經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國(guó)民生活水平的顯著提高，我國(guó)城市汽車(chē)保有量與日俱增，停車(chē)位的供不應(yīng)求造成了"停車(chē)難"的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題，除了大力新建停車(chē)場(chǎng)以增加停車(chē)位的數(shù)目外，就是使用智能化的停車(chē)收費(fèi)管理系統(tǒng)以提高停車(chē)位的使用率和停車(chē)場(chǎng)的周轉(zhuǎn)率。而大力新建停車(chē)場(chǎng)花費(fèi)大、耗時(shí)長(zhǎng)，因此，建立智能化停車(chē)收費(fèi)管理系統(tǒng)顯得尤為重要和緊迫。
現(xiàn)有的停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)一般采用人工收費(fèi)和刷卡收費(fèi)。其中，人工收費(fèi)除了需耗費(fèi)大量人力資源外，還容易出現(xiàn)多收、少收和漏收的情況，效率低下。而刷卡收費(fèi)是使用指定地點(diǎn)辦理的IC 卡刷卡進(jìn)行停車(chē)消費(fèi)，但既有的通過(guò)刷IC 卡進(jìn)行收費(fèi)的停車(chē)場(chǎng)互不兼容，每使用一個(gè)系統(tǒng)就要求用戶帶一張卡，給用戶帶來(lái)了極大的不便.用戶不能得到實(shí)時(shí)消費(fèi)信息，且消費(fèi)明細(xì)難以查詢。
為了彌補(bǔ)以上收費(fèi)方式的不足，本文提出了一種基于NFC+3G 技術(shù)的停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)。它將NFC 技術(shù)集成在人們出門(mén)必帶的移動(dòng)設(shè)備上，減少了用戶的帶卡量，給用戶帶來(lái)了方便。在付費(fèi)時(shí)，該系統(tǒng)只需車(chē)主刷兩下移動(dòng)設(shè)備即可。它不但具有刷卡收費(fèi)優(yōu)點(diǎn)，且消費(fèi)后會(huì)得到實(shí)時(shí)賬單。此外，用戶也可通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)獲取和查詢相應(yīng)的消費(fèi)信息。同時(shí)，在出入口設(shè)置攝像機(jī)獲取車(chē)牌信息，將車(chē)牌號(hào)與移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼捆綁在一起作為停車(chē)數(shù)據(jù)，大大減少偷換車(chē)現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證了車(chē)輛的安全口。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的構(gòu)成圖如圖1 所示，由圖1 可知，停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)系統(tǒng)主要由LPC2418 、上位機(jī)、紅外檢測(cè)單元、計(jì)時(shí)收費(fèi)單元、3G 通信單元以及輔助單元組成。各個(gè)單元互相配合以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)以及計(jì)時(shí)收費(fèi)的管理。
1. 1 硬件部分
(1) 主控單元。 LPC2148 是32/16 位ARM7TDMIsCPU 的微控制器，采用其作為系統(tǒng)的主控制芯片，可負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊間的有序工作。如:控制紅外檢測(cè)模塊對(duì)車(chē)輛信息進(jìn)行采集及處理，控制讀寫(xiě)器接收發(fā)送停車(chē)數(shù)據(jù)等。由于LPC2148 比單片機(jī)的速度更快、接口更多，系統(tǒng)可根據(jù)日后需要，利用預(yù)留接口擴(kuò)展相應(yīng)的功能。
(2) 計(jì)時(shí)收費(fèi)單元。該單元由NFC 移動(dòng)設(shè)備和IC 卡讀寫(xiě)器組成，主要運(yùn)用NFC 技術(shù)進(jìn)行信息交換。NFC(Near Field Communication) 融合了非接觸式識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠快速自動(dòng)地建立短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為移動(dòng)設(shè)備提供輕松、安全、迅速而自動(dòng)的通信口。
本單元通過(guò)刷NFC 移動(dòng)設(shè)備觸發(fā)LPC2148 記錄進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)的時(shí)間，并在第二次刷移動(dòng)設(shè)備即出停車(chē)場(chǎng)時(shí)扣除相應(yīng)的停車(chē)費(fèi)用。付費(fèi)成功后，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商會(huì)通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送此次消費(fèi)清單至NFC 移動(dòng)設(shè)備上。此外，用戶也可以通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的3G 網(wǎng)絡(luò)或者Internet 登陸相應(yīng)網(wǎng)站查詢其消費(fèi)明細(xì)信息。
