經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國民生活水平的顯著提高，我國城市汽車保有量與日俱增，停車位的供不應(yīng)求造成了"停車難"的問題。解決這個(gè)問題，除了大力新建停車場以增加停車位的數(shù)目外，就是使用智能化的停車收費(fèi)管理系統(tǒng)以提高停車位的使用率和停車場的周轉(zhuǎn)率。而大力新建停車場花費(fèi)大、耗時(shí)長，因此，建立智能化停車收費(fèi)管理系統(tǒng)顯得尤為重要和緊迫。
現(xiàn)有的停車收費(fèi)系統(tǒng)一般采用人工收費(fèi)和刷卡收費(fèi)。其中，人工收費(fèi)除了需耗費(fèi)大量人力資源外，還容易出現(xiàn)多收、少收和漏收的情況，效率低下。而刷卡收費(fèi)是使用指定地點(diǎn)辦理的IC 卡刷卡進(jìn)行停車消費(fèi)，但既有的通過刷IC 卡進(jìn)行收費(fèi)的停車場互不兼容，每使用一個(gè)系統(tǒng)就要求用戶帶一張卡，給用戶帶來了極大的不便.用戶不能得到實(shí)時(shí)消費(fèi)信息，且消費(fèi)明細(xì)難以查詢。
為了彌補(bǔ)以上收費(fèi)方式的不足，本文提出了一種基于NFC+3G 技術(shù)的停車收費(fèi)系統(tǒng)。它將NFC 技術(shù)集成在人們出門必帶的移動(dòng)設(shè)備上，減少了用戶的帶卡量，給用戶帶來了方便。在付費(fèi)時(shí)，該系統(tǒng)只需車主刷兩下移動(dòng)設(shè)備即可。它不但具有刷卡收費(fèi)優(yōu)點(diǎn)，且消費(fèi)后會(huì)得到實(shí)時(shí)賬單。此外，用戶也可通過3G 網(wǎng)絡(luò)獲取和查詢相應(yīng)的消費(fèi)信息。同時(shí)，在出入口設(shè)置攝像機(jī)獲取車牌信息，將車牌號(hào)與移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼捆綁在一起作為停車數(shù)據(jù)，大大減少偷換車現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證了車輛的安全口。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的構(gòu)成圖如圖1 所示，由圖1 可知，停車場收費(fèi)系統(tǒng)主要由LPC2418 、上位機(jī)、紅外檢測單元、計(jì)時(shí)收費(fèi)單元、3G 通信單元以及輔助單元組成。各個(gè)單元互相配合以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)出停車場以及計(jì)時(shí)收費(fèi)的管理。
1. 1 硬件部分
(1) 主控單元。 LPC2148 是32/16 位ARM7TDMIsCPU 的微控制器，采用其作為系統(tǒng)的主控制芯片，可負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊間的有序工作。如:控制紅外檢測模塊對(duì)車輛信息進(jìn)行采集及處理，控制讀寫器接收發(fā)送停車數(shù)據(jù)等。由于LPC2148 比單片機(jī)的速度更快、接口更多，系統(tǒng)可根據(jù)日后需要，利用預(yù)留接口擴(kuò)展相應(yīng)的功能。
(2) 計(jì)時(shí)收費(fèi)單元。該單元由NFC 移動(dòng)設(shè)備和IC 卡讀寫器組成，主要運(yùn)用NFC 技術(shù)進(jìn)行信息交換。NFC(Near Field Communication) 融合了非接觸式識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠快速自動(dòng)地建立短距離無線網(wǎng)絡(luò)，為移動(dòng)設(shè)備提供輕松、安全、迅速而自動(dòng)的通信口。
本單元通過刷NFC 移動(dòng)設(shè)備觸發(fā)LPC2148 記錄進(jìn)入停車場的時(shí)間，并在第二次刷移動(dòng)設(shè)備即出停車場時(shí)扣除相應(yīng)的停車費(fèi)用。付費(fèi)成功后，移動(dòng)運(yùn)營商會(huì)通過3G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送此次消費(fèi)清單至NFC 移動(dòng)設(shè)備上。此外，用戶也可以通過移動(dòng)設(shè)備的3G 網(wǎng)絡(luò)或者Internet 登陸相應(yīng)網(wǎng)站查詢其消費(fèi)明細(xì)信息。
