一種公路收費運維系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種公路收費運維系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分別連接存儲單元、通信單元、收費設(shè)備和運維設(shè)備，收費設(shè)備和運維設(shè)備上同時安裝傳感單元用于數(shù)據(jù)的采集和傳輸；傳感單元包括依次連接的傳感器模塊、傳感器節(jié)點、zigbee模塊和協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點與控制系統(tǒng)相連；傳感器模塊包括電流傳感器、溫度傳感器和振動傳感器。本發(fā)明通過傳感單元和通信單元將收費管理系統(tǒng)的所有設(shè)備之間實現(xiàn)信息互連，有效提升了收費站點的工作效率和公路收費系統(tǒng)的信息化管理水平。
【專利說明】
一種公路收費運維系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種公路收費領(lǐng)域，具體是一種公路收費運維系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前高速公路的收費管理普遍采用半自動收費方式，即在高速公路的入口設(shè)置自動取卡裝置，而在高速公路的出口建設(shè)收費站及收費亭，采用人工收費方式。收費站的設(shè)計與施工特點是需要在狹小的空間內(nèi)放置收費亭和車道，同時安裝自動欄桿機(jī)、視頻監(jiān)控、地磁感應(yīng)車檢器、車道控制機(jī)、報警系統(tǒng)等各類設(shè)備?，F(xiàn)有的公路收費系統(tǒng)結(jié)構(gòu)松散，各設(shè)備之間彼此孤立，各個收費站的運維信息無法及時有效的傳遞給總管理平臺，不利于實時在線管理。同時，現(xiàn)有收費系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需人工控制，收費人員工作強(qiáng)度大，工作效率低下，且易造成車輛擁堵，進(jìn)而對公路交通運行產(chǎn)生不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種公路收費運維系統(tǒng)，基于信息物理系統(tǒng)技術(shù)將所有設(shè)備緊密聯(lián)系在一起，形成一個自動化管理控制平臺。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種公路收費運維系統(tǒng)，包括收費站點管理系統(tǒng)，收費站點管理系統(tǒng)用于本地站點運維管理、數(shù)據(jù)存儲以及向遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)送;收費站點管理系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分別連接存儲單元、通信單元、收費設(shè)備和運維設(shè)備，收費設(shè)備和運維設(shè)備上同時安裝傳感單元用于數(shù)據(jù)的采集和傳輸;所述傳感單元包括依次連接的傳感器模塊、傳感器節(jié)點、zigbee模塊和協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點與控制系統(tǒng)相連;傳感器模塊包括電流傳感器、溫度傳感器和振動傳感器，電流傳感器用于檢測收費設(shè)備和運維設(shè)備主電路的電流，溫度傳感器用于檢測收費設(shè)備和運維設(shè)備電機(jī)溫度，振動傳感器用于監(jiān)測收費設(shè)備和運維設(shè)備的機(jī)械振動。
[0005]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步設(shè)置:
所述運維系統(tǒng)還包括與收費站點管理系統(tǒng)無線連接的遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)用于時時監(jiān)控各收費站點管理系統(tǒng)的運行狀態(tài)和操作指令的下發(fā);所述控制系統(tǒng)還連接有實時數(shù)據(jù)采集組件和報警模塊，實時數(shù)據(jù)采集組件分別與收費設(shè)備和運維設(shè)備相連。
[0006]所述收費設(shè)備包括欄桿機(jī)、車牌識別設(shè)備、車道控制機(jī)、收卡裝置、發(fā)卡裝置、地磁車檢器、報警燈和顯示屏。
[0007]所述運維設(shè)備包括照明系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)和設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)。
[0008]所述zigbee模塊包括CC2530芯片，CC2530芯片還連接有CC2591功放芯片。
