专利名称：车辆路桥自动收费系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在管理点收车费、通行费或进入费的装置。
不少公路、隧道、桥梁等公共基础设施采用在管理点收取通行费、进入费的办法，若实行人工收费，则造成阻滞车辆畅通，费时不便和现金管理漏洞等弊端。为此出现一些自动收费装置。
CN 1059612A号专利申请公开了一种高速公路自动计费系统，主要包括红处检测装置、前端机、摄像机、图像处理装置和主机。红外检测装置通过一个控制接口给主机提供控制信号，而且还通过前端机给主机提供车辆轮廓特征信息，图像处理装置处理摄像机送来的图像信号，并送到主机进行车流分割，主机则可根据上述各种信号判定过往车辆的收费金额，并送前端机，以便显示、播放、打印等。
US4682170号专利分开了一种用于高速公路和停车场的收费装置，它通过对车型的判断和出入的时间进行收费。但要求每次只能一辆车进入收费站，下一辆车必须等前一辆车开出收费站后才能进入，其效率不高。
CN 2077141U号专利申请公开了一种车辆自动记帐收费装置，它由装在车辆上的代码发送器，收费处的记帐收费处理器等组成。当车辆通过时，由车辆发出一串代表本车代码的二进制信号进入计算机，由计算机对通过的车辆识别记录，以此为据进行收费。
CN 1078322A号专利申请公开了一种高速公路多通道自动计费系统，它由红外检测装置、前端机子系统和主机子系统组成。前端机子系统包括一个前端机及其外设外部显示器、语音播放器和电子应答器等。主机子系统包括两台热备份的主机、一对调制解调器以及一个通讯处理机。主机通过通讯处理机与设置在各个收费站的前端机相联，各个前端机接收相应红外检测装置输出的车型数据，并进行处理、车型判定。
CN 2138812Y号专利公开了一种高速公路与桥梁的自动收费系统，它在汽车上装一应答器，其上储存有车号、车型、颜色、所属单位、银行帐号等信息，并装有收发天线。在收费站设有微波信号发生器、天线开关、收发天线、接收机、控制器、数据处理器、打印机等。当汽车驶入收费站发射区后，收费站发出信号，应答器进行回答，微机将收回的信号进行处理，即实现自动计费，到一定时间向车主收费。
本发明的目的旨在提供一种缴费不需停车，减少现金收费，可一处交款多处使用，也可一笔款项多车使用，能为有关部门提供公路交通运输信息，采用多媒体计算机网络管理，人机介面良好的车辆路桥自动收费系统。
为此，本发明采用电、光、图多媒体综合计算机网络;采用单片机软件，配合外围硬件综合抗干扰;采用时分制无线电发射和多重信息传输技术等。
本发明包括交款子系统、收费子系统、车道监测子系统和车辆子系统。
交款子系统包括交款信息处理器和交款计算机，交款信息处理器的输出接交款计算机，交款计算机的车辆代码和交款数额(或换算成该车辆可通过次数)的输出与收费子系统连接。
收费子系统包括无线电接收单元、无线电发射单元、收费计算机和辅助计算机。无线电发射单元和无线电接收单元分别接收费计算机，无线电接收单元接收车辆子系统发出的车辆代码和车道代码后接收费计算机，收费计算机输出的本系统特征代码、车辆代码和可通过次数余额经无线电发射单元送车辆子系统;收费计算机输出的按车道代码的车辆代码和可通过次数余额接车道监测子系统;收费计算机输出的通过本站的交费车辆代码和可通过次数余额送交款计算机。
车道监测子系统包括车道监测单元、监测计算机和输出设备，车道监测单元的车道代码输出送监测计算机、收费子系统和车辆子系统。
车辆子系统包括无线电接收和发射器、光接收器、单片机和交费显示器、余额显示器。无线电接收器输出信号经单片机送无线电发射器，而无线电发射器输出的车辆代码、车道代码送收费子系统，光接收器的输出接单片机，交费显示器和余额显示器接单片机。
本发明各子系统的功能及其相互关系如下。
