专利名称：公路路桥车道收费处理机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于公路路桥计算机自动收费处理系统。
目前国内公路路桥的收费站中，大部分是采用人工收费，由于缺乏可靠的监督机制，这种收费方式在管理上存在严重的缺陷，往往出现交费不给发票、车过不收费、车子不停直接冲关等现象，尤其是交费不给发票产生贪污票款的违法行为，导致资金流失、管理难度大等问题。为解决上述问题，目前已有以视频监控与计算机相结合的技术，实现收费监控，但其主控机一般是采用工控机和计算机系统，这在理论上、在实验室中虽然可行，但实际运行时的可靠性很差，因为公路路桥收费站的办公条件较差，又容易受电源干扰和气候、环境的等多种因素的干扰，例如风霜雨雪、酷暑严冬、噪声、污染、雷击、潮湿等等，都有可能导致整个系统性能不稳定，故障率高，以致于无法保障长时间的正常运行，这种低可靠性不能满足实际运行要求，因为公路路桥收费站要求收费处理机必须具有很高的可靠性，以保证能够每天24小时、每年365天不间断地工作。而通用的工控机和计算机系统的硬件面大，软件程序量大，包括磁盘操作系统软件和应用软件，因此其抗干扰、抗恶劣环境、抗雷击能力差，成本也较高。
本发明的目的在于为公路路桥收费站提供一种可靠性高、抗干扰能力强、结构简单的收费处理机，以加强收费监控管理，防止和杜绝内部贪污票款，提高路桥收费站的规范化、科学化管理水平。
本发明的技术方案如下它包括主控机、票据打印机和电动栏杆，其主控机是由收费机主板、键盘、开关电源和工作状态显示板组成，其中收费机主板分别与键盘、电源和工作状态显示板相联；收费机主板包括单片机、存储器、日历计时电路以及键盘接口电路、状态板驱动电路、打印驱动电路和可控制电动栏杆开闭的电动栏杆驱动电路，单片机与存储器及上述其它各电路相连。
在收费机主板中，日历计时电路和存储器又都与一个掉电保护电路相联，以便在掉电时能保持日期、时间和存储器中的数据不丢失。电源为整个电路提供工作电源，电动栏杆可在主控机的控制下，控制栏杆自动放下或升高。打印驱动电路为打印机提供标准接口，车辆交费后可打印发票。
本发明还包括车道感应器和车道感应线圈，收费机主板包括车道感应器接口电路，该接口电路分别与单片机和车道感应器相联；车道感应线圈设置在车道上的电动栏杆附近，以感应车辆是否通过了栏杆；车道感应器与埋设于车道上的车道感应线圈相联。车辆交费后即可启动电动栏杆升高，车辆通过栏杆后，车道感应线圈产生感应信号，并将信号送收费机主板，由收费机主板控制电动栏杆放下。
本发明还包括金额显示牌，收费机主板包括金额显示驱动电路，该驱动电路分别与收费机主板之单片机、金额显示牌相联，该金额显示牌采用两位“日”字形阵列显示牌。该金额显示牌可显示收费金额供提示交费的车辆司机。
本发明还包括摄像机、监示器和视频数据混合器，收费机主板包括视频数据混合通讯接口，收费机主板通过该接口与视频数据混合器相联；视频数据混合器的输入口分别联接收费机主板和摄像机，视频数据混合器的输出口联接监示器。视频数据混合通讯接口可将收费金额等数据信息与设在车道旁的摄像机所摄图像混合在一起，显示在办公室的监控显示屏上，便于管理人员监控收费场景。
本发明之键盘包括“连续”、“报警”、“下落”、“停止”四个控制健以及用于数据输入的数字0～9、“Y”和“N”键。“连续”键是当有连续不断的车队通过时使用，可人工干预，使栏杆升高并连续放行；“报警”键是当有车不交费而冲关时使用，可启动音响报警器和带动摄像装置摄像。“下落”键和“停止”键是在电动栏杆控制失灵时使用，可人工干预电动栏杆的关闭。数字键和“Y”、“N”键配合可用于输入密码、时间、工号、交费车型等数据。本发明之工作状态显示板包括4译16位地址译码器、锁存电路、译码驱动电路以及可显示车道、工班号、收费员号、日期、时间、收费金额等数据信息的数码管和发光二极管。它主要是供收费员操作时监控。