[0009]所述傳感器模塊中的溫度傳感器使用一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，振動傳感器使用數(shù)字振動傳感器ADIS16220，電流傳感器使用C2-500型霍爾電流傳感器。
[0010]所述傳感器節(jié)點中的電源采用12V鋰電池供電，采用LM7805芯片將12V轉(zhuǎn)換為5V，再通過LMl 17芯片將5V轉(zhuǎn)換為3.3V。
[0011 ]所述協(xié)調(diào)器節(jié)點包括分別與CC2530芯片連接的電源模塊、串口模塊、JTAG接口調(diào)試模塊、LED顯示模塊和按鍵控制模塊;天線接口模塊與CC2591功放芯片相連。
[0012]所述串口模塊使用RS-232接口或RS-485接口與控制系統(tǒng)相連，且串口模塊采用MAX3232CSE芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
[0013]所述JTAG接口調(diào)試模塊使用Header 5X2排針，一端通過IDC口與CC2530的IDC口連接，另一端通過USB 口與控制系統(tǒng)相連。
[0014]本發(fā)明通過傳感單元和通信單元將收費管理系統(tǒng)的所有設(shè)備之間實現(xiàn)信息互連，可實時遠(yuǎn)程監(jiān)視各收費站點設(shè)備的運行狀態(tài)、工作負(fù)荷，以便制定相應(yīng)的設(shè)備維護(hù)和人員管理計劃；同時，各收費站點的收費設(shè)備和運維設(shè)備由站點的控制系統(tǒng)自動控制，可以實時掌握站點設(shè)備的運行情況并及時報警提醒;本發(fā)明有效提升了收費站點的工作效率和公路收費系統(tǒng)的信息化管理水平。
[0015]以下通過附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0016]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明收費站點管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為圖1中傳感單元與收費設(shè)備中的欄桿機(jī)連接原理框圖；
圖3為圖2中協(xié)調(diào)器節(jié)點的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0017]【具體實施方式】:
結(jié)合圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的一種公路收費運維系統(tǒng)，包括收費站點管理系統(tǒng)和遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)，收費站點管理系統(tǒng)用于本地站點的運維管理、數(shù)據(jù)存儲以及向遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)送，遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)用于時時監(jiān)控各收費站點管理系統(tǒng)的運行狀態(tài)和操作指令的下發(fā);收費站點管理系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)I，控制系統(tǒng)I分別連接存儲單元3、通信單元2、收費設(shè)備6、運維設(shè)備7、實時數(shù)據(jù)采集組件5和報警模塊4，實時數(shù)據(jù)采集組件5分別與收費設(shè)備6和運維設(shè)備7相連，用于獲取相關(guān)設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集，收費設(shè)備6和運維設(shè)備7上同時安裝傳感單元8用于數(shù)據(jù)的采集和傳輸。
[0018]其中，收費設(shè)備6由傳統(tǒng)的車道收費設(shè)備構(gòu)成，包括欄桿機(jī)、車牌識別設(shè)備、車道控制機(jī)、人工半自動收卡裝置、無人值守式發(fā)卡裝置、地磁車檢器、報警燈和顯示屏;運維設(shè)備7包括照明系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)和設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)。照明系統(tǒng)包括用于收費亭內(nèi)照明的吸頂燈和應(yīng)急照明；門禁系統(tǒng)用于收費人員進(jìn)出收費亭的管理，可以采用刷卡設(shè)備或指紋識別設(shè)備;環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)收費亭內(nèi)的空氣環(huán)境，包括一體式轎廂空調(diào)和新風(fēng)系統(tǒng);設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)用于設(shè)備的維護(hù)和安裝。
