车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置及其控制方法与流程

本发明涉及车辆收费技术领域，具体涉及车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置及其控制方法。

背景技术：

随着我国社会水平的提升和经济的发展，几乎每一个家庭都至少拥有一辆轿车，我国的高速公路和停车场也在这个过程中得到了较大程度的发展，而随着我国高速公路和停车场数量的增多、规模的加大，过往车辆数量也不断增加。根据交通运输部路网监测与应急处置中心数据显示，截至2019年5月底，全国29个联网省份共有收费站9464个，etc专用车道20809条，mtc车道(人工收费车道)62875条，混合车道1979条，由此可见etc车道仅占24.29％，余下的75.71％均为非etc车道，而非etc车道出入口均需要设置收费岗亭，目前岗亭的发卡机和缴费机均为固定安装在岗亭靠近车主的一侧；对于智能停车场，因为临时车辆关系发卡机和缴费机仍然是必不可少的，不论是非etc收费岗亭还是停车场的出入口，均需要设置发卡机及缴费机。

目前发卡机和缴费机均为固定式安装，车主停车位置稍偏或者臂长较短时，取还卡十分困难，更有甚者需要下车取卡，用户体验较差，且在交通高峰期容易造成收费出入口拥堵。

技术实现要素：

本发明针对上述存在的问题，提供一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置及其控制方法，能够自动控制卡机面板自由伸缩，方便车主取还卡，进而提高收费效率，避免收费出入口拥堵。

本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置的控制方法，包括以下步骤：

车辆探测器实时检测是否有车辆到达特定的取还卡位置处；

如果有，则所述车辆探测器发送车辆信息至节点控制器；

所述节点控制器计算卡机的伸出距离并控制驱动电机带动卡机伸出所述伸出距离；

所述节点控制器控制扬声器发出取还卡提醒语音；

当车主取还卡之后，拾音器采集车主的取还卡结束指令并发送至语音识别装置进行识别；

语音识别装置将识别的取还卡结束指令发送至所述节点控制器；

所述节点控制器控制驱动电机带动卡机缩回至初始位置。

优选地，所述节点控制器计算卡机的伸出距离并控制驱动电机带动卡机伸出所述伸出距离，包括以下步骤：

所述节点控制器分别获取所述车辆探测器包含的两个超声波探测器检测到的卡机与车辆之间的距离s1和s2；

所述节点控制器计算所述s1和s2的平均值s3；

所述节点控制器从存储器中读取司机座椅边缘距车窗的距离s4、车主上肢长度s5以及臂长系数kd；

所述节点控制器根据公式s＝kd[s3-(s5-s4)]计算卡机的伸出距离s；

所述节点控制器控制驱动电机带动卡机伸出所述伸出距离s。

优选地，所述节点控制器控制扬声器发出取还卡提醒语音之后，该方法还包括以下步骤：

当车主够不到卡机发出前进指令或是卡机伸出过多车主发出后退指令时，拾音器采集车主的前进指令或者后退指令并发送至语音识别装置进行识别；

所述语音识别装置将识别的前进指令或者后退指令发送至所述节点控制器；

所述节点控制器控制驱动电机带动卡机伸出预设距离或者后退预设距离。

本发明还公开了一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置，包括节点控制器以及与所述节点控制器电连接的语音模块、车辆探测器、驱动电机、显示器、存储器以及电源，所述语音模块包括拾音器、语音识别装置以及扬声器，所述拾音器和语音识别装置电连接，所述车辆探测器由两个相同的超声波探测器组成，用于测量车辆与卡机面板之间的距离，所述驱动电机连接所述卡机，用于驱动所述卡机伸缩，所述显示器安装在所述卡机的面板上，用于显示所述卡机的应用状态参数，所述存储器用于存储工作人员设置的驱动参数。

优选地，所述节点控制器为单片机，具有本地模式、联网模式和调试模式。

优选地，所述显示器为led点阵屏或液晶屏。

优选地，所述存储器为nandflash存储器。

优选地，车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置还包括拨码开关，所述拨码开关与所述节点控制器电连接，用于设置所述节点控制器的地址、工作模式以及卡机类型。

优选地，车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置还包括按键，所述按键包括自复位按钮开关和参数设置键，所述自复位按钮开关用于控制卡机的伸缩和停止，所述参数设置键用于供工作人员设置卡机的使用地区、司机臂长系数、车型尺寸、超时时间、安全距离、伸缩步长和伸缩速度。