由于人口處的讀卡器采用紅外檢測(cè)激活，可能存在人為多次在人口刷移動(dòng)設(shè)備逃避付費(fèi)。為避免這種情況的發(fā)生，本系統(tǒng)出口處的讀寫(xiě)器采用地下線圈激活，只有駕車(chē)才能使讀寫(xiě)器處于工作狀態(tài)，故不存在停好車(chē)后不取車(chē)直接在出口刷一次移動(dòng)設(shè)備，或取車(chē)時(shí)，再在人、出口各刷一次移動(dòng)設(shè)備以減少停車(chē)時(shí)長(zhǎng)的情況。因此，可將NFC 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式作如下編制。
出入場(chǎng)標(biāo)志可用O 和1 表示，其中， 0 代表入場(chǎng)， 1 代表出場(chǎng)。各數(shù)據(jù)之間用逗號(hào)隔開(kāi)以便于系統(tǒng)加密、解密及識(shí)別數(shù)據(jù)。只有當(dāng)一條數(shù)據(jù)的出入場(chǎng)標(biāo)志是O 和一條數(shù)據(jù)的出入場(chǎng)標(biāo)志為1 時(shí)，才算完整的付費(fèi)信息。若兩條數(shù)據(jù)的出入場(chǎng)標(biāo)志均為0 ，則取較先的那條數(shù)據(jù)。這樣有效防止了人為多次在人口刷移動(dòng)設(shè)備以減少停車(chē)費(fèi)用的情況。此外，數(shù)據(jù)中將移動(dòng)設(shè)備號(hào)和車(chē)牌號(hào)同時(shí)傳輸，也可防止開(kāi)低級(jí)車(chē)入場(chǎng)，換高級(jí)車(chē)出場(chǎng)的偷車(chē)情況。此單元與LPC2148 傳輸數(shù)據(jù)的部分程序如下:
(3) 紅外檢測(cè)單元。紅外檢測(cè)單元由紅外發(fā)射器和紅外探測(cè)器組成，主要完成入口處車(chē)輛到來(lái)的檢測(cè)和車(chē)輛車(chē)型分類的功能。這里，利用一組水平的探測(cè)器陣列和一組垂直的探測(cè)器陣列來(lái)獲取車(chē)輛輪廓的特征參數(shù)。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，某點(diǎn)紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外信號(hào)被擋住，紅外探測(cè)器因此檢測(cè)不到應(yīng)該接收到的信號(hào)，這樣便能確認(rèn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間有物體。運(yùn)用這個(gè)原理，垂直探測(cè)器陣列各點(diǎn)從上到下進(jìn)行檢測(cè)，水平探測(cè)器陣列從外向內(nèi)檢測(cè)，得到車(chē)輛各個(gè)位置的高度Hl ,H2 ， H3' … ， HN' 取其中的最大高度Hmax 作為車(chē)輛的高度H。當(dāng)車(chē)輛完全進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，通過(guò)兩個(gè)相隔最遠(yuǎn)且檢測(cè)不到信號(hào)的水平檢測(cè)點(diǎn)的距離確定車(chē)長(zhǎng)L。此外，還在車(chē)輪高度的位置上設(shè)置了用于測(cè)量車(chē)輛輪軸的紅外探測(cè)器，分別用來(lái)檢測(cè)車(chē)輪數(shù)X 和輪軸數(shù)Y[5J 最后將檢測(cè)到的車(chē)高H 、車(chē)長(zhǎng)L 、車(chē)輪數(shù)X 和輪軸數(shù)Y 等數(shù)據(jù)發(fā)送給LPC2148 ，并按表1 的數(shù)據(jù)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分類。
表1車(chē)輛分類標(biāo)準(zhǔn)
(4) 上位機(jī)。上位機(jī)主要用于監(jiān)控收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)和更新。同時(shí)，上位機(jī)還能通過(guò)Internet 將統(tǒng)計(jì)匯總的停車(chē)數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的網(wǎng)站，便于用戶查詢消費(fèi)信息以及核對(duì)賬戶。上位機(jī)另外一個(gè)重要功能是車(chē)牌識(shí)別。該功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是監(jiān)控收費(fèi)系統(tǒng)利用安裝在上位機(jī)中的車(chē)牌識(shí)別程序提取車(chē)牌，并將提取的車(chē)牌信息與時(shí)間信息等捆綁在一起以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)及更新功能，車(chē)牌識(shí)別過(guò)程如下:
