，发光二极管led7的基极接电阻r17，电阻r17另一端、二极管d11的发射极、继电器k5另一端接vdd；芯片u3的13脚依次接发光二极管led8的发射极、二极管d12的基极、继电器k6，发光二极管led8的基极接电阻r18，电阻r18另一端、二极管d12的发射极、继电器k6另一端接vdd；

芯片u3的12脚依次接发光二极管led9的发射极、二极管d13的基极、继电器k7，发光二极管led9的基极接电阻r23，电阻r23另一端、二极管d13的发射极、继电器k7另一端接vdd；芯片u3的11脚依次接发光二极管led10的发射极、二极管d14的基极、继电器k8、继电器k9、发光二极管led15的发射极，发光二极管led8的基极接电阻r24，电阻r24另一端、二极管d14的发射极、继电器k8、继电器k9另一端接vdd，发光二极管led15的基极接电阻r12，电阻r12另一端接+5v。

本发明技术方案的进一步改进在于：芯片u3的型号为uln2803，芯片u5的型号为sp3232eey。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：

本发明是在原有mtc收费系统上的功能增量叠加，为在现有mtc车道上的实现的不停车收费设计，适用于未安装obu的非etc车辆实现不停车、非现金的收费方式，可大大提高mtc车道收费通行速度和效率。本发明通过车道摄像机对经过收费车道的车辆进行车牌识别后，通过网络与后台系统记录的注册车辆及关联通行信息进行核对，对符合通行条件的车辆自动扣除费用并控制车道设备对车辆放行。

附图说明

图1为本发明的功能模块原理框图；

图2为本发明的外观及接口示意图一；

图3为本发明的外观及接口示意图二；

图4为本发明内置io到车道设备控制转换电路图；

图5为本发明的车道设备控制模式切换电路中的显示电路图；

图6为本发明的车道设备控制模式切换电路中的按键电路图；

图7为本发明的费额显示器模式切换电路图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明公开了一种在高速公路mtc车道实现不停车收费的车道控制器，参见图1-图7，包括使用模式电路切换的方式在原有mtc车道实现不停车收费，并且不影响原有收费模式。

包括主机模块11、与主机模块11的输出端分别连接的模式切换电路12和内置费额显示器驱动输出16以及内置io驱动控制器14、与主机模块11的输入端和输出端均连接的路由模块20，内置费额显示器驱动输出16和内置io驱动控制器14均与模式切换电路12的输入端连接；

模式切换电路12的输入端还分别通过db9串口输入4和io输入端口1连接原mtc费额显示器输出15和原有mtcio驱动控制器输出13，模式切换电路12的输出端分别通过io输出端口2和db9串口输出3与车道通行控制设备17和费额显示器18对应连接，主机模块11的输入端还连接车道抓拍摄像机19。

主机模块11为arm/linux主机模块11，路由模块20为4g/wifi路由模块20。

模式切换电路包括与arm/linux主机模块11的输出端均连接的车道设备控制模式切换电路和费额显示器模式切换电路，车道设备控制模式切换电路分别与车道通行控制设备17和内置io驱动控制器14连接，费额显示器模式切换电路分别与费额显示器18和内置费额显示器驱动输出16连接。

车道设备控制模式切换电路包括显示电路和按键电路，其中：

显示电路包括光耦ok1a、光耦ok1b、光耦ok1c、光耦ok1d，光耦ok1a的1脚接电阻r13，电阻r13另一端接二极管d15发射极，二极管d15基极接电容c15和主机模块11的input1脚；光耦ok1a的2脚接电容c15另一端和gnd；光耦ok1a的16脚接主机模块11的io_in1脚和发光二极管led11发射极，发光二极管led11基极接电阻r43，电阻r43另一端接+3v,光耦ok1a的15脚接gnd；

光耦ok1b的3脚接电阻r14，电阻r14另一端接二极管d16发射极，二极管d16基极接电容c16和主机模块11的input2脚；光耦ok1b的4脚接电容c16另一端和gnd；光耦ok1b的14脚接主机模块11的io_in2脚和发光二极管led12发射极，发光二极管led12基极接电阻r44，电阻r44另一端接+3v,光耦ok1b的13脚接gnd；

