一种高集成度的信息化收费亭的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高集成度的信息化收费亭，包括收费亭本体、安装于收费亭本体内的运维设备和收费设备以及安装于收费亭本体外部的收费设备；收费亭本体的正面中部为透明玻璃，正面的上部外壁上安装显示屏，正面的下部设置电柜箱，电柜箱内放置给运维设备和收费设备供电的强电箱和弱电端子箱；收费设备和运维设备上均安装传感单元用于数据的采集和传输，传感单元包括依次连接的传感器模块、传感器节点、zigbee模块和协调器节点，协调器节点与控制终端电连接，控制终端设于电柜箱内。本发明结构紧凑，安装和运输方便；设备自动化运行，有效提升了收费人员的工作效率和收费系统的信息化管理水平。
【专利说明】
一种高集成度的信息化收费亭
技术领域
[0001]本发明涉及车辆收费领域，具体是一种高集成度的信息化收费亭。
【背景技术】
[0002]当前高速公路的收费管理普遍采用半自动收费方式，即在高速公路的入口设置自动取卡装置，而在高速公路的出口建设收费站及收费亭，采用人工收费方式。收费站的设计与施工特点是需要在狭小的空间内放置收费亭和车道，同时安装自动栏杆机、视频监控、地磁感应车检器、车道控制机、报警系统等各类设备，因此在有限的空间内提高系统的集成度具有不小的技术难度。现有的公路收费岗亭系统结构松散、体积庞大，工作空间狭小环境恶劣，各设备之间彼此孤立需人工控制，收费人员工作强度大且工作效率低下，易造成车辆拥堵，进而对公路交通运行产生不利影响。
【发明内容】
[0003]基于上述原因，本发明的目的是提供一种高集成度的信息化收费亭，采用整体式模块化设计，安装方便，结构紧凑;采用自动化控制系统，有效提升收费人员的工作效率。
[0004]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种高集成度的信息化收费亭，包括收费亭本体、安装于收费亭本体内的运维设备和收费设备以及安装于收费亭本体外部的收费设备;收费亭本体的正面中部为透明玻璃，正面的上部外壁上安装显示屏，正面的下部设置电柜箱，电柜箱内放置给运维设备和收费设备供电的强电箱和弱电端子箱;收费设备和运维设备上均安装传感单元用于数据的采集和传输，传感单元包括依次连接的传感器模块、传感器节点、zigbee模块和协调器节点，协调器节点与控制终端电连接，控制终端设于电柜箱内。
[0005]所述运维设备包括安装于收费亭本体顶部的摄像头、空调和应急灯，以及安装于收费亭本体后面的门禁设备，空调采用一体式轿厢空调。
[0006]所述收费亭本体的两侧面分别开设窗口，收费亭本体的后面设有供收费人员出入的门，门上安装门禁设备;与车辆通行车道相邻的一侧面的窗口下设有拾音器;收费亭本体的上部外壁四周环绕安装预警灯带。
[0007]所述收费亭本体外部的收费设备包括车辆识别摄像机、线圈和栏杆机;收费亭本体内部的收费设备包括电脑和票据打印机。
[0008]所述收费亭分为安装于车辆入口处的取卡收费亭和安装于车辆出口处的收卡收费亭，取卡收费亭与车辆通行车道相邻的一侧面上安装有自动取卡设备，自动取卡设备采用上下双层卡口，每层具有双工位取卡口；收卡收费亭与车辆通行车道相邻的一侧面上安装有费用显示屏，内部设有半自动收卡设备。
[0009]所述收费亭本体的墙体夹层内设有消音孔封板，消音孔封板内装有吸音棉。
[0010]所述控制终端包括控制系统以及与控制系统连接的通信单元、存储单元、报警模块和实时数据采集组件，实时数据采集组件分别与收费设备和运维设备相连。
[0011]所述传感器模块包括电流传感器、温度传感器和振动传感器，温度传感器使用一线式数字温度传感器DS18B20，振动传感器使用数字振动传感器ADIS16220，电流传感器使用C2-500型霍尔电流传感器。
[0012]所述zigbee模块包括CC2530芯片，CC2530芯片还连接有CC2591功放芯片；传感器节点中的电源采用12V锂电池供电，采用LM7805芯片将12V转换为5V，再通过LM117芯片将5V转换为3.3V。
