CN112330829A - Etc车道一体化智能收费机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ETC车道一体化智能收费机，包括机柜，机柜设有档杆、电机、电机控制器、交换机、监测单片机、动环监测系统、设备状态监测系统，其中动环监测系统包括温湿度传感器、烟雾传感器，温湿度传感器、烟雾传感器的输出端分别与监测单片机的信号输入端连接；设备状态监测系统包括电能检测芯片、旋转编码器，电能检测芯片、旋转编码器的输出端分别与监测单片机的信号输入端连接，监测单片机的信号输入端还与交换机、电机控制器之间的串口线连接，监测单片机的串口还与交换机的配置接口连接，由此构成设备状态监测系统。本发明能够对设备故障进行实时无人监测。
Description
技术领域
本发明涉及高速收费机设备领域，具体是一种ETC车道一体化智能收费机。
背景技术
高速公路收费站ETC车道有着各种型号各种类型的车道设备，随着国家对高速自由流方案的提出，ETC车道也将会越来越多，而这些设备的故障及时发现并解决能够有效的减轻维护人员的工作压力并提高收费站的通行效率。对于目前车道设备故障发现到解决的方案，存在以下的缺陷。
在ETC车道，收费员需要经常巡查车道通行状况，对于栏杆机抬杆落杆以及费显不显示等较为简单的问题进行发现，随后汇报领导，最终由机电人员前往现场找出问题原因并将问题解决。
该方案存在问题：
1) 收费站需要特定人员对车道状况进行巡检，增加了工作人员的负担。
2) 设备出现故障后，维护人员需要花费较长时间对故障类型进行排查分析，而在此过程中，该车道一般都是处于封闭状态的，影响收费站的通行效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种ETC车道一体化智能收费机，以解决现有技术高速收费站故障检测存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
ETC车道一体化智能收费机，包括机柜，机柜侧面通过转轴转动安装档杆，机柜内设有电机、电机控制器、交换机，电机控制器的电源端通过电源线与外部电源连接，交换机的串口通过串口线与电机控制器的串口连接，电机控制器的输出端与电机连接，电机输出轴与档杆的转轴机械连接，其特征在于：机柜内还设有监测单片机、动环监测系统、设备状态监测系统，其中：
动环监测系统包括温湿度传感器、烟雾传感器，温湿度传感器设置于机柜内，烟雾传感器设置于机柜内顶部，温湿度传感器、烟雾传感器的输出端分别与监测单片机的信号输入端连接，由此构成动环监测系统；
动环监测系统中由温湿度传感器采集机柜内温湿度数据、由烟雾传感器采集机柜内烟雾数据，温湿度传感器、烟雾传感器采集的数据分别送入至监测单片机；
设备状态监测系统包括电能检测芯片、旋转编码器，电能检测芯片电连接于电机控制器连接的电源线，旋转编码器安装于电机输出轴，电能检测芯片、旋转编码器的输出端分别与监测单片机的信号输入端连接，所述监测单片机的信号输入端还与交换机、电机控制器之间的串口线连接，监测单片机的串口还与交换机的配置接口连接，由此构成设备状态监测系统；
设备状态监测系统中，由电能检测芯片采集电机控制器输入的电流数据并送入至监测单片机，并由旋转编码器采集电机输出轴转动角度数据并送入至监测单片机；
所述监测单片机中基于温湿度传感器、烟雾传感器、电能检测芯片采集的数据判断设备是否存在故障；监测单片机基于电能检测芯片采集的数据判断设备工作状态；监测单片机基于旋转编码器采集的数据判断档杆状态；监测单片机通过对交换机、电机控制器之间串口信号的检测判断串口状态；监测单片机通过与交换机通讯判断交换机是否接入网络。
所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机预设温湿度阈值和烟雾阈值，监测单片机将温湿度传感器、烟雾传感器采集的数据分别与对应阈值进行比较，若存在任意一个采集的数据大于对应阈值，则监测单片机判断设备存在故障。
所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述动环监测系统还包括设置于机柜柜门的电磁锁，电磁锁的输出端与监测单片机的信号输入端连接，由监测单片机获取电磁锁状态信号并判断柜门状态。