由于人口處的讀卡器采用紅外檢測激活，可能存在人為多次在人口刷移動(dòng)設(shè)備逃避付費(fèi)。為避免這種情況的發(fā)生，本系統(tǒng)出口處的讀寫器采用地下線圈激活，只有駕車才能使讀寫器處于工作狀態(tài)，故不存在停好車后不取車直接在出口刷一次移動(dòng)設(shè)備，或取車時(shí)，再在人、出口各刷一次移動(dòng)設(shè)備以減少停車時(shí)長的情況。因此，可將NFC 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式作如下編制。
出入場標(biāo)志可用O 和1 表示，其中， 0 代表入場， 1 代表出場。各數(shù)據(jù)之間用逗號(hào)隔開以便于系統(tǒng)加密、解密及識(shí)別數(shù)據(jù)。只有當(dāng)一條數(shù)據(jù)的出入場標(biāo)志是O 和一條數(shù)據(jù)的出入場標(biāo)志為1 時(shí)，才算完整的付費(fèi)信息。若兩條數(shù)據(jù)的出入場標(biāo)志均為0 ，則取較先的那條數(shù)據(jù)。這樣有效防止了人為多次在人口刷移動(dòng)設(shè)備以減少停車費(fèi)用的情況。此外，數(shù)據(jù)中將移動(dòng)設(shè)備號(hào)和車牌號(hào)同時(shí)傳輸，也可防止開低級(jí)車入場，換高級(jí)車出場的偷車情況。此單元與LPC2148 傳輸數(shù)據(jù)的部分程序如下:
(3) 紅外檢測單元。紅外檢測單元由紅外發(fā)射器和紅外探測器組成，主要完成入口處車輛到來的檢測和車輛車型分類的功能。這里，利用一組水平的探測器陣列和一組垂直的探測器陣列來獲取車輛輪廓的特征參數(shù)。當(dāng)車輛進(jìn)入檢測區(qū)域，某點(diǎn)紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外信號(hào)被擋住，紅外探測器因此檢測不到應(yīng)該接收到的信號(hào)，這樣便能確認(rèn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間有物體。運(yùn)用這個(gè)原理，垂直探測器陣列各點(diǎn)從上到下進(jìn)行檢測，水平探測器陣列從外向內(nèi)檢測，得到車輛各個(gè)位置的高度Hl ,H2 ， H3' … ， HN' 取其中的最大高度Hmax 作為車輛的高度H。當(dāng)車輛完全進(jìn)入檢測區(qū)域，通過兩個(gè)相隔最遠(yuǎn)且檢測不到信號(hào)的水平檢測點(diǎn)的距離確定車長L。此外，還在車輪高度的位置上設(shè)置了用于測量車輛輪軸的紅外探測器，分別用來檢測車輪數(shù)X 和輪軸數(shù)Y[5J 最后將檢測到的車高H 、車長L 、車輪數(shù)X 和輪軸數(shù)Y 等數(shù)據(jù)發(fā)送給LPC2148 ，并按表1 的數(shù)據(jù)對(duì)車輛進(jìn)行分類。
表1車輛分類標(biāo)準(zhǔn)
(4) 上位機(jī)。上位機(jī)主要用于監(jiān)控收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)和更新。同時(shí)，上位機(jī)還能通過Internet 將統(tǒng)計(jì)匯總的停車數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的網(wǎng)站，便于用戶查詢消費(fèi)信息以及核對(duì)賬戶。上位機(jī)另外一個(gè)重要功能是車牌識(shí)別。該功能的實(shí)現(xiàn)過程是監(jiān)控收費(fèi)系統(tǒng)利用安裝在上位機(jī)中的車牌識(shí)別程序提取車牌，并將提取的車牌信息與時(shí)間信息等捆綁在一起以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)及更新功能，車牌識(shí)別過程如下:
其中，在字符分割中運(yùn)用了雙峰法的自適應(yīng)闊值選擇法，而字符識(shí)別則采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這樣能大大提高車牌的識(shí)別率[6J 同時(shí)，上位機(jī)的管理軟件界面友好，能將停車信息可視化，方便工作人員查詢及處理數(shù)據(jù)。