优选地，车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置还包括限位开关，所述限位开关与所述节点控制器电连接，所述限位开关与所述卡机连接，用于限制所述卡机伸缩过长导致损坏。

优选地，车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置还包括求助按钮，所述求助按钮与所述节点控制器电连接，且所述求助按钮设置在所述卡机的面板上，所述求助按钮用于供司机一键呼叫工作人员。

优选地，车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置还包括通讯模块，所述通讯模块与所述节点控制器电连接，所述通讯模块包括标准can串行通信接口、标准rs232串行通信接口以及标准rs485串行通信接口，用于供所述节点控制器与所述卡机所在的车辆收费系统中的主控制器进行联网通讯。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明智能化程度高，安装方便，便于操作；通过驱动电机自动驱动卡机自由伸缩以使车主无需下车取卡和还卡，节约取还卡的时间，提高车辆收费效率，有效避免收费出入口发生拥堵，精准计算卡机的伸缩距离以使卡机的位置刚好适合车主操作，更加方便车主取还卡；本发明提供的语音模块可以实现人机语音交互功能，使得卡机的伸缩长度更加配合车主进行取还卡的操作；拨码开关和按键的设置可以使工作人员根据卡机的具体应用场景去设置卡机的伸缩参数，使得卡机的伸缩更适应应用场所，进而扩大应用范围，并且提高应用配合度。

附图说明

图1为本发明一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置的控制方法的流程图；

图2为本发明另一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置的控制方法的流程图；

图3为本发明一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置的结构示意图；

图4为本发明的语音模块的电路原理图；

图5为本发明的存储器的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细描述。

实施例一

参见图1，图1为一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置的控制方法的流程图，包括以下步骤：

s101、车辆探测器实时检测是否有车辆到达特定的取还卡位置处；如果是，则执行步骤s102～步骤s107；如果否，则结束本流程；

作为一种可选的实施方式，本实施例的卡机在使用之前需要工作人员进行参数的设置，工作人员可以设置卡机的使用地区、司机臂长系数、车型尺寸、超时时间、安全距离、伸缩步长和伸缩速度等，卡机使用的地区包括但不限于中国、亚洲地区以及欧美地区，当卡机投入使用之后，工作人员会设置好卡机使用的地区，如果卡机的使用地区是中国，那么卡机面板上设置的显示器就会显示中文，并且语音模块的扬声器发出的提示语音也会自动匹配成中文，这样就使得卡机的适用范围得到扩大，应用前景更加广阔；

s102、车辆探测器发送车辆信息至节点控制器；

s103、节点控制器计算卡机的伸出距离并控制驱动电机带动卡机伸出上述伸出距离；

s104、节点控制器控制扬声器发出取还卡提醒语音；

s105、当车主取还卡之后，拾音器采集车主的取还卡结束指令并发送至语音识别装置进行识别；

s106、语音识别装置将识别的取还卡结束指令发送至节点控制器；

s107、节点控制器控制驱动电机带动卡机缩回至初始位置。

实施例二

本实施例提供另一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置的控制方法，参见图2，图2是本实施例另一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置的控制方法的流程图，包括以下步骤：

s201、车辆探测器实时检测是否有车辆到达特定的取还卡位置处；如果是，则执行步骤s202～步骤s214；如果否，则结束本流程；

s202、车辆探测器发送车辆信息至节点控制器；

s203、节点控制器分别获取车辆探测器包含的两个超声波探测器检测到的卡机与车辆之间的距离s1和s2；

本发明实施例中，上述两个超声波探测器由两对超声波发射单元和超声波接收单元构成，每个超声波接收单元首次接收到车辆信息后延迟300毫秒再检测一次，如果仍能检测到车辆信息，则每间隔100毫秒连续检测3次，3次检测的平均值作为该超声波接收单元的测量值；两个超声波接收单元的测量值分别记为s1和s2，以便计算伸缩距离时使用；

