1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)主要由兩大部分構(gòu)成：一是車(chē)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。

1.1 車(chē)載系統(tǒng)

車(chē)載系統(tǒng)由一個(gè)具有收發(fā)短信功能的GSM網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用模塊MC35I,、一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)和一個(gè)基于藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線數(shù)據(jù)通信電路組成,。微處理器通過(guò)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(guó)際移動(dòng)識(shí)別碼和手機(jī)號(hào)碼,，并自動(dòng)填入身份識(shí)別信息中,。無(wú)線數(shù)據(jù)通信信電路通信距離大于100米，在車(chē)輛以40km/h的速度通過(guò)公路出入口時(shí),，保障在1～3秒內(nèi)完身份驗(yàn)證和收費(fèi)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(wú)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(duì)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(fèi)編號(hào)存儲(chǔ)于內(nèi)部的EEPROM內(nèi),，并發(fā)出加密的身份識(shí)別信息；若為出口,，則將入口相關(guān)信息及身份識(shí)別信息一起發(fā)送給出口基站,，出口基站對(duì)收到的信息一一驗(yàn)證，并返回驗(yàn)證結(jié)果及收費(fèi)信息,。最后通過(guò)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(fèi)中心的收費(fèi)短信,。系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)交換后，無(wú)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(chē)輛的無(wú)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(guò)CCD對(duì)即將進(jìn)入高速公路的車(chē)輛的車(chē)型進(jìn)行驗(yàn)證,，確定收費(fèi)價(jià)位,；然后通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)出指令，驗(yàn)證車(chē)輛是否具備自動(dòng)交費(fèi)系統(tǒng),。在接收到機(jī)動(dòng)車(chē)內(nèi)系統(tǒng)的應(yīng)答并確定該車(chē)具備自動(dòng)交費(fèi)功能之后,，將車(chē)輛特征信息、“身份”驗(yàn)證信息及該車(chē)的自動(dòng)收費(fèi)編號(hào)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器及固定電路網(wǎng)通知各個(gè)出站口的收費(fèi)系統(tǒng),；同時(shí)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信傳送到車(chē)載系統(tǒng),，以供出站時(shí)驗(yàn)證。在車(chē)輛放行后,，通過(guò)電話網(wǎng)驗(yàn)證該車(chē)是否具備交費(fèi)能力,。如果某個(gè)車(chē)具備自動(dòng)交費(fèi)能力或欠費(fèi)，各個(gè)路口的無(wú)線系統(tǒng)都將跟蹤這個(gè)車(chē)的行蹤,，并及時(shí)將信息反饋到呼個(gè)執(zhí)勤站點(diǎn),，通過(guò)執(zhí)勤人員強(qiáng)制收費(fèi)。

各出口固定基站系統(tǒng)首先通過(guò)CCD探知有車(chē)到來(lái),，在達(dá)到無(wú)線通信有效范圍之內(nèi)時(shí),，啟動(dòng)無(wú)線通信系統(tǒng)，接收到該車(chē)的入口信息,、收費(fèi)編號(hào),、車(chē)型及身份識(shí)別信息后，與由入口系統(tǒng)通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)傳送來(lái)的信息進(jìn)行比較,，如果一切正常,，則開(kāi)啟門(mén)檻，放行通過(guò),，通知收費(fèi)中心收費(fèi)并發(fā)送收費(fèi)短信,。收費(fèi)短信內(nèi)容包括日期、車(chē)型,、人口及時(shí)間,、出口及時(shí)間、距離總長(zhǎng)等信息,。反之,，則必須通過(guò)執(zhí)勤人員收費(fèi)，通過(guò)人工操作放行。

2 主要元件選擇及接口電路設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線數(shù)據(jù)通信電路

無(wú)線數(shù)據(jù)通信電路主要擔(dān)負(fù)機(jī)動(dòng)車(chē)輛與固定基站系統(tǒng)進(jìn)行近距離的無(wú)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(zhuān)用無(wú)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，無(wú)需對(duì)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(jì)為19.2kbps,。電路原理如圖3所示。

2.2 GSM通信模塊

GSM通信模塊采用SIENENS的TC35I,。TC35I是SIEMENS公司專(zhuān)為GSM通信設(shè)計(jì)的專(zhuān)用模塊,，具有語(yǔ)音、數(shù)據(jù),、傳真和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(duì)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(fèi)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(dòng)充電控制電路,。15腳IGT為模塊開(kāi)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(guò)命令實(shí)現(xiàn)開(kāi)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,。

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(chē)載用戶(hù)移動(dòng)交費(fèi)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(wú)線數(shù)據(jù)通信與身份驗(yàn)證功能,，CCD車(chē)型識(shí)別由另外的獨(dú)立處理單元完成,。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

微處理器部分軟件采用C51編寫(xiě)，全部模塊化結(jié)構(gòu),。車(chē)載部分主要完成身份識(shí)別和交費(fèi)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,。

應(yīng)用GSM的高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)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(chǎng),。但是構(gòu)成一個(gè)完整的收費(fèi)系統(tǒng)，目前還有許多需要完善的地方,。