(5)3G 通信單元。該單元由SIM5210 ， 3G 網(wǎng)絡(luò)以及3G 網(wǎng)關(guān)組成.在用戶第二次刷手機(jī)時(shí)，主控單元將相關(guān)停車信息傳送給SIM5210 傳輸模塊， SIM5210 傳輸模塊將接收到的數(shù)據(jù)通過3G 網(wǎng)絡(luò)傳送給3G網(wǎng)關(guān).若支付失敗(如用戶賬戶資金不足支付停車費(fèi)用) ，則3G 網(wǎng)關(guān)發(fā)送支付失敗消息至用戶手機(jī)；若支付成功，則3G 網(wǎng)關(guān)發(fā)送相應(yīng)的停車信息至用戶手機(jī)，以便用戶實(shí)時(shí)獲取停車信息。與此同時(shí)，用戶也可通過3G 網(wǎng)絡(luò)登陸相應(yīng)的網(wǎng)站查詢停車信息。這里選擇3G 作為網(wǎng)絡(luò)傳輸載體，是因其無線傳輸效率高，支持不同的數(shù)據(jù)速度，可很好地滿足實(shí)時(shí)信息獲取的需求。當(dāng)然，也可根據(jù)日后的需要向用戶傳輸車輛停車期間的實(shí)時(shí)監(jiān)控圖片和視頻等。
(6) 輔助單元。輔助單元包括門閘驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)門閘、語音播放、外部顯示、出口地下線圈、攝像機(jī)及打印機(jī)等。門閘驅(qū)動(dòng)通過接收LPC2148 發(fā)出的開關(guān)命令，使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)門閘的開啟和關(guān)閉。語音播放模塊采用IDS 系列語音芯片。在刷移動(dòng)設(shè)備成功的情況下，進(jìn)入停車場時(shí)，播放"歡迎光臨"，離開停車場時(shí)播放"歡迎下次光臨"在刷移動(dòng)設(shè)備不成功的情況下，播放相應(yīng)的出錯(cuò)信息，如資金不足以支付停車費(fèi)用時(shí)播放"余額不足，請(qǐng)手工付費(fèi)并盡快充值"外部顯示分為兩部分，一部分用于顯示當(dāng)前停車場空位數(shù)和收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。另一部分用于顯示當(dāng)前時(shí)間、移動(dòng)設(shè)備內(nèi)金額、停車時(shí)長和停車費(fèi)用(在收費(fèi)時(shí)顯示)。出口地下線圈用于檢測出口處車輛到來，攝像機(jī)主要用來獲取車牌的圖像，而打印機(jī)主要用于打印報(bào)表以及工作人員需要的信息。
1. 2 軟件部分
(1) 主程序。系統(tǒng)主程序(圖1 中的實(shí)線方框中停車場內(nèi)部系統(tǒng)的主程序)按圖2 所示流程進(jìn)行。系統(tǒng)初始化后，除了人口處檢測車輛到來的紅外模塊以及出口處的地下線圈處于工作狀態(tài)外，其他模塊均處于休眠狀態(tài)。當(dāng)檢測到有車輛到來，則立即喚醒其他模塊，其他模塊工作完畢并在一定時(shí)間內(nèi)檢測不到車輛到來，其他模塊繼續(xù)休眠，直到檢測到下一車輛到來。由于紅外設(shè)備和地下線圈功耗小，這樣便能大量節(jié)省資源，有效降低系統(tǒng)功耗。若遇到特殊情況，可由工作人員人工復(fù)位。
(2) 上位機(jī)管理程序。上位機(jī)以Visual Basic6. 0 開發(fā)軟件，運(yùn)用ADO 技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問[7J 工作人員可以通過管理程序的人機(jī)界面對(duì)系統(tǒng)的各種信息進(jìn)行管理.整個(gè)管理程序分為登錄模塊、計(jì)費(fèi)模塊、查詢模塊、報(bào)表模塊及參數(shù)設(shè)置模塊等。登陸模塊可設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限以避免部分貪圖小利的工作人員弄虛作假。其中，權(quán)限是根據(jù)輸入的操作者名稱自行體現(xiàn)。信息輸入完畢且正確點(diǎn)擊確定即進(jìn)入主界面，如圖3所示。主界面能顯示當(dāng)前進(jìn)出停車場車輛的狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)，同一車輛出場后會(huì)自動(dòng)顯示停留時(shí)間和所需收的金額，這里需用到計(jì)費(fèi)模塊，它用于記錄相應(yīng)的停車信息，如車輛進(jìn)出場時(shí)間等。