[00?9]如圖2所示，傳感單元8包括依次連接的傳感器模塊、傳感器節(jié)點82、z igbee模塊83和協(xié)調(diào)器節(jié)點84，協(xié)調(diào)器節(jié)點84與控制系統(tǒng)I相連。傳感器模塊用于監(jiān)測收費設(shè)備6和運維設(shè)備7中相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集以及對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，本發(fā)明運維系統(tǒng)中主要通過傳感器模塊采集運行設(shè)備的溫度、振動和主電路的電流三個物理量，以此來監(jiān)視設(shè)備的運行狀況。因此傳感器模塊中的傳感器主要選擇溫度傳感器812、振動傳感器813和電流傳感器811來實現(xiàn)，為了進(jìn)一步說明所選擇傳感器的作用，圖2中以三種傳感器與收費設(shè)備6中的欄桿機(jī)的連接結(jié)構(gòu)為例來說明，其中電流傳感器811對欄桿機(jī)的電動機(jī)611溫度進(jìn)行采樣，其采用美國DALLA公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它可以將采集到的模擬信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號送給傳感器節(jié)點82中的微控制器，只需要一條數(shù)據(jù)線就可以對DS18B20進(jìn)行讀出或?qū)懭胄畔?。DS18B20具有體積超小、硬件成本地、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、附加功能強(qiáng)等優(yōu)點，可以很好的滿足本發(fā)明的要求。而振動傳感器813用于對欄桿機(jī)的齒輪箱612采集振動信息，振動傳感器813采用美國亞德諾公司生產(chǎn)的數(shù)字振動傳感器ADIS16220，ADIS16220集合了先進(jìn)的iMEMS檢測技術(shù)與信號處理、數(shù)據(jù)捕獲、便捷的SPI(串行外設(shè)接口)端口，其可以利用SPI和數(shù)據(jù)緩沖結(jié)構(gòu)來訪問寬帶傳感器上的數(shù)據(jù)，因此它是一款很智能化的傳感器。另外，其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)置時鐘驅(qū)動，22kHz的傳感器諧振和100.2kSPS采樣速率可以針對大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的振動信號監(jiān)測提供充分響應(yīng)。機(jī)電設(shè)備的動力來源是電動機(jī)，因此采用電流傳感器811來采集欄桿機(jī)電動機(jī)611主電路的電流，電流傳感器811選用南京正角的C2-500型霍爾電流傳感器。
[0020]因收費設(shè)備6和運維設(shè)備7中所含的設(shè)備種類繁多，收費現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，每套設(shè)備需要監(jiān)測的參數(shù)不一，因此傳感單元8中采用zigbee模塊83來建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接，以滿足現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測要求。zigbee模塊83—方面接收傳感器節(jié)點82發(fā)送的設(shè)備運行參數(shù)，通過協(xié)調(diào)器節(jié)點84發(fā)送給控制系統(tǒng)I;另一方面也可以通過協(xié)調(diào)器節(jié)點84接收控制系統(tǒng)I的命令信息，通過zigbee模塊83發(fā)送給各個傳感器節(jié)點82，使傳感器根據(jù)命令作相應(yīng)動作。其中，zigbee模塊83的核心芯片采用TI公司的CC2530芯片，其中CC2530結(jié)合了 RF收發(fā)器、8051微處理器、8KB的RAM ,32/64/128/256 KB內(nèi)存，其內(nèi)部也已經(jīng)集成了大量必要電路(實時時鐘、看門狗、ADC、USART等)，因此只需要增加少量的外圍電路就可以滿足系統(tǒng)的無線通信需求。因需要監(jiān)測的設(shè)備分布較廣、數(shù)量較多，而CC2530芯片本身的通訊距離有限，因此需要增加與之連接的功放芯片，來進(jìn)一步增加節(jié)點的通信距離，這樣不僅可以減少CC2530無線網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)及中間節(jié)點的數(shù)量而且可以增加無線網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性。TI公司的CC2591功放芯片可以很好地滿足節(jié)點無線模塊低功耗、微型化的應(yīng)用要求。CC2591模塊集成了可將輸出功率提高+22dBm的功率放大器以及可將接收機(jī)靈敏度提高+6dB的低噪聲放大器，從而顯著擴(kuò)大了無線系統(tǒng)信號的覆蓋范圍。