[0013]所述协调器节点包括分别与CC2530芯片连接的电源模块、串口模块、JTAG接口调试模块、LED显示模块和按键控制模块，天线接口模块与CC2591功放芯片相连；串口模块使用RS-232接口或RS-485接口与控制系统相连，且串口模块采用MAX3232CSE芯片进行电平转换;JTAG接口调试模块使用Header 5X2排针，一端通过IDC 口与CC2530的IDC 口连接，另一端通过USB 口与控制系统相连。
[0014]本发明结构紧凑，集成化程度高，除了涉及到对车辆采集和放行的设备安装在收费亭外，其他设备均安装在收费亭内部，并采用整体式模块化设计，简化了线路内部模块接线，内部设备和接线均预先安装到位，方便运输，现场安装直接与外围设备连接，安装十分方便;运维设备和收费设备均通过传感单元与控制终端连接，实现了设备的自动化运行和维护，有效提升了收费人员的工作效率和收费系统的信息化管理水平。
[0015]以下通过附图和【具体实施方式】对本发明做进一步阐述。
[0016]【附图说明】:
图1为收费亭的正面结构示意图；
图2为取卡收费亭与车辆通行车道相邻一侧的侧面结构示意图；
图3为收费亭的后面结构示意图；
图4为收费亭另一个侧面的结构示意图；
图5为取卡收费亭内部的俯视结构示意图；
图6为图5中A-A剖视图；
图7为收卡收费亭与车辆通行车道相邻一侧的侧面结构示意图；
图8为收卡收费亭内部的俯视结构示意图；
图9为图8中A-A剖视图；
图10为本发明控制终端的结构原理框图；
图11为传感单元与收费设备中的栏杆机连接原理框图；
图12为协调器节点的结构原理框图。
[0017]【具体实施方式】:
下面结合图1至图12对本发明的技术方案作进一步说明，本发明提供的一种高集成度的信息化收费亭，包括收费亭本体，收费亭本体的正面其中部为透明玻璃2，方便坐在收费亭内的人员观察前方来车情况;正面的上部外壁上安装多功能显示屏I，该显示屏I可以用来显示前方的路况、日期和当前的天气等提示信息;正面的下部设置电柜箱，电柜箱设于操作台20的台面下，既不影响工作也合理的利用空间，电柜箱内放置给运维设备和收费设备供电的强电箱3和弱电端子箱4，收费亭内外的走线均通过内壁上的线槽进入收费亭的底座，从底座走线至设备安装区域;收费亭本体的上部外壁四周环绕安装黄色预警灯带8，该灯带8代替传统收费亭上的报警灯，通过闪烁报警提示周围的人员，比传统报警灯更加醒目且美观，环绕式设计，方便各个角度可视。
[0018]收费亭的后面开设有可供收费人员进出的门12，门12上安装门禁设备11，有效防止外来人员的进入，保证收费亭内收费人员的人身安全，同时也通过采集门禁设备11上的出入信息，为考勤提供依据，门禁设备11可采用刷卡设备也可以使用指纹识别设备等多种形式。门12的上方开设有通风口 13，有利于收费亭狭小空间内的通风换气;收费亭本体的墙体夹层内安装有消音孔封板，消音孔封板内装有吸音棉，可以减少收费亭内的噪声，给收费人员营造舒适的工作环境。
[0019]运维设备167安装于收费亭本体内部，其包括安装于操作台20上方的摄像头15、安装于收费亭本体内顶部的一体式轿厢空调5和安装于门上的门禁设备11;其中摄像头15用于监视收费亭内状况，空调5配备先进的新风系统，通过回风口 51和出风口 52为收费亭内部输送经过空气净化的空气，有效降低收费亭内PM2.5颗粒浓度，有利于收费人员的健康;收费亭本体内的顶部安装有供照明用的吸顶灯6，侧壁上还安装有应急灯7。
[0020]收费亭本体的两个侧面上分别开设有窗口9和14，其中与车辆通行车道相邻的一侧面的窗口 9下还设有拾音器21，可供驾驶员与收费人员通话或进行语音提醒。收费亭本体内部的操作台20前安装座椅19，操作台20的台面上放置收费设备电脑和票据打印机17，电脑包括显示器181和键盘182，票据打印机17与电脑联机，用于打印票据。
