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(fèi)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(fèi)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(fèi)模式,。對管理者而言,，浪費(fèi)了人力、物力,，增加經(jīng)營成本,；對消費(fèi)者而言，浪費(fèi)了寶貴的時間,，阻礙了高速公路的高效率通行,。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(yùn)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(fèi)站、免停車驗證的智能收費(fèi)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)" title="車載系統(tǒng)">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,。

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TC35I、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" title="通信電路">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" title="身份識別">身份識別信息中,。無線數(shù)據(jù)通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)完成身份驗證和收費(fèi)通信,。
　　單片機(jī)控制系統(tǒng)在上電并完成初始化后即進(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(fèi)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(fèi)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(fèi)中心的收費(fèi)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(fèi)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(fèi)系統(tǒng),。在接到機(jī)動車內(nèi)系統(tǒng)的應(yīng)答并確定該車具備自動交費(fèi)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(fèi)編號通過調(diào)制解調(diào)器及固定電話網(wǎng)通知各個出站口的收費(fèi)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(fèi)能力,。如果某個車不具備自動交費(fèi)能力或欠費(fèi),，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各個執(zhí)勤站點(diǎn),，通過執(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(fèi)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(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,、車型、入口及時間,、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(fèi),，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,。

2.2 GSM通信模塊
　　GSM通信模塊采用SIEMENS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(diǎn)對點(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芯電纜組成，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,。

　　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(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)完成無線數(shù)據(jù)通信與身份驗證功能，CCD車型識別由另外的獨(dú)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(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,。

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