[0021]傳感器節(jié)點82中的電源模塊主要給CC2530芯片以及前端的傳感器模塊供電，由于數(shù)據(jù)采集模塊為無線傳輸，傳感器節(jié)點82所安置的地點一般不宜經(jīng)常更換電池，因此要盡可能采用低功耗的設(shè)計方案，延長電池的使用時間。該系統(tǒng)中的CC2530芯片、振動傳感器ADIS16220和溫度傳感器DS18B20都可以采用3.3V供電，而霍爾電流傳感器的工作電壓為12V，因此我們采用12V鋰電池供電，并采用LM7805芯片將12V轉(zhuǎn)換為5V，再通過LMl 17電壓調(diào)節(jié)芯片將5V轉(zhuǎn)為3.3V。
[0022]上述方案中的協(xié)調(diào)器節(jié)點84結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括分別與CC2530芯片831連接的電源模塊841、串口模塊845、JTAG接口調(diào)試模塊842、LED顯示模塊844、按鍵控制模塊843，天線接口模塊846與CC2591功放芯片832相連。其中串口模塊845采用RS-232接口或者RS-485接口與控制系統(tǒng)I相連;JTAG接口調(diào)試模塊842的功能是可以通過仿真器與控制系統(tǒng)I相連來對CC2530芯片831進(jìn)行程序的燒寫及調(diào)試;LED顯示模塊844則是用指示燈的方式來顯示通訊啟停狀態(tài);按鍵控制模塊843的功能是實現(xiàn)與傳感器節(jié)點82的通訊及復(fù)位。
[0023]上述協(xié)調(diào)器節(jié)點84中的電源模塊841與傳感器節(jié)點82的電源相同，也是采用LM7805芯片將12V轉(zhuǎn)換為5V，再通過LM117電壓調(diào)節(jié)芯片將5V轉(zhuǎn)為3.3V。
[0024]串口模塊845可以實現(xiàn)協(xié)調(diào)器節(jié)點84與控制系統(tǒng)I之間的通信，可以將由微處理器發(fā)出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)流并且發(fā)送出去，同時還可以將接收到的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)并反饋給微處理器?？紤]到串行接口比較耗電，因此只有在協(xié)調(diào)器節(jié)點84中才采用串口電路，這樣可以最大降低傳感器節(jié)點82的功耗，使其具有更長的連續(xù)工作時間。由于CC2530芯片831所使用的TTL電平是以電平的高低來表示邏輯狀態(tài)，而串行通信中使用的RS-232通信是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，所以二者的電平表達(dá)方式不同，需要外接接口電路進(jìn)行電平匹配。因此，在協(xié)調(diào)器節(jié)點84的串口模塊845的設(shè)計中，采用MAX3232CSE芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
[0025]JTAG技術(shù)是一種嵌入式的調(diào)試技術(shù)，專門用于芯片內(nèi)部測試以及進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試。CC2530芯片831提供了可以進(jìn)行在線調(diào)試和燒錄程序的兩線接口 <JTAG接口調(diào)試模塊842使用Header 5X2排針，一端通過IDC口與CC2530芯片831的IDC口連接，另一端通過USB口與控制系統(tǒng)I相連。JTAG接口調(diào)試模塊842允許對片上閃存進(jìn)行編程、訪問存儲器內(nèi)容，以及在線對程序進(jìn)行調(diào)試等，程序在IAR Eff中編譯好后，通過JTAG接口調(diào)試模塊842可以將程序燒錄到CC2530芯片831中。
[0026]本發(fā)明通過各收費站點的控制系統(tǒng)I自動完成對各設(shè)備的控制，如欄桿機(jī)的起落、車牌識別系統(tǒng)的運行、開啟照明系統(tǒng)和環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，通過傳感單元8對各設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)生故障時通過報警模塊4予以提醒，以便及時采取措施進(jìn)行維護(hù)管理;通過實時數(shù)據(jù)采集組件5采集諸如門禁系統(tǒng)的進(jìn)出信息，方便實時了解收費站點工作人員的出勤情況，為考核提供依據(jù);采集發(fā)卡機(jī)和收卡機(jī)卡夾內(nèi)卡片的數(shù)量信息，數(shù)量不足時通過報警模塊4予以提醒，便于收費站點工作人員和遠(yuǎn)端總公司調(diào)度人員及時補(bǔ)充調(diào)配，保證車輛的順暢通行。以上采集數(shù)據(jù)均保存于各收費站點管理系統(tǒng)的存儲單元3內(nèi)，并由各收費站點管理系統(tǒng)無線發(fā)送給遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)，形成各收費站點與總公司的信息連通，有助于提升信息化管理工作。