交款子系统车主可按现金，汇款，转帐，信用卡等方式向分设在各地的交款处预缴一定数量的款项，各交款处采用联网方式将金额传给设在主控室的交款计算机，交款计算机按其车型收费标准将该笔款项转换成可通过的次数，并依车辆类型、车牌号码、地址、邮政编码、单位姓名、电话等按特定的编码存入计算机，并定时将车辆代码和可通过的次数送收费计算机。对同属于一个机构的数个收费站，可通过适当的通讯方式联网，做到一处交款，多处收费。而对同一单位的多部车辆，可统一交款，多车共享。
收费子系统通过无线电通讯方式沟通与车辆子系统的联系，获取车辆子系统的代码，收费计算机依该代码查询该车在本收费站的可通过的次数余额并减去1。无线电发射单元的单片机依照车道监测单片机送来的车道代码，按时间顺序排列存入存储器，当收到收费计算机的信息(即前一辆已交费)，或在规定的时间内无收到，则以先到先出的顺序，向各车道的车辆子系统发出允许发射该车辆代码的命令，实现时分制。辅助计算机协助计算机存储各车辆子系统的即时信息，并按车道代码将该车辆代码和可通过次数余额送车道监测子系统，完成交款计算机与收费计算机的信息交换，沟通人机界面，为操作人员随时调用诸如交通信息查询，各车辆交款、余额查询，提供催交款信息，各种报表及资料打印等多种服务。
车道监测子系统监测各车道通过的车辆，分辨出已交费和未交费车辆，让已交费的车辆顺利通过;令未交费车辆停车，由人工收费;对于无交费车辆，启动相应报警设施，另行处理。
车辆子系统通过无线电通讯方式，沟通与收费子系统的联系，完成交费过程;通过光接收器接收车道监测子系统的车道代码。
本发明采用多媒体计算机网络管理，多重信息传输，单片机与微型机互成网络，电、光、图多媒体综合运用，人机介面良好。另采用单片机软件，配合外围硬件综合抗干扰，数据编码采用查，纠错格式，数据码含有本系统的多种特征代码。车辆交费系统可采时分制无线电发射，发射频率采用双调频制，接收单元采用锁相环解调，以保证在恶劣环境下系统的可靠性。本发现可实现车辆路桥自动收费，交费不必停车，提高车辆通过率，改善公路交通拥挤现象，杜绝人为收费不公和现金管理漏洞现象，为管理和规划部门随时提供准确的信息。
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明的交款子系统框图。
图3为本发明的收费子系统图。
图4为本发明的车道监测子系统框图。
图5为本发明的车辆子系统框图。
图6为本发明的收费过程的信号流程框图。
图7为本发明的交款计算机流程图。
图8为本发明的无线电发射单元单片机流程图。
图9为本发明的收费计算机流程图。
图10为本发明的辅助计算机流程图。
图11为本发明的车道监测单元框图。
图12为本发明的车道监测单元和单片机流程图。
图13为本发明的车辆子系统流程图。
图14为本发明的无线电发射单元电路原理图。
图15为本发明的无线电接收单元电路原理图。
图16为本发明的车道监测子系统电路原理图。
图17为本发明的车辆子系统电路原理图。
以下的实施例将结合附图对本发明的内容和收费过程作进一步的说明。
如图1所示，本发明由交款子系统(1)、收费子系统(2)、车道监测子系统(3)和车辆子系统(4)组成。
如图2所示，交款子系统由连网接口(10)、调制解调器(11)、汇款信息处理器(12)、转帐信息处理器(13)、现金信息处理器(14)、信用卡服务器(15)和交款计算机(16)组成。
如图3所示，收费子系统由无线电接收单元(21)、单片机(22)、无线电发射单元(23)、单片机(24)、收费计算机(25)、辅助计算机(26)和打印输出设备(27)等组成。
如图4、图11所示，车道监测子系统由车道监测单元(31)、监测计算机(32)和输出设备(33)等组成。每个车道设一套车道监测单元，包括CCD摄像机(311)、监视器(312)、激光器Ⅰ(313)、激光器Ⅱ(314)、光接收器(315)和单片机(316)等，还可设报警装置。