其中，在字符分割中運(yùn)用了雙峰法的自適應(yīng)闊值選擇法，而字符識(shí)別則采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這樣能大大提高車(chē)牌的識(shí)別率[6J 同時(shí)，上位機(jī)的管理軟件界面友好，能將停車(chē)信息可視化，方便工作人員查詢及處理數(shù)據(jù)。
(5)3G 通信單元。該單元由SIM5210 ， 3G 網(wǎng)絡(luò)以及3G 網(wǎng)關(guān)組成.在用戶第二次刷手機(jī)時(shí)，主控單元將相關(guān)停車(chē)信息傳送給SIM5210 傳輸模塊， SIM5210 傳輸模塊將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)傳送給3G網(wǎng)關(guān).若支付失敗(如用戶賬戶資金不足支付停車(chē)費(fèi)用) ，則3G 網(wǎng)關(guān)發(fā)送支付失敗消息至用戶手機(jī)；若支付成功，則3G 網(wǎng)關(guān)發(fā)送相應(yīng)的停車(chē)信息至用戶手機(jī)，以便用戶實(shí)時(shí)獲取停車(chē)信息。與此同時(shí)，用戶也可通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)登陸相應(yīng)的網(wǎng)站查詢停車(chē)信息。這里選擇3G 作為網(wǎng)絡(luò)傳輸載體，是因其無(wú)線傳輸效率高，支持不同的數(shù)據(jù)速度，可很好地滿足實(shí)時(shí)信息獲取的需求。當(dāng)然，也可根據(jù)日后的需要向用戶傳輸車(chē)輛停車(chē)期間的實(shí)時(shí)監(jiān)控圖片和視頻等。
(6) 輔助單元。輔助單元包括門(mén)閘驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)門(mén)閘、語(yǔ)音播放、外部顯示、出口地下線圈、攝像機(jī)及打印機(jī)等。門(mén)閘驅(qū)動(dòng)通過(guò)接收LPC2148 發(fā)出的開(kāi)關(guān)命令，使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)門(mén)閘的開(kāi)啟和關(guān)閉。語(yǔ)音播放模塊采用IDS 系列語(yǔ)音芯片。在刷移動(dòng)設(shè)備成功的情況下，進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)時(shí)，播放"歡迎光臨"，離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)時(shí)播放"歡迎下次光臨"在刷移動(dòng)設(shè)備不成功的情況下，播放相應(yīng)的出錯(cuò)信息，如資金不足以支付停車(chē)費(fèi)用時(shí)播放"余額不足，請(qǐng)手工付費(fèi)并盡快充值"外部顯示分為兩部分，一部分用于顯示當(dāng)前停車(chē)場(chǎng)空位數(shù)和收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。另一部分用于顯示當(dāng)前時(shí)間、移動(dòng)設(shè)備內(nèi)金額、停車(chē)時(shí)長(zhǎng)和停車(chē)費(fèi)用(在收費(fèi)時(shí)顯示)。出口地下線圈用于檢測(cè)出口處車(chē)輛到來(lái)，攝像機(jī)主要用來(lái)獲取車(chē)牌的圖像，而打印機(jī)主要用于打印報(bào)表以及工作人員需要的信息。
1. 2 軟件部分
(1) 主程序。系統(tǒng)主程序(圖1 中的實(shí)線方框中停車(chē)場(chǎng)內(nèi)部系統(tǒng)的主程序)按圖2 所示流程進(jìn)行。系統(tǒng)初始化后，除了人口處檢測(cè)車(chē)輛到來(lái)的紅外模塊以及出口處的地下線圈處于工作狀態(tài)外，其他模塊均處于休眠狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到有車(chē)輛到來(lái)，則立即喚醒其他模塊，其他模塊工作完畢并在一定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)不到車(chē)輛到來(lái)，其他模塊繼續(xù)休眠，直到檢測(cè)到下一車(chē)輛到來(lái)。由于紅外設(shè)備和地下線圈功耗小，這樣便能大量節(jié)省資源，有效降低系統(tǒng)功耗。若遇到特殊情況，可由工作人員人工復(fù)位。
(2) 上位機(jī)管理程序。上位機(jī)以Visual Basic6. 0 開(kāi)發(fā)軟件，運(yùn)用ADO 技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)[7J 工作人員可以通過(guò)管理程序的人機(jī)界面對(duì)系統(tǒng)的各種信息進(jìn)行管理.整個(gè)管理程序分為登錄模塊、計(jì)費(fèi)模塊、查詢模塊、報(bào)表模塊及參數(shù)設(shè)置模塊等。登陸模塊可設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限以避免部分貪圖小利的工作人員弄虛作假。其中，權(quán)限是根據(jù)輸入的操作者名稱自行體現(xiàn)。信息輸入完畢且正確點(diǎn)擊確定即進(jìn)入主界面，如圖3所示。