[0027]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
【主權(quán)項】
1.一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:包括收費站點管理系統(tǒng)，收費站點管理系統(tǒng)用于本地站點運維管理、數(shù)據(jù)存儲以及向遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)送;收費站點管理系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分別連接存儲單元、通信單元、收費設(shè)備和運維設(shè)備，收費設(shè)備和運維設(shè)備上同時安裝傳感單元用于數(shù)據(jù)的采集和傳輸;所述傳感單元包括依次連接的傳感器模塊、傳感器節(jié)點、Zigbee模塊和協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點與控制系統(tǒng)相連;傳感器模塊包括電流傳感器、溫度傳感器和振動傳感器，電流傳感器用于檢測收費設(shè)備和運維設(shè)備主電路的電流，溫度傳感器用于檢測收費設(shè)備和運維設(shè)備電機(jī)溫度，振動傳感器用于監(jiān)測收費設(shè)備和運維設(shè)備的機(jī)械振動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:所述運維系統(tǒng)還包括與收費站點管理系統(tǒng)無線連接的遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)端總公司管理系統(tǒng)用于時時監(jiān)控各收費站點管理系統(tǒng)的運行狀態(tài)和操作指令的下發(fā);所述控制系統(tǒng)還連接有實時數(shù)據(jù)采集組件和報警模塊，實時數(shù)據(jù)采集組件分別與收費設(shè)備和運維設(shè)備相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:所述收費設(shè)備包括欄桿機(jī)、車牌識別設(shè)備、車道控制機(jī)、收卡裝置、發(fā)卡裝置、地磁車檢器、報警燈和顯示屏。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:所述運維設(shè)備包括照明系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)和設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:所述zigbee模塊包括CC2530芯片，CC2530芯片還連接有CC2591功放芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器模塊中的溫度傳感器使用一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，振動傳感器使用數(shù)字振動傳感器ADIS16220，電流傳感器使用C2-500型霍爾電流傳感器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器節(jié)點包括電源，電源采用12V鋰電池供電，采用LM7805芯片將12V轉(zhuǎn)換為5V，再通過LM117芯片將5V轉(zhuǎn)換為3.3V。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:所述協(xié)調(diào)器節(jié)點包括分別與CC2530芯片連接的電源模塊、串口模塊、JTAG接口調(diào)試模塊、LED顯示模塊和按鍵控制模塊;天線接口模塊與CC2591功放芯片相連。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:所述串口模塊使用RS-232接口或RS-485接口與控制系統(tǒng)相連，且串口模塊采用MAX3232CSE芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種公路收費運維系統(tǒng)，其特征在于:所述JTAG接口調(diào)試模塊使用Header 5X2排針，一端通過IDC口與CC2530的IDC口連接，另一端通過USB口與控制系統(tǒng)相連。
【文檔編號】G07B15/06GK105976441SQ201610303699
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】鄭于海, 戴新榮, 張靖, 田旭, 亓凌, 陶杰, 趙悅, 何俊
【申請人】浙江省機(jī)電設(shè)計研究院有限公司, 溫州大橋管理處