本发明之收费机主板还包括可通过远距离的通讯适配器与上端管理计算机相连的通讯接口电路，该通讯接口电路与单片机相连。从而使得多套本发明之系统的所有数据，包括收费金额、通过车辆数等，均可通过通讯适配器与远距离的上端管理计算机进行网络数据通讯，供上端管理计算机管理、分析和统计输出汇总报表以及数据备份等。为便于上端计算机识别每套本发明之系统和了解其状态，收费机主板上还设置了一个含本机识别码及状态信息的外部件配制组态电路，该电路与单片机相连接，它由八位拨码开关。上拉电阻和驱动器组成，拨码开关的设置状态通过驱动器挂在总线上。每一收费站点可在该拨码开关上设置其所处的车道号、上行或下行、打印格式、栏杆型号、是否配置打印机等状态信息。
本发明在进行收费工作前，先要对外部件配制组态电路的拨码开关进行设置，主控机通电开机后，进入初始化状态，收费员可设置时间和收费标准。
本发明的工作模式当车辆进入车道时，收费员根据车型在键盘上输入车型(1～5)，车道旁的金额显示牌显示收费金额，同时，设在收费亭内收费台面板上的状态显示板上也显示同样的收费金额；当司机如数交费后，则收费员按下“Y”键，收费机自动计费、数据备份并打印发票，向视频数据混合器送数据，电动栏杆开启放行，车过之后电动栏杆自动关闭。而当特种免费车进入车道，收费员按车型编号0，则收费金额也为0，收费员再按“Y”键，收费机内只计车型，不计费，不打印发票，电动栏杆自动开启，车过后栏杆又自动关闭。多个收费站的收费机主板还可以通过通讯适配器与办公室的上端管理计算机相联，将收费金额、通过车辆数等数据发送至上端管理计算机，供其管理、统计、分析和输出报表。
本发明在主控机之收费机主板中采用大集成电路单片机结构，其软件和硬件结构简单，可靠性极高，抗干扰能力强，能适应各种地方的气候条件、强烈的噪声、雷击等多种恶劣环境，确保收费机的正常工作；操作简单，保密性强；利用本发明可加强收费监控管理，有效地防止和杜绝内部贪污票款，堵塞漏收现象，大幅度提高收费站的车辆通行费收入；树立文明收费的形象，提高路桥收费站的规范化、科学化管理水平。
以下结合附图进一步说明本发明。
图1是本发明的电路结构方框图；图2是本发明的安装设置示意图；图3是收费机主板的结构方框图；图4是收费机主板的实施例的电路原理图之一；图5是收费机主板的实施例的电路原理图之二；图6是状态显示板的实施例的电路原理图；图7是金额显示牌的实施例的电路原理图之一；图8是金额显示牌的实施例的电路原理图之二。
图1和图2反映了本发明技术方案的基本轮廓。在本发明中，设在车道上的车道感应线圈9和电动栏杆7、设在车道旁的金额显示牌6、设在收费亭1内的主控机(包括收费机主板3、状态显示板8、键盘4等部件)和票据打印机5均为分体式操作，且有一定距离，故采用收费机主板，经接口电路长距离联接控制、统一工作的技术方案。其中视频数据混合器、电动栏杆、票据打印机、车道感应器和车道感应线圈均为目前市场上可购到的外购部件，用户可根据需要自行选择。图1中的通讯适配器和上端管理计算机是安置在远距离的办公室内，可联接多套收费处理机。