點(diǎn)擊主界面的查詢選項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)查詢模塊，它方便工作人員查詢相應(yīng)車輛信息，如特殊情況下無法得知停車的具體時(shí)間，只需報(bào)出進(jìn)場時(shí)刷的移動(dòng)設(shè)備號(hào)即能查詢出車輛停放時(shí)間便于收費(fèi)。點(diǎn)擊主界面的報(bào)表菜單根據(jù)需要選擇查看的報(bào)表類型，這里分為日收入，月收入以及年收入，它主要是將一個(gè)月或幾個(gè)月的停車收費(fèi)信息統(tǒng)計(jì)成表格，方便工作人員以及停車場經(jīng)營者查看收益.點(diǎn)擊主界面的系統(tǒng)設(shè)置就會(huì)出現(xiàn)如圖4 所示界面，即參數(shù)模塊，它是用于設(shè)置車輛收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等。
2 系統(tǒng)的特點(diǎn)
2. 1 安全性
系統(tǒng)采用NFC 技術(shù)進(jìn)行停車收費(fèi)，也就是說具有一定的安全管理機(jī)制，能很好地克服人工收費(fèi)可能存在的舞弊現(xiàn)象以及刷卡收費(fèi)不具有安全管理機(jī)制的缺點(diǎn)。與此同時(shí)，該系統(tǒng)將車牌號(hào)和移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼捆綁傳輸，從而保證了車輛的安全。付費(fèi)后， 3G 網(wǎng)關(guān)會(huì)發(fā)送消費(fèi)信息至用戶的移動(dòng)設(shè)備，用戶可通過此信息確定消費(fèi)以及查詢消費(fèi)賬單，解決了人工收費(fèi)和刷卡收費(fèi)不能實(shí)時(shí)查詢信息。
2.2 可靠性
系統(tǒng)利用LPC2148 自帶的實(shí)時(shí)時(shí)鐘記錄停車時(shí)間，能很好地克服人工收費(fèi)不能自動(dòng)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的缺點(diǎn)。同時(shí)，在車牌識(shí)別環(huán)節(jié)中均會(huì)留存車輛進(jìn)出停車場時(shí)抓拍的照片以備查詢核對(duì)；在信息的傳輸過程中也均有可靠的協(xié)議作為保障.可見，該系統(tǒng)具有一定的可靠性。
2.3 廣泛性
系統(tǒng)采用移動(dòng)設(shè)備作為停車收費(fèi)的載體，可實(shí)現(xiàn)用戶在不同的停車收費(fèi)系統(tǒng)或外地的停車收費(fèi)系統(tǒng)均能繳費(fèi)，很好地克服了刷卡收費(fèi)的停車收費(fèi)系統(tǒng)各自為陣，每個(gè)系統(tǒng)均需辦理IC 卡的缺點(diǎn)。而3G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的廣泛使用戶在郊區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)均能使用該系統(tǒng)進(jìn)行停車?yán)U費(fèi)。
3 結(jié)論
本文結(jié)合NFC+3G 技術(shù)以及嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)停車場收費(fèi)系統(tǒng)，利用移動(dòng)設(shè)備和3G 技術(shù)的普及，減少了用戶帶卡的不便，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了獲取實(shí)時(shí)賬單，通過3G 或Internet 查詢?cè)敿?xì)清單的功能。該系統(tǒng)入口處利用紅外檢測車輛能減少鋪置地下感應(yīng)線圈對(duì)地表的傷害，而紅外設(shè)備價(jià)錢的低廉也節(jié)約了成本。同時(shí)，該系統(tǒng)采用車牌號(hào)和移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼的捆綁傳輸保證了車輛的安全。此外，該系統(tǒng)的上位機(jī)界面友好、操作簡單，使停車場的收費(fèi)系統(tǒng)信息化，方便了工作人員的管理和調(diào)度。