《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于TC35I的高速公路智能收費系統(tǒng)的設(shè)計[圖]
摘要: 基于TC35I的高速公路智能收費系統(tǒng)的設(shè)計[圖],摘要:介紹了SIEMENS公司的GSM網(wǎng)絡(luò)專用模塊TC35I和藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)通信芯片nRF401的特點。
Abstract:
Key words :
國內(nèi)高速公路發(fā)展迅速,公路等級在提高,通車?yán)锍淘谘由?,但是高速公路的收費系統(tǒng)卻成為高速公路發(fā)展的一個瓶頸。目前高速公路收費系統(tǒng)大部分還是停留在根據(jù)鈔票面額大小進(jìn)行找“零”的停車收費模式。對管理者而言,浪費了人力、物力,增加經(jīng)營成本;對消費者而言,浪費了寶貴的時間,阻礙了高速公路的高效率通告。GSM通信網(wǎng)絡(luò)已非常普及,在國內(nèi)基本達(dá)到了無縫覆蓋。GSM無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行可靠,其加密技術(shù)已非常成熟。利用GSM網(wǎng)絡(luò)專用模塊TC35I、藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)通信芯片NRF401及微處理器進(jìn)行綜合開發(fā),完成了高速公路沒有收費站、免停車驗證的智能收費系統(tǒng)的初步設(shè)計和實驗。

1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)主要由兩大部分構(gòu)成:一是車載系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示;二是高速公路入口處的固定基站和出口基站系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

基于TC35I的高速公路智能收費系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 車載系統(tǒng)

車載系統(tǒng)由一個具有收發(fā)短信功能的GSM網(wǎng)絡(luò)專用模塊MC35I、一個單片機(jī)控制系統(tǒng)和一個基于藍(lán)牙技術(shù)的無線數(shù)據(jù)通信電路組成。微處理器通過電路以19.2kb/s的速率與GSM模塊TC35I相聯(lián)接,調(diào)用手機(jī)的國際移動識別碼和手機(jī)號碼,并自動填入身份識別信息中。無線數(shù)據(jù)通信信電路通信距離大于100米,在車輛以40km/h的速度通過公路出入口時,保障在1~3秒內(nèi)完身份驗證和收費通信。

單片機(jī)控制系統(tǒng)在上電并完成初始化后始進(jìn)入待命狀態(tài),無線數(shù)據(jù)通信則處于接收狀態(tài)。當(dāng)收到基站的指令后,便對收到的信息進(jìn)行分析。若是高速公路入口,則將入口信息及收費編號存儲于內(nèi)部的EEPROM內(nèi),并發(fā)出加密的身份識別信息;若為出口,則將入口相關(guān)信息及身份識別信息一起發(fā)送給出口基站,出口基站對收到的信息一一驗證,并返回驗證結(jié)果及收費信息。最后通過GSM網(wǎng)絡(luò)收到由高速公路管理系統(tǒng)委托發(fā)送的收費中心的收費短信。系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)交換后,無線數(shù)據(jù)通信電路則進(jìn)入短暫的休眠狀態(tài),并保持五分鐘,避免重復(fù)接收入口信息或影響后續(xù)車輛的無線通信。

1.2 高速公路出入口固定系統(tǒng)

固定系統(tǒng)分為出口基站和入口基站,物理結(jié)構(gòu)基本一樣,功能上有所區(qū)別。在入口部分,首先通過CCD對即將進(jìn)入高速公路的車輛的車型進(jìn)行驗證,確定收費價位;然后通過無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)出指令,驗證車輛是否具備自動交費系統(tǒng)。在接收到機(jī)動車內(nèi)系統(tǒng)的應(yīng)答并確定該車具備自動交費功能之后,將車輛特征信息、“身份”驗證信息及該車的自動收費編號通過調(diào)制解調(diào)器及固定電路網(wǎng)通知各個出站口的收費系統(tǒng);同時通過無線數(shù)據(jù)通信傳送到車載系統(tǒng),以供出站時驗證。在車輛放行后,通過電話網(wǎng)驗證該車是否具備交費能力。如果某個車具備自動交費能力或欠費,各個路口的無線系統(tǒng)都將跟蹤這個車的行蹤,并及時將信息反饋到呼個執(zhí)勤站點,通過執(zhí)勤人員強(qiáng)制收費。