[0021]本发明提供的收费亭，可根据放置于公路出入口位置的不同进行设备的替换，例如，放置于公路入口处的取卡收费亭，采用无人值守式自动取卡，在取卡收费亭与车辆通行车道相邻的一侧面上安装自动取卡设备10，为方便各种车型的取卡，该自动取卡设备10采用上下双层卡口设计，驾驶员根据车型的高低自由选择取卡口 ；每层设计双工位取卡口，两个工位互为备份；自动取卡设备10采用上下双层外刷天线，可兼容包括ETC储值卡在内的各种通行卡。安装于公路出口处的收卡收费亭，采用人工收费形式，在收卡收费亭与车辆通行车道相邻的一侧面上安装费用显示屏22，用来显示收费信息，收卡收费亭内的操作台20台面上放置半自动收卡设备23。自动取卡设备10、半自动收卡设备23和电脑属于安装于收费亭本体内部的收费设备166。
[0022]收费亭本体外部的收费设备166包括车辆识别摄像机、线圈和栏杆机，这些设备从收费亭底座走线进入收费亭本体内部的电柜箱；电柜箱内设置控制终端16，控制终端16与运维设备以及收费亭本体内外的收费设备电连接;控制终端16包括控制系统161以及与控制系统161连接的通信单元162、存储单元163、报警模块164和实时数据采集组件165，实时数据采集组件165分别与收费设备166和运维设备167相连。
[0023]收费设备166和运维设备167上均安装传感单元168用于数据的采集和传输，传感单元168包括依次连接的传感器模块、传感器节点1682、zigbee模块1683和协调器节点1684，协调器节点1684与控制终端16电连接。传感器模块用于监测收费设备166和运维设备167中相关设备的数据采集以及对所采集的数据进行A/D转换，本发明主要通过传感器模块采集运行设备的温度、振动和主电路的电流三个物理量，以此来监视设备的运行状况。因此传感器模块中的传感器主要选择温度传感器16812、振动传感器16813和电流传感器16811来实现，为了进一步说明所选择传感器的作用，图11中以三种传感器与收费设备166中的栏杆机的连接结构为例来说明，其中电流传感器16811对栏杆机的电动机1661温度进行采样，其采用美国DALLA公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，它可以将采集到的模拟信号直接转换成串行数字信号送给传感器节点1682中的微控制器，只需要一条数据线就可以对DS18B20进行读出或写入信息。DSl8B20具有体积超小、硬件成本地、抗干扰能力强、精度高、附加功能强等优点，可以很好的满足本发明的要求。而振动传感器16813用于对栏杆机的齿轮箱1662采集振动信息，振动传感器16813采用美国亚德诺公司生产的数字振动传感器ADIS16220，ADIS16220集合了先进的iMEMS检测技术与信号处理、数据捕获、便捷的SPI(串行外设接口)端口，其可以利用SPI和数据缓冲结构来访问宽带传感器上的数据，因此它是一款很智能化的传感器。另外，其数据采集系统内置时钟驱动，22kHz的传感器谐振和100.2kSPS采样速率可以针对大多数机械设备的振动信号监测提供充分响应。机电设备的动力来源是电动机，因此采用电流传感器16811来采集栏杆机电动机1661主电路的电流，电流传感器16811选用南京正角的C2-500型霍尔电流传感器。
[0024]因收费设备166和运维设备167中所含的设备种类繁多，收费现场环境复杂，每套设备需要监测的参数不一，因此传感单元168采用zigbee模块1683来建立无线传感器网络连接，以满足现场设备的监测要求。zigbee模块1683—方面接收传感器节点1682发送的设备运行参数，通过协调器节点1684发送给控制系统161;另一方面也可以通过协调器节点1684接收控制系统161的命令信息，通过zigbee模块1683发送给各个传感器节点1682，使传感器根据命令作相应动作。其中，zigbee模块1683的核心芯片采用TI公司的CC2530芯片，其中CC2530结合了 RF收发器、8051微处理器、8KB的RAM ,32/64/128/256 KB内存，其内部也已经集成了大量必要电路(实时时钟、看门狗、ADC、USART等)，因此只需要增加少量的外围电路就可以满足系统的无线通信需求。因需要监测的设备分布较广、数量较多，而CC2530芯片本身的通讯距离有限，因此需要增加与之连接的功放芯片，来进一步增加节点的通信距离，这样不仅可以减少CC2530无线网络的层数及中间节点的数量而且可以增加无线网络通信的稳定性。TI公司的CC2591功放芯片16832可以很好地满足节点无线模块低功耗、微型化的应用要求。CC2591功放芯片16832集成了可将输出功率提高+22dBm的功率放大器以及可将接收机灵敏度提高+6dB的低噪声放大器，从而显著扩大了无线系统信号的覆盖范围。