主界面能顯示當(dāng)前進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)車(chē)輛的狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)，同一車(chē)輛出場(chǎng)后會(huì)自動(dòng)顯示停留時(shí)間和所需收的金額，這里需用到計(jì)費(fèi)模塊，它用于記錄相應(yīng)的停車(chē)信息，如車(chē)輛進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間等。點(diǎn)擊主界面的查詢選項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)查詢模塊，它方便工作人員查詢相應(yīng)車(chē)輛信息，如特殊情況下無(wú)法得知停車(chē)的具體時(shí)間，只需報(bào)出進(jìn)場(chǎng)時(shí)刷的移動(dòng)設(shè)備號(hào)即能查詢出車(chē)輛停放時(shí)間便于收費(fèi)。點(diǎn)擊主界面的報(bào)表菜單根據(jù)需要選擇查看的報(bào)表類型，這里分為日收入，月收入以及年收入，它主要是將一個(gè)月或幾個(gè)月的停車(chē)收費(fèi)信息統(tǒng)計(jì)成表格，方便工作人員以及停車(chē)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者查看收益.點(diǎn)擊主界面的系統(tǒng)設(shè)置就會(huì)出現(xiàn)如圖4 所示界面，即參數(shù)模塊，它是用于設(shè)置車(chē)輛收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等。
2 系統(tǒng)的特點(diǎn)
2. 1 安全性
系統(tǒng)采用NFC 技術(shù)進(jìn)行停車(chē)收費(fèi)，也就是說(shuō)具有一定的安全管理機(jī)制，能很好地克服人工收費(fèi)可能存在的舞弊現(xiàn)象以及刷卡收費(fèi)不具有安全管理機(jī)制的缺點(diǎn)。與此同時(shí)，該系統(tǒng)將車(chē)牌號(hào)和移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼捆綁傳輸，從而保證了車(chē)輛的安全。付費(fèi)后， 3G 網(wǎng)關(guān)會(huì)發(fā)送消費(fèi)信息至用戶的移動(dòng)設(shè)備，用戶可通過(guò)此信息確定消費(fèi)以及查詢消費(fèi)賬單，解決了人工收費(fèi)和刷卡收費(fèi)不能實(shí)時(shí)查詢信息。
2.2 可靠性
系統(tǒng)利用LPC2148 自帶的實(shí)時(shí)時(shí)鐘記錄停車(chē)時(shí)間，能很好地克服人工收費(fèi)不能自動(dòng)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的缺點(diǎn)。同時(shí)，在車(chē)牌識(shí)別環(huán)節(jié)中均會(huì)留存車(chē)輛進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)時(shí)抓拍的照片以備查詢核對(duì)；在信息的傳輸過(guò)程中也均有可靠的協(xié)議作為保障.可見(jiàn)，該系統(tǒng)具有一定的可靠性。
2.3 廣泛性
系統(tǒng)采用移動(dòng)設(shè)備作為停車(chē)收費(fèi)的載體，可實(shí)現(xiàn)用戶在不同的停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)或外地的停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)均能繳費(fèi)，很好地克服了刷卡收費(fèi)的停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)各自為陣，每個(gè)系統(tǒng)均需辦理IC 卡的缺點(diǎn)。而3G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的廣泛使用戶在郊區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)均能使用該系統(tǒng)進(jìn)行停車(chē)?yán)U費(fèi)。
3 結(jié)論
本文結(jié)合NFC+3G 技術(shù)以及嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)系統(tǒng)，利用移動(dòng)設(shè)備和3G 技術(shù)的普及，減少了用戶帶卡的不便，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了獲取實(shí)時(shí)賬單，通過(guò)3G 或Internet 查詢?cè)敿?xì)清單的功能。該系統(tǒng)入口處利用紅外檢測(cè)車(chē)輛能減少鋪置地下感應(yīng)線圈對(duì)地表的傷害，而紅外設(shè)備價(jià)錢(qián)的低廉也節(jié)約了成本。同時(shí)，該系統(tǒng)采用車(chē)牌號(hào)和移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼的捆綁傳輸保證了車(chē)輛的安全。此外，該系統(tǒng)的上位機(jī)界面友好、操作簡(jiǎn)單，使停車(chē)場(chǎng)的收費(fèi)系統(tǒng)信息化，方便了工作人員的管理和調(diào)度。