基于單片機的高速公路智能收費控制系統設計研究

秦安碧

【摘要】為了提高高速路收費站的管理系統效率，實現智能通過收費站。我們制作了基于RFSIM技術的高速路智能管理系統，該系統是以盛群單片機HT32為核心，外接RFSIM射頻讀卡器、LED點陣顯示屏、步進電機、光電傳感器、壓力傳感器等。其主要功能包括在高速路收費站用LED點陣顯示車型、費用和重量;步進電機抬道閘桿;光電傳感器檢測車的到來;RFSIM射頻讀卡器遠距離通過手機錢包扣取費用。實現了高速路收費站不停車智能收費功能，大大的提高了通行效率，有效的解決了現當前高速路收費站存在的問題。該系統不僅方便收費站，同時也方便車主的使用，而且成本較低、操作簡便、功能多樣、易于實現。

【關鍵詞】RFSIM;智能收費;不停車

一、系統介紹

1.創作動機

隨著社會經濟的高速發展，車是我們在出行中必備的交通工具，且高速路也是四通八達了，加上節假日7座以下小車免收過路費。導致高速路收費站收費速度慢容易造成堵車、人力、物力的損耗矛盾現象普遍存在，影響了人們的出行及高速路的通行效率。所以急需一套高速路智能收費系統解決此現象。

2.創作目的

為了解決堵車、人力、物力的損耗矛盾現象，實現具有能夠遠距離的身份識別，自動測重和手機付費功能，基本替代了傳統的人工收費。

3.作品創新點

通過利用RFSIM技術，采用單片機HT46F49E等多個功能模塊搭建的高速智能收費系統。提高了車輛的通行效率和停車場的工作效率，在一定程度上替代了人工操作。為收費站的暢通運行帶來了方便、降低了人力資源成本。

二、系統原理

該系統的工作原理是在入口處當一號傳感器檢測到有車到來時，RFSIM射頻讀卡器讀取到手機信號，將讀取的信息傳送給盛群單片機處理。由單片機驅動步進電機抬桿，小車進入重力感應區，同時LED上顯示重量、過路費、車型。當小車通過道閘桿下的二號傳感器時此時道閘桿下降，LED顯示屏自動清零。如果用戶手機沒有錢或費用不夠時，通過獨立鍵盤的一號按鈕提醒工作人員或通過自己手工付費，離開收費站，方便輕松的解決了停車場的管理和通行問題。系統結構模型圖如圖3-1所示：

圖3-1 高速路收費站智能收費系統結構模型圖

三、系統功能

1.功能

DC-DC穩壓電源功能：電源采用LM2576電路分別為本系統的整個模塊供電，采用兩片LM2576的輸出電壓分別為5V和12V。

RFSIM射頻讀卡器：此功能采用2.4G RFSIM讀卡器，該讀卡器供電電源為12V，利用485轉TTL模塊實現RFSIM讀卡器與單片機通信，將讀取到的手機信號傳給單片機處理。

智能傳感器功能：本功能采用的核心元件是E3F-DS30C4，該傳感器工作電壓為5V，輸出信號類型為數字量。在系統運行過程中，當沒有檢測到車輛時輸出高電平，當檢測到物體時輸出低電平。J9為入口傳感器，用于檢測停車場入口是否有車輛;J10為出口傳感器，用于檢測停車場出口是否有車輛;J11、J8為防砸傳感器，用于檢測車輛是否通過道閘。

點陣LED顯示功能：該功能在本系統主要顯示車型、過路費、重量。主要采用64*64LED點陣進行顯示，供電電源為5V，通過8片74HC595串并轉換芯片控制列，兩片74LS138譯碼器級聯控制行。

步進電機智能開關閘功能：本模功能采用兩相步進電機，外加電機驅動器。電機的供電電壓為12V。本模塊運用了兩個步進電機分別控制出入口道閘，由于盛群單片機的PFD引腳只有一個，為了同時控制兩個電機，我們采用了用繼電器來切換兩個電機的工作，單片機的PC0引腳用于控制繼電器，PC4和PA7腳分別接入口和出口電機的方向控制端。

2.特色

（1）將最新的RFSIM技術應用在高速路收費系統，不僅實現了智能收費及付費，實現無人值守，收費站自動收費提高收費工作的效率。隨著物聯網的發展，手機支付的用戶將會迅速更加，這也給三大運營商移動、聯通、電信帶來了經濟效益，由此可見本作品具有廣闊的市場前景。

（2）采用射頻識別技術實現車輛不停車通過道閘，即方便業主又可有效減輕收費人員工作強度，還有提升收費站形象。

（3）收費系統道閘采用智能控制與手動控制相結合，到智能控制系統出現故障時，仍可通過手動控制方式實現車輛的正常通過。

（4）射頻識別模塊與光電傳感器結合，可有效判斷車輛進出，實現道閘自動無誤控制。

（5）采用光電傳感器能夠精確檢測車輛通過全過程，可精確計算出道閘應該關閉的時間，對不同車速的車輛均不會出現因閘門開啟時間短而誤傷車輛。

四、系統結構

1.硬件部分

系統采用可重復燒錄的盛群單片機HT32為主控芯片，共分為5大核心模塊，電源模塊、64*64LED點陣顯示模塊、步進電機驅動電路模塊、傳感器電路、RFSIM射頻讀卡器模塊。電源模塊為系統提供電源，LED點陣模塊用于顯示過路費，步進電機模塊用于抬道閘桿，先進地RFSIM射頻讀卡器用于讀取手機信息和扣取費用，傳感器用于檢測車輛到來以及提醒單片機驅動電機降桿功能。硬件結構框圖如圖1所示。

圖1 硬件結構框圖

2.軟件流程圖

軟件流程圖見圖2所示。