如图3所示，收费机主板采用抗干扰能力强的单片机微处理器CPU，联接主、附存储器，用于数据存储和备用存储；日历计时电路用于自动计日期和时间掉电保护电路则保护存储器和日历计时电路中的数据在掉电时不丢失；其中的车道感应器接口电路接车道感应器，金额显示驱动电路联接金额显示牌，键盘接口电路联接键盘；栏杆驱动电路联接电动栏杆的执行机构，以驱动栏杆动作；状态板驱动电路联接状态显示板；通讯接口电路可联接远程的通讯适配器和上端计算机，实现与上端机通讯；视频数据混合通讯接口联接视频数据混合器，打印驱动电路可联接票据打印机；外部件配制组态电路是由一个多位开关加驱动电路组成，主要是对本收费站的状态设置(包括车道号、上行或下行、票据使用格式、栏杆型号设置、设置是否配置打印机等)，以便于上端计算机识别和管理。本发明的开关电源联接收费机主板完成供电回路，其它各部件均通过收费机主板供电。通过程序设计，本发明从启动到工作全过程中可设置多个密码，操作人员若非当班收费员则无法控制操作本发明；例如在本发明开机初始化时。日历和时间输入时、按车型设定收费标准时、工班报表打印时、交班时均必须在键盘上输入正确的密码，方可继续操作，因此本发明具有良好的保密性能，提高了数据的安全性。
图3、图4和图5反映了收费机主板的结构。其中，图4中的单片机CPU采用89C52芯片U1为主CPU，而由于需增设通讯口进行视频数据混合通讯，故增设一副CPU芯片U3(见图5)，U3与U1的总线相联，由U3完成收费机主板向视频混合器通讯之功能。车道感应器接口电路由三极管T1和T2、六个电阻R26～R31构成，该电路可接收从车道感应器送出的开关量，并将此开关量转变为对栏杆下落的控制信号。栏杆驱动电路包括MC1413数据驱动芯片U19和三个继电器S1、S2和S3；由U1送出的信号经74LS244总线驱动芯片U21、74LS373数据锁存芯片U20(其锁存信号由74LS138地址译码器U16的Pin15给出)，再经U19送继电器S1、S2和S3带动栏杆动作。打印驱动电路包括总线驱动器74LS244芯片U21和74LS373数据锁存器U28，其锁存信号是由74LS138地址译码器U16给出。三根控制、状态信号线STR、BUSY、INIT从74LS245芯片U29连至打印接口JK5以控制打印，打印数据经U21和U28送JK5输出。金额显示驱动电路包括74LS244芯片U21、74LS373锁存器U40、74LS373锁存器U41，交费金额之8位数据经U21，其中低4位数据经U40送金额显示牌接口JK2，其中高4位数据经U41送接口JK2，其锁存信号由74LS138地址译码器U16分别经74LS04反向驱动器U18、U19给出。通讯接口电路包括75176电平转换器U7、U8和U9，上端计算机向本发明发送的数据(422电平)通过U7转换为TTL电平，再送至U1的串行接收端RXD；本发明向上端机发送的数据(TTL电平)经U8转换为422电平发送出去，其中U7的Pin2。Pin3接地，即被置为接收工作方式；U9可以相互转换485电平与TTL电平，U9为485通讯方式备用。日历计时电路包括Mc146818芯片U15，U15的8位数据线和读、写锁存控制线直接挂在总线上，以实现时间数据的读写；此外，它的第23脚定期输出脉冲提供给所设之看门狗电路的74LS161芯片U4，它的第16脚接至+5V电池电源；在+5V电源掉电时，可由电池供电以保持数据。掉电保护电路包括图4的二极管D5、电池DC、阻容充电电路(R25和C)，在日常工作时，+5V电源通过充电电路可使DC维持在4.7V电平；在电源不足5V时，DC通过U1向两6264存储器U13、U14及日历计时电路之U15供电，以保持各芯片内数据不丢失；在失电情况下，一般可保证时间数据保持48小时以上，存储器内的收费数据可保存时间在16个工班以上，日历时间继续运行2.5天，完全可以满足实际工作需要。7705电压比较器U5在电源电压不足5V时，可禁止对存储器读写数据。