光耦ok1c的5脚接电阻r15，电阻r15另一端接二极管d17发射极，二极管d17基极接电容c17和主机模块11的input3脚；光耦ok1c的6脚接电容c17另一端和gnd；光耦ok1c的17脚接主机模块11的io_in3脚和发光二极管led13发射极，发光二极管led13基极接电阻r45，电阻r45另一端接+3v，光耦ok1c的11脚接gnd；

光耦ok1d的7脚接电阻r16，电阻r16另一端接二极管d18发射极，二极管d18基极接电容c18和主机模块11的input4脚；光耦ok1d的8脚接电容c18另一端和gnd；光耦ok1d的10脚接主机模块11的io_in4脚和发光二极管led14发射极，发光二极管led14基极接电阻r46，电阻r46另一端接+3v，光耦ok1d的9脚接gnd；

按键电路包括按键con1和按键con2，按键con1的f16脚连接双刀双掷开关k5的11端，双刀双掷开关k5的9端连接主机模块11的input1脚、13端连接按键con2的16脚，按键con1的f17脚连接双刀双掷开关k5的6端，k5的8端连接主机模块11的input2脚、k5的4端连接按键con2的17脚，按键con1的f18脚连接双刀双掷开关k6的11端，k6的9端连接主机模块11的input3脚、k6的13端按键con2的18脚；按键con1的f19脚连接双刀双掷开关k6的6端、k6的8端连接主机模块11的input4脚、k6的4端连接按键con2的19脚；

按键con1的f20脚连接双刀双掷开关k7的6端，双刀双掷开关k7的固定端连接按键con2的20脚，双刀双掷开关k7的8端连接单刀双掷开关k1的8端，k1的固定端接+24v；按键con1的f23脚连接双刀双掷开关k7的11端，双刀双掷开关k7的固定端连接按键con2的23脚，k7的9端连接单刀双掷开关k2的8端，k2的固定端接+24v；

按键con1的f25脚连接双刀双掷开关k8的6端，双刀双掷开关k8的固定端连接按键con2的25脚，双刀双掷开关k8的8端连接单刀双掷开关k1的8端，k1的固定端接+12v；按键con1的f27脚连接双刀双掷开关k8的11端，双刀双掷开关k8的固定端连接按键con2的27脚，双刀双掷开关k8的8端连接单刀双掷开关k1的8端，k1的固定端接+12v；

按键con1的f21脚和f24脚连接后接+24v，按键con1的f26脚和f28脚连接后接+12v，按键con1的f34-f37脚接gnd；按键con1的21脚和24脚连接后接+24v，按键con1的26脚和28脚连接后接+12v，按键con2的34-37脚接gnd；

费额显示器模式切换电路包括芯片u5，芯片u5的1脚和3脚之间短接电容c21，芯片u5的4脚和5脚之间短接电容c22，芯片u5的2脚通过电容c23接gnd，芯片u5的6脚通过电容c24接gnd，芯片u5的14脚连接开关k9的8脚，开关k9的6脚分别连接二极管d19发射极、按键con5female的f2脚，开关k9的4脚分别连接二极管d22发射极、按键con5male的m3脚；芯片u5的13脚连接开关k9的6脚，开关k9的11脚分别连接二极管d21发射极、按键con5female的f3脚，开关k9的13脚分别连接二极管d20发射极、按键con5male的m2脚，二极管d19-d22的基极接gnd；按键con5female的f5脚、按键con5male的m5脚接gnd。

内置io驱动控制器14包括芯片u3，芯片u3的1脚分别接电阻r30和光耦ok3a的15脚，电阻r30另一端接gnd，光耦ok3a的16脚通过电阻r19接vdd、1脚通过电阻r35接+3v、2脚接io_out1脚；

芯片u3的2脚分别接电阻r29和光耦ok3b的13脚，电阻r29另一端接gnd，光耦ok3b的14脚通过电阻r20接vdd、3脚通过电阻r36接+3v、4脚接io_out2脚；

芯片u3的3脚分别接电阻r28和光耦ok3c的11脚，电阻r28另一端接gnd，光耦ok3c的12脚通过电阻r21接vdd、5脚通过电阻r37接+3v、6脚接io_out3脚；