[0025]传感器节点1682中的电源模块16841主要给CC2530芯片16831以及前端的传感器模块供电，由于数据采集模块为无线传输，传感器节点1682所安置的地点一般不宜经常更换电池，因此要尽可能采用低功耗的设计方案，延长电池的使用时间。该系统中的CC2530芯片16831、振动传感器ADIS16220和温度传感器DS18B20都可以采用3.3V供电，而霍尔电流传感器的工作电压为12V，因此我们采用12V锂电池供电，并采用LM7805芯片将12V转换为5V，再通过LM117电压调节芯片将5V转为3.3V。
[0026]上述方案中的协调器节点1684结构如图12所示，包括分别与CC2530芯片16831连接的电源模块16841、串口模块16845、JTAG接口调试模块16842、LED显示模块16844、按键控制模块16843，天线接口模块16846与CC2591功放芯片16832相连。其中串口模块16845采用RS-232接口或者RS-485接口与控制系统161相连;JTAG接口调试模块16842的功能是可以通过仿真器与控制系统161相连来对CC2530芯片16831进行程序的烧写及调试;LED显示模块16844则是用指示灯的方式来显示通讯启停状态;按键控制模块16843的功能是实现与传感器节点1682的通讯及复位。
[0027]上述协调器节点1684中的电源模块16841与传感器节点1682的电源相同，也是采用LM7805芯片将12V转换为5V，再通过LM117电压调节芯片将5V转为3.3V。
[0028]串口模块16845可以实现协调器节点1684与控制系统161之间的通信，可以将由微处理器发出的并行数据转换为连续的串行数据流并且发送出去，同时还可以将接收到的串行数据流转换为并行数据并反馈给微处理器。考虑到串行接口比较耗电，因此只有在协调器节点1684中才采用串口电路，这样可以最大降低传感器节点1682的功耗，使其具有更长的连续工作时间。由于CC2530芯片16831所使用的TTL电平是以电平的高低来表示逻辑状态，而串行通信中使用的RS-232通信是用正负电压来表示逻辑状态，所以二者的电平表达方式不同，需要外接接口电路进行电平匹配。因此，在协调器节点1684的串口模块16845的设计中，采用MAX3232CSE芯片进行电平转换。
[0029]JTAG技术是一种嵌入式的调试技术，专门用于芯片内部测试以及进行系统仿真调试。CC2530芯片16831提供了可以进行在线调试和烧录程序的两线接口。JTAG接口调试模块16842使用Header 5X2排针，一端通过IDC口与CC2530芯片16831的IDC口连接，另一端通过USB 口与控制系统161相连。JTAG接口调试模块16842允许对片上闪存进行编程、访问存储器内容，以及在线对程序进行调试等，程序在IAR Eff中编译好后，通过JTAG接口调试模块16842可以将程序烧录到CC2530芯片16831中。
[0030]上述方案中的控制终端16自动完成对各设备的控制，如栏杆机的起落、车牌识别系统的运行、开启照明系统和环境调节系统等，通过传感单元168对各设备的运行状态进行监测，发生故障时通过报警模块164予以提醒，以便及时采取措施进行维护管理;通过实时数据采集组件165采集诸如门禁设备11的进出信息，方便实时了解收费站点工作人员的出勤情况，为考核提供依据;采集自动取卡设备10和半自动收卡设备23卡夹内卡片的数量信息，数量不足时通过报警模块164予以提醒，便于收费站点工作人员及时补充调配，保证车辆的顺畅通行。以上采集数据均保存于控制终端16的存储单元163内，并由各收费站点的控制终端16无线发送给远端总公司管理系统，形成各收费站点与总公司的信息连通，有助于提升信息化管理工作。