JK1为键盘接口，其Pin1、2、4外接键盘的三根列线，其Pin7、8、9、10外接键盘的四根行线；键盘三根列线通过上拉电阻R6、R7、R8，接至74LS245驱动器U11的数据输入线，U11的数据输出线直接挂在U1的数据总线上，U1可通过U11读人键盘三列线之状态。键盘四行线经四个二极管D1～D4接至74LS373数据锁存器U12的数据输出端，U12的数据输入线直接挂在U1的数据总线上，U1可通过U12而给键盘四行线置各种电平状态。键盘三列线通过74LS20与非门U6B、74LS04非门U25A接至U1，如有键按下，则至少有一列线为低电平，即能向U1发出外部中断请求信号。状态板驱动电路包括74LS244驱动器U22，五根数据线经总线驱动器U21和U22，接至状态显示板接口JK6；其写信号(WR)、锁存信号(ALE)直接挂在总线上；由HD74LS138地址译码器U23为图6之状态显示板的HD74LS154地址译码器U31提供片选信号，由74LS138地址译码器U16经74LS04反向器U18C，为74HC373数据锁存器U17提供锁存信号。
看门狗电路可实现死机后的定时复位，它由74LS161四位二进制计数器U45、非门74LS04芯片U46。74LS20与非门U6构成，MC146818芯片的Pin23定时输出的脉冲信号(JCLK)作为计数脉冲，此脉冲通过U46，再通过U6，输出一个复位信号使U1复位。同时，U1之P3、P4脚由软件定期翻转，使翻转电平信号(DGRST)通过U46A送至74LS161芯片U4，防止其TC脚输出脉冲信号，从而阻止U1的定期复位。
视频混合通讯接口包括作为副CPU的8031芯片U3和75176电平转换器U44，需显示的交费金额等数据由8位数据线经74LS244总线驱动器U11，再经74LS373数据锁存器U42锁存、74LS245数据驱动器U39驱动，送往U3的P1口(8位)，通过U3的串口Pin11(TXD)送往U44，U44可实现422电平与TTL电平的互相转换，经U44转换后以422电平接入通讯接口JK4，以发送至数字图像混合器(VDM)。外部件配制组态电路由8位拨码开关SW1、上拉电阻R4与R48～R55、74LS245驱动器U10组成，SW1的设置状态通过U10挂在总线上，U10的数据输出允许信号由74LS138地址译码器U17给出，U1可读入SW1的设置状态，再由程序实现功能组态。
图6、图7和图8是状态显示板和金额显示牌的一种实施方案。在状态显示板上，设有四个发光二极管D11～D14及电阻R86，用于指示通讯状态，其中的D13和D14显示主机与上端计算机的通讯状态，D11和D12显示视频数据混合通讯状态；其信号由主板通过插头J1的第11、23、10和22脚引入通讯时主板送对应的低电平，使对应的发光二极管闪烁。状态显示板上设有5个发光二极管D6～D10和电阻R9、74HC373锁存器U26以实现车型显示，其信号由主板通过P0、P1、P2、P3、P4及片选信号STY组成；状态显示板上设有16个数码管显示车道、工班、收费员号、收费金额及日期、时间，由图6中的HD74LS373锁存器U30、HD74LS154型16选一译码器U31和U58、U59、U60产生对16个数码管16选1的锁存脉冲；74LS247七段译码器U32、R15、上拉电阻R65～R71产生驱动七段字形；这样从主板送来的P0～P3地址经锁存进U30产生16选1的选通信号之后，总线上送来P1～P4数据到U32产生七段字形，从而被选中的数码管显示相应的字符。