s204、节点控制器计算s1和s2的平均值s3；

本发明实施例中，通过计算s1和s2的平均值s3可以更加准确的获得卡机面板与车辆之间的距离；

s205、节点控制器从存储器中读取司机座椅边缘距车窗的距离s4、车主上肢长度s5以及臂长系数kd；

本发明实施例中，上述存储器为nandflash存储器以实现驱动电机运行数据、卡机面板当前位置、用户取卡位置、臂长系数、伸缩步长、伸缩速度、节点地址和工作模式等信息的记录存储；上述s4、s5以及kd均是在卡机应用之前由工作人员存储进存储器中的，其中s4是工作人员根据不同车辆的型号进行设置的，s5是工作人员根据不同地区的当地人平均上肢长度进行设置的，节点控制器在读取时会根据卡机的使用地区进行自动匹配，kd是工作人员提前设置好的，节点控制器直接读取即可；

s206、节点控制器根据公式s＝kd[s3-(s5-s4)]计算卡机的伸出距离s；

s207、节点控制器控制驱动电机带动卡机伸出上述伸出距离s；

s208、节点控制器控制扬声器发出取还卡提醒语音；

s209、当车主够不到卡机发出前进指令或是卡机伸出过多车主发出后退指令时，拾音器采集车主的前进指令或者后退指令并发送至语音识别装置进行识别；

本发明实施例中，在扬声器对车主进行取还卡操作提醒之后，车主在取还卡时发现手够不到卡机时就可以向卡机说出语音指令，比如车主可以说前进或者goback，车主在取还卡时发现卡机向前伸出过长也可以向卡机说出语音指令，比如车主可以说后退或者forward，拾音器采集到车主发出的语音指令之后语音识别装置会对语音指令进行识别，识别出语音指令的内容之后将语音指令的信号发送至节点控制器，此时节点控制器会控制驱动电机带动卡机继续向前伸出或者向后缩进，这样更方便车主进行取还卡的操作；

s210、语音识别装置将识别的前进指令或者后退指令发送至节点控制器；

s211、节点控制器控制驱动电机带动卡机伸出预设距离或者后退预设距离；

s212、当车主取还卡之后，拾音器采集车主的取还卡结束指令并发送至语音识别装置进行识别；

s213、语音识别装置将识别的取还卡结束指令发送至节点控制器；

s214、节点控制器控制驱动电机带动卡机缩回至初始位置。

实施例三

参见图3，本实施例提供一种车辆收费用的卡机的智能伸缩式驱动装置，包括节点控制器1以及与节点控制器1电连接的语音模块2、车辆探测器3、驱动电机4、显示器5、存储器6以及电源7，语音模块2包括拾音器21、语音识别装置22以及扬声器23，拾音器21和语音识别装置22电连接，车辆探测器3由两个相同的超声波探测器组成，用于测量车辆与卡机面板之间的距离，驱动电机4连接卡机，用于驱动卡机伸缩，显示器5安装在卡机的面板上，用于显示卡机的应用状态参数，存储器6用于存储工作人员设置的驱动参数。

本实施例中，驱动卡机自由伸缩的具体实施方式为：车辆探测器会实时检测是否有车辆到达卡机位置处，当检测到车辆到达卡机位置处时，车辆探测器会发送车辆信息至节点控制器，节点控制器按照特定的伸缩距离算法计算卡机需要伸出的距离，并且控制驱动电机带动卡机向前伸出至预定的位置处，然后扬声器会对车主进行取还卡操作提醒，车主取还卡之后卡机又会退回至原位置，这样车主无需下车就能够轻松的进行取还卡操作，节省了取还卡的时间，提高了车辆收费效率。

进一步的，在扬声器对车主进行取还卡操作提醒之后，车主在取还卡时发现手够不到卡机时就可以向卡机说出语音指令，比如车主可以说前进或者goback，车主在取还卡时发现卡机向前伸出过长也可以向卡机说出语音指令，比如车主可以说后退或者forward，拾音器采集到车主发出的语音指令之后语音识别装置会对语音指令进行识别，识别出语音指令的内容之后将语音指令的信号发送至节点控制器，此时节点控制器会控制驱动电机带动卡机继续向前伸出或者向后缩进，这样更方便车主进行取还卡的操作。

本实施例中，上述语音模块为wtk6900，上述语音模块的电路原理图如图4所示，其中tx引脚负责数据的发送，rx引脚负责数据的接收，且与节点控制器电连接；speaker为扬声器，与语音模块的spkp和spkm引脚连接，用于播放提示语音；mic为小型拾音器，与语音模块的mic+和mic-引脚连接，用于接收用户的语音命令，语音模块的语音识别装置将语音命令的识别结果通过tx引脚发送给节点控制器，其它引脚为预留引脚。