[0031]本发明提供的收费亭，也可以用于停车场的出入口安装使用，当用于停车场收费使用时，收费亭本体正面上部的显示屏I可以用来显示停车场的车位信息。当停车场的出入口不在同一处时，收费亭的安装和结构参考上述方案中给出的结构;但当停车场的出入口同在一处时，则只需安装一个收费亭即可，此时可以在收费亭临近入口一侧的墙体上安装自动取卡设备10，在收费亭临近出口一侧的墙体上安装费用显示屏22，同时在收费亭本体内部的操作台20台面上设置半自动收卡设备23。
[0032]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
【主权项】
1.一种高集成度的信息化收费亭，包括收费亭本体、安装于收费亭本体内的运维设备以及分别安装于收费亭本体内外的收费设备，其特征在于:收费亭本体的正面中部为透明玻璃，正面的上部外壁上安装显示屏，正面的下部设置电柜箱，电柜箱内放置给运维设备和收费设备供电的强电箱和弱电端子箱;收费设备和运维设备上均安装传感单元用于数据的采集和传输，传感单元包括依次连接的传感器模块、传感器节点、Zigbee模块和协调器节点，协调器节点与控制终端电连接，控制终端设于电柜箱内。2.根据权利要求1所述的一种高集成度的信息化收费亭，其特征在于:所述运维设备包括安装于收费亭本体顶部的摄像头、空调和应急灯，以及安装于收费亭本体后面的门禁设备，空调采用一体式轿厢空调。3.根据权利要求1所述的一种高集成度的信息化收费亭，其特征在于:所述收费亭本体的两个侧面分别开设窗口，收费亭本体的后面设有供收费人员出入的门，门上安装门禁设备;与车辆通行车道相邻的一侧面的窗口下设有拾音器;收费亭本体的上部外壁四周环绕安装预警灯带。4.根据权利要求1所述的一种高集成度的信息化收费亭，其特征在于:所述收费亭本体外部的收费设备包括车辆识别摄像机、线圈和栏杆机;收费亭本体内部的收费设备包括电脑和票据打印机。5.根据权利要求1所述的一种高集成度的信息化收费亭，其特征在于:所述收费亭分为安装于车辆入口处的取卡收费亭和安装于车辆出口处的收卡收费亭，取卡收费亭与车辆通行车道相邻的一侧面上安装有自动取卡设备，自动取卡设备采用上下双层卡口，每层具有双工位取卡口；收卡收费亭与车辆通行车道相邻的一侧面上安装有费用显示屏，内部设有半自动收卡设备。6.根据权利要求1所述的一种高集成度的信息化收费亭，其特征在于:所述收费亭本体的墙体夹层内设有消音孔封板，消音孔封板内装有吸音棉。7.根据权利要求1所述的一种高集成度的信息化收费亭，其特征在于:所述控制终端包括控制系统以及与控制系统连接的通信单元、存储单元、报警模块和实时数据采集组件，实时数据采集组件分别与收费设备和运维设备相连。8.根据权利要求1所述的一种高集成度的信息化收费亭，其特征在于:所述传感器模块包括电流传感器、温度传感器和振动传感器，温度传感器使用一线式数字温度传感器DS18B20，振动传感器使用数字振动传感器ADIS16220，电流传感器使用C2-500型霍尔电流传感器。9.根据权利要求7所述的一种高集成度的信息化收费亭，其特征在于:所述zigbee模块包括CC2530芯片，CC2530芯片还连接有CC2591功放芯片;传感器节点中的电源采用12V锂电池供电，采用LM7805芯片将12V转换为5V，再通过LMl 17芯片将5V转换为3.3V。10.根据权利要求9所述的一种高集成度的信息化收费亭，其特征在于:所述协调器节点包括分别与CC2530芯片连接的电源模块、串口模块、JTAG接口调试模块、LED显示模块和按键控制模块，天线接口模块与CC2591功放芯片相连；串口模块使用RS-232接口或RS-485接口与控制系统相连，且串口模块采用MAX3232CSE芯片进行电平转换;JTAG接口调试模块使用Header 5X2排针，一端通过IDC口与CC2530的IDC口连接，另一端通过USB口与控制系统相连。
【文档编号】G07C9/00GK105825566SQ201610303780
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】王长华, 戴新荣, 张靖, 田旭, 亓凌, 陶杰, 杨全, 倪森祥
【申请人】浙江省机电设计研究院有限公司, 温州大桥管理处