所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述动环监测系统还包括设置于机柜内底部的电子水位计，电子水位计的输出端与监测单片机的信号输入端连接，电子水位计采集的水位数据送入监测单片机，监测单片机基于电子水位计采集的数据判断机柜内是否存在水浸现象。
所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机预设电流上下限阈值，由监测单片机将电能检测芯片采集的输入电流分别与电流上、下限阈值进行比较，若输入电流大于电流上限阈值，则监测单片机判断设备存在故障，若输入电流在电流上、下限阈值之间，则监测单片机判断设备正常工作，若输入电流小于电流下限阈值，则监测单片机判断设备不工作。
所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机采集交换机、电机控制器之间串口线信号，并使用监测单片机中断处理对串口信号进行隔离间接处理，以判断串口信号的有无，当有串口信号存在时，则监测单片机判断设备通讯状态为忙，否则监测单片机判断设备状态为闲。
所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机与交换机的配置接口进行通讯，采集交换机状态信息以判断交换机是否正常接入网络通讯设备。
所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机基于旋转传感器采集的角度数据得到电机输出轴转动角度，进而判断档杆状态。
所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：设备状态监测系统还包括设置于车道地面的地感线圈，监测单片机的信号输入端与地感线圈连接，由监测单片机采集地感线圈信号以判断是否有车辆通过。
所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机的信号输出端连接有通讯模块，监测单片机基于通讯模块向远端服务器发送判断结果；监测单片机的信号输出端还连接有显示屏，且显示屏设置于收费亭中。
本发明够实现ETC车道的无人值守，对机柜动环状态进行实时监测，能够实现对车道设备健康状态实时监控，健康状态主要包含供电状态及通讯状态两方面。本发明在本地具有状态显示屏，设备维护人员能根据本地显示屏提示更加便捷的解决车道设备问题。本发明还能够在远程界面展示机柜动环状态及所接入车道设备状态，并对出现故障设备有报警提示，同时，在远程界面有设备重启功能。
与现有技术相比，本发明优点为：
1. 能够减轻收费人员巡检的工作量，收费人员可对设备状态一目了然。
2. 智能判断设备故障类型便于维护人员快速找到车道设备故障原因，对设备短路、断路、通讯线路故障等问题进行针对性解决，缓解收费站因设备维修而造成的道口压力。
3. 无人化设计，机柜具有动环监测及车道设备监测功能，对机柜内部环境及车道设备状态进行实时监测，收费人员在监控中心能够实时查看设备状态及故障信息，并有报警声音提醒。
4. 收费站配备ETC车道一体化智能收费机能够减少站里用人成本，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，ETC车道一体化智能收费机，包括机柜1，机柜1侧面通过转轴转动安装档杆2，机柜1内设有电机3、电机控制器4、交换机5，电机控制器4的电源端通过电源线与外部电源连接，交换机5的串口通过串口线与电机控制器4的串口连接，电机控制器4的输出端与电机3连接，电机3输出轴与档杆2的转轴机械连接，机柜1内还设有监测单片机6、动环监测系统、设备状态监测系统，其中：
动环监测系统包括温湿度传感器7、烟雾传感器8，温湿度传感器7设置于机柜1内，烟雾传感器8设置于机柜1内顶部，温湿度传感器7、烟雾传感器8的输出端分别与监测单片机6的信号输入端连接，由此构成动环监测系统；
动环监测系统中由温湿度传感器7采集机柜1内温湿度数据、由烟雾传感器8采集机柜1内烟雾数据，温湿度传感器7、烟雾传感器8采集的数据分别送入至监测单片机6；
设备状态监测系统包括电能检测芯片9、旋转编码器10，电能检测芯片9电连接于电机控制器4连接的电源线，旋转编码器10安装于电机3输出轴，电能检测芯片9、旋转编码器10的输出端分别与监测单片机6的信号输入端连接，监测单片机6的信号输入端还与交换机5、电机控制器4之间的串口线连接，监测单片机6的串口还与交换机5的配置接口连接，由此构成设备状态监测系统；