可选的，节点控制器1为单片机，具有本地模式、联网模式和调试模式。

本实施例中，上述节点控制器可以是at89c51单片机，也可以是at89c52单片机，还可以是mcu，本实施例不做限定，当节点控制器处于本地模式时，节点控制器根据超声波探测器信号对车辆进行测距后，控制驱动电机带动卡机面板伸缩，也可根据语音模块接收的车主命令进行伸缩；当节点控制器处于联网模式时，节点控制器还继续具有本地模式的所有功能，并且还可以向节点控制器所处的车辆收费系统的主机请求车牌号信息，并将该车牌信号和伸缩距离信息关联后保存到存储器，以便查询；当节点控制器处于调试模式时，维护人员可以对智能伸缩式驱动装置进行维护，设置装置的臂长系数、伸缩步长和伸缩速度，可以执行按键或主机下发的伸缩、停止和数据上报等命令。

可选的，本实施例还包括拨码开关8，拨码开关8与节点控制器1电连接，用于设置节点控制器的地址、工作模式以及卡机类型。

可选的，本实施例还包括按键9，按键9包括自复位按钮开关91和参数设置键92，自复位按钮开关用于控制卡机的伸缩和停止，参数设置键用于供工作人员设置卡机的使用地区、司机臂长系数、车型尺寸、超时时间、安全距离、伸缩步长和伸缩速度。

本实施例中，工作人员设置的卡机使用的地区包括但不限于中国、亚洲地区以及欧美地区，当卡机投入使用之后，工作人员会设置好卡机使用的地区，如果卡机的使用地区是中国，那么卡机面板上设置的显示器就会显示中文，并且语音模块的扬声器发出的提示语音也会自动匹配成中文，这样就使得卡机的适用范围得到扩大，应用前景更加广阔。

可选的，显示器5为led点阵屏或液晶屏。

可选的，存储器6为nandflash存储器。存储器用于存储工作人员通过按键设置的各种参数以及用户使用之后形成的使用数据。本实施例的存储器使用nandflash存储器实现驱动电机运行数据、卡机面板当前位置、用户取卡位置、臂长系数、伸缩步长、伸缩速度、节点地址和工作模式等信息的记录存储。

本实施例的存储器的电路原理图如图5所示，图中p10-p17即是nandflash存储器的数据总线中的数据接口，节点控制器将需要写入nandflash存储器的数据分批写入该数据接口寄存器，p30-p36即是nandflash存储器的控制接口，在节点控制器的协调控制下将数据接口寄存器的数据写入nandflash存储器，主要包括外设使能、地址使能、读取使能、写入使能等控制指令。

可选的，本实施例还包括限位开关41，限位开关41与节点控制器1电连接，限位开关与卡机连接，用于限制卡机伸缩过长导致损坏。

可选的，本实施例还包括求助按钮10，求助按钮10与节点控制器1电连接，且求助按钮设置在卡机的面板上，求助按钮用于供司机一键呼叫工作人员。

可选的，本实施例还包括通讯模块11，通讯模块11与节点控制器1电连接，通讯模块11包括标准can串行通信接口、标准rs232串行通信接口以及标准rs485串行通信接口，用于供节点控制器与卡机所在的车辆收费系统中的主控制器进行联网通讯。

通过通讯模块使得本实施例中的节点控制器能够与卡机所在的车辆收费系统中的主控制器进行联网通讯，这样车辆收费系统就可以同时获取若干个卡机的存取卡数据，进而获取多个收费路口的收费情况数据，便于对车辆收费实现统一管理，节省人力成本，同时也能够提高车辆收费效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明智能化程度高，安装方便，便于操作；通过驱动电机自动驱动卡机自由伸缩以使车主无需下车取卡和还卡，节约取还卡的时间，提高车辆收费效率，有效避免收费出入口发生拥堵，精准计算卡机的伸缩距离以使卡机的位置刚好适合车主操作，更加方便车主取还卡；本发明提供的语音模块可以实现人机语音交互功能，使得卡机的伸缩长度更加配合车主进行取还卡的操作；拨码开关和按键的设置可以使工作人员根据卡机的具体应用场景去设置卡机的伸缩参数，使得卡机的伸缩更适应应用场所，进而扩大应用范围，并且提高应用配合度。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。