车辆收费管理系统的应用方案

　　系统概况

　　传统车辆收费管理形式是利用人工进行登记和收费，这样就存在着工作效率低、管理漏洞大的问题，从而导致各停车场所大量存在收费困难，收费金额不足等情况，一方面导致管理混乱，另一方面影响资金回收，更进一步造成恶性循环。我公司针对上述情况，进行了全面详细的考察和调研，同时和相关部门共同协商，开发出非接触式高频IC卡车辆收费管理系统。通过该系统实现自动识别、自动缴费、自动放行的操作流程从而最大限度的堵塞收费漏洞，同时在后台软件的支持下，数据库得以共享实现生产管理、行政管理、收费管理。另外在该系统的软硬件部分都预留有相关升级开发接口，从而使得该系统能够根据客户需要进行升级，避免了客户的重复投资。

　　系统组成及功能

　　本系统主要由以下几部分组成：车辆检测器，地感线圈，栏杆机，射频卡收费机，数据采集系统，收费管理系统。
系统结构如图1。

　　系统各部分功能介绍：

地感线圈

地感线圈用于检测车辆的进出情况，地感线圈铺埋于车辆进出口的位置，当有车辆经过地感线圈时，利用电磁感应原理，地感线圈检测到磁场变化，根据变化情况产生相应信号，地感线圈将信号经过处理然后将信号送到车辆检测器。

车辆检测器

　　当车辆检测器接收到地感线圈传送过来的信号后，将该信号转换电信号，并将该信号送到射频卡收费机，由射频卡收费机发出相应指令控制栏杆机。

栏杆机

　　当有车辆进出时，栏杆机(即门禁)根据射频卡收费机发出的指令执行开门或关门命令，从而实现自动控制车辆的进出。

　　射频卡收费机

　　射频卡收费机的主要功能是：1、当用户刷卡时根据车辆类型扣除相应的停车费用并保存，记录工作人员的考勤情况；2、接受车辆检测器发送过来的信号，发送开门或关门信号到栏杆机；3、向上位机发送各种收费及考勤信息。

　　数据采集系统

　　数据采集系统用来采集各个射频卡收费机的收费及考勤信息，统计整理后传送到管理系统进行相应处理。

收费管理系统

　　收费管理系统主要完成发卡、充值、挂失、数据查询、统计、打印等功能。

　　系统工作流程

　　当车辆靠近门口时，地感线圈检测到有车辆靠近信号，并将信号发送到车辆检测器，车辆检测器将感应信号转换成电信号发送到射频卡收费机，射频卡收费机启动IC卡读卡功能；持卡人将IC卡靠近读卡机，读卡机读取卡内信息并分析卡内信息确认无误后，自动扣除本次费用并在射频卡收费机上显示相应信息(车辆类型、本次费用、余额等)，同时向栏杆机发送打开栏杆机指令，允许车辆进入。
当车辆要离开时，地感线圈检测到有车辆离开信号，将信号发送到车辆检测器，车辆检测器将感应信号转换成电信号发送到射频卡收费机，判断是车辆离开信号，同时向栏杆机发送打开栏杆机指令，允许车辆离开。

　　射频卡收费机工作流程及原理

　　非接触式IC 卡读写器以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了Mifare卡专用的读写处理芯片—MMM微模块。它是一个小型的最大操作距离达20~30mm的Mifare读/写设备的核心器件，其功能包括调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。内部结构分为射频区和接口区：射频区内含调制解调器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机相连的端口，还具有与射频区相连的收/发器、16字节的数据缓冲器、存放64对传输密钥的ROM、存放3套密钥的只写存储器以及进行三次证实和数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。这是与射频卡实现无线通信的核心模块，也是读写器读写Mifare卡的关键接口芯片。读写器工作时，不断地向外发出一组固定频率的电磁波(13.6MHz)，当有卡靠近时，卡片内有一个LG串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LG谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷。在这个电容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。当电容器充电达到2V时，此电容就作为电源为卡片上的其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器发出的数据与保存。

　硬件组成

　　射频卡收费系统结构复杂，环节较多，下面主要介绍射频卡收费机的软硬件结构。图4为非接触IC卡及其读写器硬件电路框图，主要由MMM微模块、单片机、显示、存储器、栏杆机控制电路、天线和监控电路以及与PC机通信的TC232串行通信接口电路等部分组成。

　　?单片机系统

　　单片机采用P89C51RD2HBP。它片内有64KB的ROM，1KB的RAM以及有32个I/O口。P1口与串行器件24C128和显示、报警电路连接；P0口与MMM微模块相连，用作数据线；P2口用作输出控制；P3口用于读写控制和中断。

　　?显示电路

显示部分采用数码显示，利用串行输入BCD码--十进制译码驱动显示器件MC14499来完成与单片机系统的显示接口，以显示读写器工作状态、输入的数据或读出IC卡中所剩余以及出错信息等。此器件主要有1个20位移位寄存器、1个锁存器、1个多路输出器。多路输出器输出的BCD码经段译码器译码后，换成七段码(abcdefg)和小数点DP送到段驱动器输出。

　　?存储器

　　收费机设计了存储器。存储器选用24CXX系列的串行E2PROM。主要存放卡号、售卡员号、售卡金额、售卡日期、售卡总金额和售卡总记录数。显示用MC14499驱动4位共阴数码管。正常工作后，每隔一段时间将收费机中存储的数据通过数据采集系统采集并将采集的信息放到PC机中保存处理。读写器中存储器可采用24C128，其存储量为128K位，如有需要也可用容量更大的存储器如24C256等。