设备状态监测系统中，由电能检测芯片9采集电机控制器4输入的电流数据并送入至监测单片机6，并由旋转编码器10采集电机3输出轴转动角度数据并送入至监测单片机6；
监测单片机6中基于温湿度传感器7、烟雾传感器8、电能检测芯片9采集的数据判断设备是否存在故障；监测单片机6基于电能检测芯片9采集的数据判断设备工作状态；监测单片机6基于旋转编码器10采集的数据判断档杆状态；监测单片机6通过对交换机5、电机控制器4之间串口信号的检测判断串口状态；监测单片机6通过与交换机5通讯判断交换机是否接入网络。
本发明动环监测系统还包括设置于机柜柜门的电磁锁11，电磁锁11的输出端与监测单片机6的信号输入端连接，由监测单片机6获取电磁锁11状态信号并判断柜门状态。
本发明动环监测系统还包括设置于机柜1内底部的电子水位计12，电子水位计12的输出端与监测单片机6的信号输入端连接，电子水位计12采集的水位数据送入监测单片机6，监测单片机6基于电子水位计采集的数据判断机柜1内是否存在水浸现象。
本发明设备状态监测系统还包括设置于车道地面的地感线圈13，监测单片机6的信号输入端与地感线圈13连接，由监测单片机6采集地感线圈13信号以判断是否有车辆通过。
监测单片机6的信号输出端连接有通讯模块14，监测单片机6基于通讯模块14向远端服务器发送判断结果；监测单片机6的信号输出端还连接有显示屏，且显示屏设置于收费亭中。
本发明，能够在无人值守的情况下满足收费车道正常运行的要求。该设备中监测单片机通过TCP/IP协议将机柜动环状态及采集到的车道设备状态及时反馈至远端服务器，收费站监管人员在监控室就能看到设备的运行状况，大大减轻了工作人员的工作压力及减少了收费站的用人成本。
ETC车道一体化智能收费机具有本地显示屏，维护人员能够根据设备本地显示屏找出故障设备及问题原因，有利于维护人员对设备问题第一时间解决。
ETC车道一体化智能收费机的机柜内部集成动环监测系统，对柜内温湿度值、烟感、水浸、门锁等状态进行实时监测，在机柜出现问题的时候能够及时上传故障，确保机柜在无人值守的情况下发生故障能被及时发现。
ETC车道一体化智能收费机能够对车道设备供电状态及通讯状态进行实时监测。供电状态检测使用RN8209D电能检测芯片，对机柜接入设备的电流值进行检测，并将检测的电流值上传至监测单片机。监测单片机根据每一个接入设备的电流值特性进行电流上下限配置，当设备实际电流值大于配置电流上限值时，判断设备为故障，当设备实际电流值在配置电流上下限值之间时，判断设备为工作状态，当设备实际电流值小于配置电流下限值时，判断设备为不工作状态。
串口通讯状态检测，针对于串口通讯设备，通过监测单片机在硬件上对串口信号进行隔离间接处理，使用监测单片机中断处理技术，对经过的串口信号进行有无判断，当有串口信号存在时，设备通讯状态为忙，否则，设备状态为闲。
网口通讯状态检测，针对于网络通讯设备，使用监测单片机串口与交换机的配置接口console口进行通讯，采集交换机是否正常接入网络通讯设备，若网络通讯设备正常接入，设备网口状态为UP，若未正常接入，设备网口状态为DOWN。
针对于档杆状态及地感线圈有车无车的检测，本发明在不影响收费系统正常检测栏杆机及线圈状态前提下通过监测单片机对以上状态进行检测，通过对以上状态的检测，能够帮助车道维护人员判断栏杆机及线圈损坏具体部位，加速维护人员解决问题。
ETC车道一体化智能收费机具有远程运维功能，本地机柜中监测单片机通过基于TCP/IP协议的通讯模块将动环状态、所接设备状态发送至远端服务器，用户能够通过WEB界面机柜所有状态。若动环系统或者车道设备出现故障时，界面具有报警功能，及时提醒运维人员对故障进行解决，同时还具有远程重启设备功能，通过远程操作设备所接接口继电器，能够对部分通过重启就能解决故障的设备进行远程重启。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.ETC车道一体化智能收费机，包括机柜，机柜侧面通过转轴转动安装档杆，机柜内设有电机、电机控制器、交换机，电机控制器的电源端通过电源线与外部电源连接，交换机的串口通过串口线与电机控制器的串口连接，电机控制器的输出端与电机连接，电机输出轴与档杆的转轴机械连接，其特征在于：机柜内还设有监测单片机、动环监测系统、设备状态监测系统，其中：