如图5所示，车辆子系统由无线电FM接收器(41)、FSK解调器(42)、光接收器(43)、单片机(44)、无线电发射器(45)、交费显示器(46)和可通过次数余额显示器(47)等组成。
本系统的交费过程是当车辆行驶至靠近收费系统的无线电发射覆盖范围，车辆上的车辆子系统的无线电接收器收到收费子系统的无线电信号，单片机的A/D口检测无线电输入电平达到规定值并对接收到的数据进行查纠错和检验(整个系统的信号传输过程均经过数据的查纠错和检验是否符合本系统的特征代码。为叙述方便，以下凡涉及数据传输过程者均略去本过程的说明)。车辆子系统的单片机启动光接收器接口，当车辆遮断激光器Ⅰ的光束时，车道监测子系统激光器Ⅱ发射带有本车道代码的光信号。当车辆子系统光接收器收到本车道代码，并接收到收费子系统无线电发射单元的该车道允许交费的命令后，无线电发射器将本车道代码和本车辆代码发射给收费子系统(无线电回复)，同时显示预交费信号。收费子系统的无线电接收单元收到车辆子系统的无线电回复信号，即解出该车代码并送收费计算机。
当收费计算机在其数据库中查询该车代码及可通过次数余额后，将可通过次数余额减1，并将该车代码及可通过次数余额送无线电发射单元发射，同时送辅助计算机。辅助计算机在当前时间下存入该车代码及可通过次数余额，随时将该信息送交款计算机，并按车道号送该车代码和可通过次数余额去车道监测子系统的监测单片机。
图6给出收费过程的信号流程，图中收费子系统的无线电发射单元(23)发射本系统的特征代码给车辆子系统(4)。车道监测单片机(316)将本车道代码一路通过激光器Ⅱ发射给车辆子系统(4)，另一路送无线电发射单元(23)。无线电发射单元(23)还向某一车道的车辆子系统(4)发射准发命令。车辆子系统向收费子系统的无线电接收单元(21)发射该车道代码和本车辆代码，无线电接收单元(21)再将该车道代码和本车辆代码送收费计算机(25)。收费计算机将该车辆收费后的可通过次数余额和该车辆代码送无线电发射单元(25)，无线电发射单元(25)将该车辆代码和可通过次数余额送回该车辆子系统(4)。
在交款子系统中，根据用户预交款等信息，在交款计算机建立数据库，预交款用至最后一次，由软件处理提醒预交，用户可选择其最方便的方法交款，由键盘、信用卡服务器与连网接口输入交款车辆的信息和交款数额存于数据库，并将其转换为可通过次数余额送收费子系统。图7给出交款计算机的流程。
在收费子系统中，根据车辆代码和可通过次数余额分别在收费计算机和辅助计算机中建立数据库。收费计算机与无线电发射、接收单元连接，担任收费过程的工作，辅助计算机即时备份，若收费计算机出故障，辅助计算机立即代替其工作。图8给出无线电发射单元单片机的流程，图9、图10分别给出收费计算机和辅助计算机的流程。参见图14，单片机IC101依照收费计算机的指令，输出50～63KHZ(含有车辆交款子系统的代码、可通过次数余额等信息)的FSK信号，经R102、C101、L101滤去高次谐波，对BG101、JT101、D101、C102、L102等组成的压控晶体振荡调频，经倍频，低通滤波器(BG102、C108、L104)滤除高次谐波后送天线发射。
参见图15，从天线收到的无线电信号由C203进入IC204，经高放、混频、中放、鉴频、低放、滤波，输出FSK副载波，分两路分别经C213、C218送锁相环IC202(谐振于63KHZ)和IC203(谐振于50KHz)，解出两路互为反相的数据信号，单片机IC201将两路信号比较，滤除信号中的共模干扰，经合成查错、纠错、检验后送收费计算机。
车辆的监测过程是当该车辆通过本车道完成上述交费过程后，车道监测子系统的监测单片机判断可通过次数余额≥0的可以通过。若该车辆可通过次数余额＜0，或误入本车道的非自动收费车辆，监测单片机在规定时间内无收到辅助计算机可通过次数余额的回复信号，则(1)监测单片机立即令其停车，由人工收费。
(2)对于无交费车辆，监测单片机立即向监视计算机发出报警信号。