芯片u3的4脚分别接电阻r27和光耦ok3d的9脚，电阻r27另一端接gnd，光耦ok3d的10脚通过电阻r22接vdd、7脚通过电阻r38接+3v、6脚接io_out4脚；

芯片u3的8脚分别接电阻r31和光耦ok2a的15脚，电阻r31另一端接gnd，光耦ok2a的16脚通过电阻r25接vdd、1脚通过电阻r26接外引线、2脚接io_sw脚；芯片u3的5-7脚与芯片u3的8脚短接；芯片u3的1-8脚分别通过对应的二极管接芯片u3的10脚，芯片u3的10脚接vdd；

芯片u3的18脚依次接发光二极管led3的发射极、二极管d7的基极、继电器k1，发光二极管led3的基极接电阻r8，电阻r8另一端、二极管d7的发射极、继电器k1另一端接vdd；芯片u3的17脚依次接发光二极管led4的发射极、二极管d8的基极、继电器k2，发光二极管led4的基极接电阻r9，电阻r9另一端、二极管d8的发射极、继电器k1另一端接vdd；

芯片u3的16脚依次接发光二极管led5的发射极、二极管d9的基极、继电器k3，发光二极管led5的基极接电阻r10，电阻r10另一端、二极管d9的发射极、继电器k3另一端接vdd；芯片u3的15脚依次接发光二极管led6的发射极、二极管d10的基极、继电器k4，发光二极管led6的基极接电阻r11，电阻r11另一端、二极管d10的发射极、继电器k4另一端接vdd；

芯片u3的14脚依次接发光二极管led7的发射极、二极管d11的基极、继电器k5，发光二极管led7的基极接电阻r17，电阻r17另一端、二极管d11的发射极、继电器k5另一端接vdd；芯片u3的13脚依次接发光二极管led8的发射极、二极管d12的基极、继电器k6，发光二极管led8的基极接电阻r18，电阻r18另一端、二极管d12的发射极、继电器k6另一端接vdd；

芯片u3的12脚依次接发光二极管led9的发射极、二极管d13的基极、继电器k7，发光二极管led9的基极接电阻r23，电阻r23另一端、二极管d13的发射极、继电器k7另一端接vdd；芯片u3的11脚依次接发光二极管led10的发射极、二极管d14的基极、继电器k8、继电器k9、发光二极管led15的发射极，发光二极管led8的基极接电阻r24，电阻r24另一端、二极管d14的发射极、继电器k8、继电器k9另一端接vdd，发光二极管led15的基极接电阻r12，电阻r12另一端接+5v。

芯片u3的型号为uln2803，芯片u5的型号为sp3232eey。

本发明使用时：io输入端口1通过多芯电缆连接原有mtcio驱动控制器输出13端口，io输出端口2通过多芯电缆连接车道通行控制设备17；车道抓拍摄像机19通过网线连接到以太网接口5。默认状态下，状态切换电路12将io输入端口1与io输出端口2连接，此时可实用原有mtcio驱动控制器输出13驱动车道通行控制设备17实现人工收费并放行车辆。当主机模块11通过车道抓拍摄像机19识别车辆为不停车收费注册车辆时，驱动模式切换电路12，将本机内置io驱动控制器14与io输出端口2连接，并断开原有mtcio驱动控制器输出13的连接。当收费交易确认完成后，通过本机内置io驱动控制器14控制车道通行控制设备17的栏杆抬起，放行车辆。

应用本发明时：db9串口输入4通过rs232直通线缆连接原mtc费额显示器输出15的串口；db9串口输出3通过rs232制动线缆连接内置费额显示器驱动输出16。默认状态下，模式切换电路12将db9串口输入4与db9串口输出3连接，原mtc费额显示器输出15可正常驱动费额显示器18显示相关信息。当主机模块11通过车道抓拍摄像机19识别车辆为不停车收费注册车辆时，驱动模式切换电路12，将内置费额显示器驱动输出16连接到db9串口输出3，此时费额显示器18显示不停车收费注册车辆的费额信息。

本发明内置4g/wifi/5g（lte）路由器模块20在本发明内部与主机模块11通过网络连接，可在需要时连接互联网，通过第三方支付机构完成收费交易。

模式切换电路12同时在原有mtc车道控制器与本装置之间切换io控制与费额显示驱动，切换的结果输出到车道通行控制设备17上。