　　?监控电路

　　监控电路采用DS1232L芯片。它是个看门狗定时器，其功能是：上电和掉电时给89C51产生RESET信号；看门狗对系统进行监控，防止死机。

　　?非接触式IC卡

　　非接触式IC卡选用Mifare卡。其工作频率为 13.6MHz，存储量为1KB分16区，每区2套密码，每个区的存储区域相互独立，因此每区可用作一种用途(第0区一般不用)以实现一卡多用。由于Mifare卡密码验证机制严密，保存的信息比较可靠安全，可以擦写几万次。

　　Mifare卡的16个区，每区又分4块，每块16字节。在售卡机中用第1区作用户储值块，其中第0块存放身份号，第1~2块存放价格，第3块存放两套6字节密码和4字节读写访问条件。

　程序设计

　　下面介绍收费机的软件设计方法。

　主程序

　　主程序主要完成系统变量的初始化，检测操作射频卡，将操作结果存储和显示。在收费机中使用了24C128作存储器，主要存储的内容有：刷卡卡号，刷卡时间，消费金额等信息。存储器最大能存储10000条刷卡记录。主程序流程如图5所示，读写器对IC卡的操作流程如图6所示。

　显示程序

　　在显示电路中，用P1口的3根I/O口线(P1.0、P1.1、P1.2)分别提供时钟信号(CLK)、串行数据(DA)和使能信号(EN)。MC14499每一次可接收20位串行输入数据，前4位用于控制数码管的小数点显示，后16位是4个数码管的BCD码输入数据。在每帧数据传送之前，必须将EN置0；然后传送20位数据，数据传送完后，再将EN置1。显示程序如下：

　　DISP: CLR P1.0 ； 清CLK
　　CLR P1.2 ；清EN
　　MOV R2,#04 ；置传送位数
　　MOV A,#00
　　LCALL W14499 ；调送数显示
　　MOV A,@R1 ；读要显示的数
　　MOV R2,#08 ；置传送位数
　　LCALL W14499；
　　　　INC 　　R1；
　　MOV A,@R1；
　　MOV R2,#08 ； 置传送位数；
　　LCALL W14499；
　　SETB P1.2 ；置EN位
　　RET
　　W14499: SETB P1.0 ； 清CLK
　　RLC A ；准备逐位送数显示
　　MOV P1.1,C ； 将数移入DA
　　　　CLR P1.0 ； 清CLK
　　DJNZ R2,W14499；
　　RET；

　　串行E2PROM读写程序

　　24C128为I2C总线的E2PROM。SCL为400kHz时钟线，SDA为双向数据线，A2、A1、A0三位为片选地址，即I2C总线上最多可并联8个串行E2PROM芯片。对E2PROM的操作方式由读写控制命令字决定，其操作时需请参阅相关资料。　下面简要介绍一下存储器的读写流程。

　　对存储器写操作，首先，单片机向24C128发一个START命令，产生开始条件。然后，发写命令控制字(如A2H)。当24C128接到命令后，进入一个写周期，再由单片机发送存储地址，即确定数据写入到存储器的哪个地址，随后，单片机将要存储的数据送入到SDA数据线上。写周期结束时，单片机再发一停止位(STOP)。

　　对存储器读操作，首先，单片机向24C128发一个START命令，产生开始条件。然后发写命令控制字(如A2H)。当24C64接到命令后，进入一个写周期，再由单片机发送存储地址。存储地址发送成功后，单片机又向24C128发一个START命令，产生开始条件，然后发读命令控制字(A3H)。当24C128接到命令后，进入一个读周期，单片机从SDA数据线上读出指定存储地址中的数据。读周期结束时，单片机再发一停止位(STOP)。(程序略)

　　值得注意的是，对存储器操作时，每读写一个字节，单片机必须送一个应答位(ACK)，释放一下SDA数据线，以便存储器能继续接收数据。
通信程序

　　在读写器中，单片机与PC机之间的通信主要由TC232来实现TTL电平(0~5V)与RS232电平(+10~-10V)的转换，以完成收费机保存的刷卡记录的传送。通信格式设置为：采用串行工作方式1，波特率为9600baud， 1个起始位，8位数据位，1个停止位，采取和校验方式。读写器中，单片机程序可采用C语言进行编程。C语言有功能丰富的库函数，运算速度快、编译效率高、可移植性好、软件的可读性强，便于改进和扩充(程序略)。

　　为提高适应能力，包括用户的各类特殊要求，抗干扰，抗恶劣环境，除硬件上采用监控电路外，在软件上还采取了指令冗余和软件陷阱。

　管理系统

　　管理系统主要功能如下：

　　?记录持卡人的姓名、电话，住址等相关信息，再通过发卡器将资料写入IC卡中，同时根据用户购买的卡类型进行现金预存和扣除。
　　?实时纪录收费信息和车辆进出数据。
　　?管理系统可以定期查询、统计，以便及时掌握各用户的情况，还可以订立黑名单，从而更好的进行监控。
　　?具有各种报表输出功能。

　　由于本篇文章主要在于介绍用单片机实现停车场系统的自动控制，所以在此对管理系统不作详细阐述。

结语

　　本系统开发成功后，经过相关管理部门的使用验证，运行稳定，结果准确，同时大大提高了工作效率。真正实现了“自动识别、自动缴费、自动放行”。整个系统一次投入、长期使用，重复投资少，维护方便。同时该系统的软硬件部分都预留有相关升级开发接口，从而使得该系统能够根据客户需要进行升级，避免了客户的重复投资。■