本发明之金额显示牌为两位“日”字形阵列显示牌，立于车道旁，显示的交费金额数据由收费机主板经接口JK2送出；由主板经P1、P2、P3、P4(低4位对应金额之个位)送来的BCD码经U64(74LS247)译成字形七段码，经排电阻RA1、U65(2003)上拉驱动，再经排电阻RA2、U66(2003)，上拉驱动由发光二极管L7～L132及电阻R97～R159组成的“日”字形阵列，显示个位金额；金额之十位的显示原理相同，金额数据信号由主板经P5、P6、P7、P8送入，再驱动另一个“日”字形阵列显示数字。
权利要求
1.一种公路路桥车道收费处理机，包括主控机、票据打印机和电动栏杆，其特征在于主控机是由收费机主板、键盘、开关电源和工作状态显示板组成，其中收费机主板分别与键盘、电源和工作状态显示板相联；收费机主板包括单片机、存储器、日历计时电路以及键盘接口电路、状态板驱动电路、打印驱动电路和可控制电动栏杆开闭的电动栏杆驱动电路，单片机与存储器及上述其它各电路相连。
2.根据权利要求1所述的公路路桥车道收费处理机，其特征在于在其中所述的收费机主板中，日历计时电路和存储器又都与一个掉电保护电路相联。
3.根据权利要求1所述的公路路桥车道收费处理机，其特征在于还包括车道感应器和车道感应线圈，收费机主板包括车道感应器接口电路，该接口电路分别与单片机和车道感应器相联，车道感应器与埋设于车道上的车道感应线圈相联。
4.根据权利要求1所述的公路路桥车道收费处理机，其特征在于还包括金额显示牌，收费机主板包括金额显示驱动电路，该驱动电路分别与收费机主板之单片机、金额显示牌相联，该金额显示牌采用两位“日”字形阵列显示牌。
5.根据权利要求1所述的公路路桥车道收费处理机，其特征在于还包括摄像机、监示器和视频数据混合器，收费机主板包括视频数据混合通讯接口，收费机主板通过该接口与视频数据混合器相联；视频数据混合器的输入口分别联接收费机主板和摄像机，视频数据混合器的输出口联接监示器。
6.根据权利要求1所述的公路路桥车道收费处理机，其特征在于所述键盘包括“连续”、“报警”、“下落”、“停止”四个控制键以及用于数据输入的数字0～9、“Y”和“N”健。
7.根据权利要求1所述的公路路桥车道收费处理机，其特征在于工作状态显示板包括4译16位地址译码器、锁存电路、译码驱动电路以及可显示车道、工班号、收费员号、日期、时间、收费金额等数据信息的数码管和发光二极管。
8.根据权利要求1所述的公路路桥车道收费处理机，其特征在于收费机主板还包括可通过远距离的通讯适配器与上端管理计算机相连的通讯接口电路，该通讯接口电路与单片机相连。
9.根据权利要求1所述的公路路桥车道收费处理机，其特征在于收费机主板还包括一个含本机识别码及状态信息的外部件配制组态电路，该电路与单片机相连接，它由八位拨码开关、上拉电阻和驱动器组成，拨码开关的设置状态通过驱动器挂在总线上。
全文摘要
一种公路路桥车道收费处理机,包括主控机、票据打印机和电动栏杆,主控机由收费机主板、键盘、开关电源和工作状态显示板组成,收费机主板分别与键盘、电源和工作状态显示板相联;收费机主板包括单片机、存储器、日历计时电路以及键盘接口电路、状态板驱动电路、打印驱动电路和电动栏杆驱动电路,单片机与存储器及上述其它各电路相连。本发明可靠性高,抗干扰力强,结构简单,可加强收费监控管理,防止票款贪污,提高收费站管理水平。
文档编号G07B15/06GK1285572SQ99115528
公开日2001年2月28日 申请日期1999年8月19日 优先权日1999年8月19日
发明者缪合, 杨进吉, 贺平, 缪震, 龚伟 申请人:湖南省华泰科技发展公司