各出口固定基站系統(tǒng)首先通過CCD探知有車到來,在達(dá)到無線通信有效范圍之內(nèi)時,啟動無線通信系統(tǒng),接收到該車的入口信息、收費編號、車型及身份識別信息后,與由入口系統(tǒng)通過有線網(wǎng)絡(luò)傳送來的信息進(jìn)行比較,如果一切正常,則開啟門檻,放行通過,通知收費中心收費并發(fā)送收費短信。收費短信內(nèi)容包括日期、車型、人口及時間、出口及時間、距離總長等信息。反之,則必須通過執(zhí)勤人員收費,通過人工操作放行。

2 主要元件選擇及接口電路設(shè)計

2.1 無線數(shù)據(jù)通信電路

無線數(shù)據(jù)通信電路主要擔(dān)負(fù)機(jī)動車輛與固定基站系統(tǒng)進(jìn)行近距離的無線數(shù)據(jù)交換任務(wù)。由核心芯片nRF401及其附屬元件組成。NRF401是雙信道、高性能、低功耗的專用無線通信芯片,工作頻率為433.93/434.33MHz,工作電壓為3.3V,最高通信速率為20kbps,可以直接與單片機(jī)串口相接,進(jìn)行異步通信,實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收,無需對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。數(shù)據(jù)輸入端DIN與單片機(jī)的TXD端相接,數(shù)據(jù)輸出DOUT端與單片機(jī)的RXD端相接。在本電路中,通信速率設(shè)計為19.2kbps。電路原理如圖3所示。

基于TC35I的高速公路智能收費系統(tǒng)的設(shè)計

2.2 GSM通信模塊

GSM通信模塊采用SIENENS的TC35I。TC35I是SIEMENS公司專為GSM通信設(shè)計的專用模塊,具有語音、數(shù)據(jù)、傳真和點對點短信功能,工作于EGSM 900和GSM 1800頻段,重僅10g,在3.5~4.8V范圍內(nèi)均能正常工作,對AT Commands Interface Version 8.5所定義的主要指令都能很好地執(zhí)行,另有擴(kuò)展指令20多條。

TC35I接口由40芯電費組成,其中1~5腳接電池的“+”端,6~10腳接電池的“-”端,11~12腳為直流電源輸入端,可輸入8~20V/500mA的直流電,內(nèi)部有自動充電控制電路。15腳IGT為模塊開機(jī)控制,31腳EMERGOFF為關(guān)機(jī)控制,都是低電平有效,也可以通過命令實現(xiàn)開關(guān)機(jī)。17腳為振鈴輸出,18腳RX為串行數(shù)據(jù)輸出,19腳TX為串行數(shù)據(jù)輸入,32腳為工作狀態(tài)指示燈輸出,24~29腳接SIM卡。與微處理器的接口電路如圖4所示。通信速率為19.2kbps。

基于TC35I的高速公路智能收費系統(tǒng)的設(shè)計

TC35I的全部指令可以從SIEMENS的網(wǎng)站上下載。

2.3 CPU控制電路

車載用戶移動交費系統(tǒng)由低成本的AT89C4051單片機(jī)組成,工作電源3.3V,基站由高速、高性能的77E58-40單片機(jī)完成無線數(shù)據(jù)通信與身份驗證功能,CCD車型識別由另外的獨立處理單元完成。

3 軟件實現(xiàn)

微處理器部分軟件采用C51編寫,全部模塊化結(jié)構(gòu)。車載部分主要完成身份識別和交費功能,并與基站進(jìn)行信息交換,主程序框圖如圖5所示;入口基站主程序框圖如圖6所示;出口基站與入口相似,不再列出。

基于TC35I的高速公路智能收費系統(tǒng)的設(shè)計 基于TC35I的高速公路智能收費系統(tǒng)的設(shè)計

應(yīng)用GSM的高速公路自動收費系統(tǒng)運行成本低、信息加密系統(tǒng)可靠、方便快捷,有著廣泛的應(yīng)用前景和市場。但是構(gòu)成一個完整的收費系統(tǒng),目前還有許多需要完善的地方。

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