(3)监测计算机向该车道监视器发出存储该帧图象命令，由智能字符识别软件取出该车辆的车牌号码，存于数据库，同时启动报警装置。
在车道监测子系统中，监视计算机安装图象处理卡和智能字符识别软件，并用视频电缆与各车道的CCD摄像机连接，RS-232接口与各车道的监测单片机连接。监测单片机统一管理本车道的监测工作。参见图11、图12和图16，当车辆经过车道遮断激光器Ⅰ的光线时，D304收不到激光器Ⅰ的光线，IC302的2脚低电平，经施密特触发器IC302整形送单片机IC303的1脚，IC303的2脚送本道代码经BG302，B301调制为ASK信号，由激光器Ⅱ发射给车辆子系统。D303和IC301及外围元件作为激光器Ⅱ恒功率控制。图16中的Ⅱ为激光器Ⅱ(314)的控制电路(与Ⅰ相同，省略)。
图13给出车辆子系统的流程，参见图17，当车辆进入收费站的无线电覆盖区时，无线电接收单元(IC405及外围元件)的场强输出电平达到额定值，单片机(IC402)开通无线数据接收口(1，2脚)，对由锁相环(IC403，IC404)解出的信号进行复合、判别，确认符合系统的特征代码后，启动光接收口。当车辆入道后(遮断激光器Ⅰ接收器的光线)，光接收单元的D401收到车道监测子系统发来的含有车道代码的光信号，经IC401放大、滤波、整形后送单片机。单片机解出该车道代码，当接收到收费子系统无线电发射单元的命令后，将该代码及本车辆代码经R406送无线电发射器，调制为FSK信号输出，对射频振荡器(JT402、BG401、BG402等)进行二次调频后，经天线发回给收费子系统的无线电接收单元，作为应答信号，并由BG403、BG404驱动显示预交费信号。与此同时，单片机检测无线电接收器的锁相环(IC403、IC404)解出的信号是否含有本车辆代码和可通过次数余额，若是，则由IC406、IC407驱动数码显示器显示可通过次数余额，BG403，BG404驱动显示交费成功信号。
表1～4给出各电路原理图中主要元器件的型号规格。
权利要求
1.一种车辆路桥自动收费系统，其特征在于包括交款子系统、收费子系统、车道监测子系统和车辆子系统，其中(1).交款子系统包括交款信息处理器和交款计算机，交款信息处理器的输出接交款计算机，交款计算机的车辆代码和交款数额的输出与收费子系统连接；(2).收费子系统包括无线电接收单元、无线电发射单元、收费计算机和辅助计算机，无线电发射单元和无线电接收单元分别接收费计算机，无线电接收单元接收车辆子系统发出的车辆代码和车道代码后接收费计算机，收费计算机输出的本系统特征代码、车辆代码和可通过次数余额经无线电发射单元送车辆子系统；收费计算机输出的按车道代码的车辆代码和可通过次数余额接车道监测子系统；收费计算机输出的通过本站的交费车辆代码和可通过次数余额送交款计算机；(3).车道监测子系统包括车道监测单元、监测计算机和输出设备，车道监测单元的车道代码输出送监测计算机、收费子系统和车辆子系统；(4).车辆子系统包括无线电接收和发射器、光接收器、单片机和交费显示器、余额显示器，无线电接收器输出信号经单片机送无线电发射器，而无线电发射器输出的车辆代码、车道代码送收费子系统，光接收器的输出接单片机，交费显示器和余额显示器接单片机。
全文摘要
本发明涉及一种用于在管理点收车费、通行费或进入费的装置，包括交款、收费、车道监测和车辆等4个子系统。交款计算机的信息输出接收费子系统；收费子系统接收车辆子系统的车辆代码和车道代码，收费计算机输出的车辆代码和次数余额送车辆子系统、车道监测子系统和交款计算机；车道监测单元的车道代码输出送监测计算机、收费子系统和车辆子系统；车辆子系统发射的车辆代码、车道代码送收费子系统。实现车辆路桥的自动收费。
文档编号G07B15/00GK1109988SQ9510174
公开日1995年10月11日 申请日期1995年2月22日 优先权日1995年2月22日
发明者陈秉焕, 陈秉耀 申请人:陈秉焕, 陈秉耀