动环监测系统包括温湿度传感器、烟雾传感器，温湿度传感器设置于机柜内，烟雾传感器设置于机柜内顶部，温湿度传感器、烟雾传感器的输出端分别与监测单片机的信号输入端连接，由此构成动环监测系统；
动环监测系统中由温湿度传感器采集机柜内温湿度数据、由烟雾传感器采集机柜内烟雾数据，温湿度传感器、烟雾传感器采集的数据分别送入至监测单片机；
设备状态监测系统包括电能检测芯片、旋转编码器，电能检测芯片电连接于电机控制器连接的电源线，旋转编码器安装于电机输出轴，电能检测芯片、旋转编码器的输出端分别与监测单片机的信号输入端连接，所述监测单片机的信号输入端还与交换机、电机控制器之间的串口线连接，监测单片机的串口还与交换机的配置接口连接，由此构成设备状态监测系统；
设备状态监测系统中，由电能检测芯片采集电机控制器输入的电流数据并送入至监测单片机，并由旋转编码器采集电机输出轴转动角度数据并送入至监测单片机；
所述监测单片机中基于温湿度传感器、烟雾传感器、电能检测芯片采集的数据判断设备是否存在故障；监测单片机基于电能检测芯片采集的数据判断设备工作状态；监测单片机基于旋转编码器采集的数据判断档杆状态；监测单片机通过对交换机、电机控制器之间串口信号的检测判断串口状态；监测单片机通过与交换机通讯判断交换机是否接入网络。
2.根据权利要求1所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机预设温湿度阈值和烟雾阈值，监测单片机将温湿度传感器、烟雾传感器采集的数据分别与对应阈值进行比较，若存在任意一个采集的数据大于对应阈值，则监测单片机判断设备存在故障。
3.根据权利要求2所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述动环监测系统还包括设置于机柜柜门的电磁锁，电磁锁的输出端与监测单片机的信号输入端连接，由监测单片机获取电磁锁状态信号并判断柜门状态。
4.根据权利要求2所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述动环监测系统还包括设置于机柜内底部的电子水位计，电子水位计的输出端与监测单片机的信号输入端连接，电子水位计采集的水位数据送入监测单片机，监测单片机基于电子水位计采集的数据判断机柜内是否存在水浸现象。
5.根据权利要求1所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机预设电流上下限阈值，由监测单片机将电能检测芯片采集的输入电流分别与电流上、下限阈值进行比较，若输入电流大于电流上限阈值，则监测单片机判断设备存在故障，若输入电流在电流上、下限阈值之间，则监测单片机判断设备正常工作，若输入电流小于电流下限阈值，则监测单片机判断设备不工作。
6.根据权利要求1所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机采集交换机、电机控制器之间串口线信号，并使用监测单片机中断处理对串口信号进行隔离间接处理，以判断串口信号的有无，当有串口信号存在时，则监测单片机判断设备通讯状态为忙，否则监测单片机判断设备状态为闲。
7.根据权利要求1所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机与交换机的配置接口进行通讯，采集交换机状态信息以判断交换机是否正常接入网络通讯设备。
8.根据权利要求1所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机基于旋转传感器采集的角度数据得到电机输出轴转动角度，进而判断档杆状态。
9.根据权利要求1所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：设备状态监测系统还包括设置于车道地面的地感线圈，监测单片机的信号输入端与地感线圈连接，由监测单片机采集地感线圈信号以判断是否有车辆通过。
10.根据权利要求1所述的ETC车道一体化智能收费机，其特征在于：所述监测单片机的信号输出端连接有通讯模块，监测单片机基于通讯模块向远端服务器发送判断结果；监测单片机的信号输出端还连接有显示屏，且显示屏设置于收费亭中。
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