CN1249490A - 路边停车收费表及其控制程序 - Google Patents

Abstract

本发明是路边停车收费表及其控制程序。收费表由表头、门盖、表身、表腿、按键、门锁、显示屏、磁翻牌、红外通讯窗、太阳能电池及蓄电池、电路板集装盒连接构成,其位置关系:显示牌及磁翻转牌装表头壳体内,电路板盒及蓄电池装于表身壳体,门盖装于表身正面壳体,按键装于门盖下部,表腿与表身壳体固接,太阳能电池装于表头壳体背面;控制程序是通过软件程序实现停车收费操作、管理及数据信息处理。本收费表可靠性高、安全保密性好、功能齐备、实用性强、综合性能高、低功耗、自供电、收费方便快捷。

Description

路边停车收费表及其控制程序

本发明是路边停车收费表及其控制程序，属电子收费装置及控制技术。

现有的停车收费表是机械式或电子式停车收费装置。这些类型装置可对插入的硬币或接触式IC卡作出反应，根据投入硬币的多少决定可停车时间或根据停车时间扣除接触式IC卡上应缴停车费。这些停车收费装置安全性差、可靠性低，系统综合性能不高。接触式IC卡是靠其卡上的触点与读写器上触点之间的机械接触来进行读写和数据交换的，触点易磨损，卡上芯片受静电作用易损坏。由于读写器的通用性，保密安全性能大大降低。收费维护的工作量很大。

本发明的目的就是为了克服和解决现有的停车收费装置存在安全性差、可靠性低、系统综合性能不高、所用接触式IC卡触点易磨损、卡上芯片易损坏、保密性差等的缺点和问题，研究、发明一种可靠性高、安全保密性好、实用性强、功能齐备、系统综合性能高、采用先进的非接触式IC卡支付停车费用、收费快捷方便、能有效提高停车管理水平、低功耗、自供电、并具有磁翻牌显示和查黑卡功能等的路边停车收费表及其控制程序。

本发明是通过下述技术方案来实现的：路边停车收费表外形结构示意图主视图如图1所示，其背视图如图2所示，路边停车收费表电路结构及工作原理框图如图3所示，其电路原理图如图4所示，其中的厚膜模块电路原理图如图5所示。路边停车收费表由表头1、门盖2、表身3、表腿4、按键5、操作方法牌及IC卡感应区6、门锁7、液晶显示屏8、磁翻牌9、红外通讯窗10、太阳能电池板11、电路板集装盒12、蓄电池13共同连接构成，其相互位置及连接关系为：表头1位于表的上半部，液晶显示屏8及磁翻牌9装于表头1壳体内，表身3位于表的下半部，电路板集装盒12及蓄电池13装于表身3壳体内，门盖2与表身正面壳体为可翻转密配套接，铵键5装于门盖2下部两边，操作方法牌6位于门盖2的中部并是非接触式IC卡感应区，紧贴IC卡咸应区背面安装发射天线，门锁7位于门盖2的上部，表腿4与表身3壳体固定连接，太阳能电池板11装于表头1背面壳体；其电路由红外通讯电路、时钟电路、电源监控电路、按钮、微处理器、译码电路、IC卡读写器、非接触式IC卡、液晶显示器、磁翻牌驱动电路、数据存贮器共同电气连接构成，其相互连接关系为：红外通讯电路分别通过红外通讯信号线、红外通讯脉冲波分别与微处理器、手持机相电气连接及连通，微处理器分别通过时钟电路信号输出线、电源监控电路信号线、按钮信号输出线分别与时钟电路、电源监控电路、按钮相电气连接，电源监控电路分别通过时钟电路信号输出线、太阳能电池电源线、可充电蓄电池电源线、按钮信号输出线分别与时钟电路、太阳能电池、可充电蓄电池、按钮相电气连接，译码电路分别通过译码信号线、液晶显示信号线、磁翻牌驱动信号线、数据存贮信号线分别与微处理器、液晶显示器、磁翻牌驱动电路、数据存贮器相电气连接，IC卡读写器分别通过IC卡读写信号线及天线收发无线电电磁波信号分别与译码电路及非接触式IC卡相电气连接及连通。

为确保各模块间的数据交换不被外部监测，提高安全性和可靠性，发明人把多种功能模块集成在一个厚膜(电路)模块中。厚膜模块包括微处理器(CPU)IC1、时钟电路IC2、译码电路IC3和与非门IC16，IC卡读写器(由读写器集成件IC7、电感L1～L3、电容C6～C10、电阻R2共同连接构成)、数据存贮器IC9～IC12及接口扩展器IC6与驱动器IC3～IC5、IC14、IC15；红外通讯电路由非门U2、计数器U3、U4、D触发器U8B共同连接构成；频率信号发生器由非门U8A、U8E、U8F、电阻R14、R15、电容C10、晶振XTAL2共同电气连接构成；电源监控电路由晶体三极管G1～G3、非门U7、电阻R1～R7、二极管D1～D7、电解电容E1～E3共同电气连接构成；磁翻牌驱动电路由晶体三极管G4～G9、电阻R8～R13、二极管D9～D4共同电气连接构成；液晶显示器由液晶驱动接口CN4与编程接口CN5共同连接构成。

磁翻牌结构示意图如图6～7所示。磁翻牌机械结构由字体翻转轮14、电磁铁15、翻牌支托架16、十字盘头螺栓17、垫圈18共同连接构成，其相互连接关系为：电磁铁15固定在翻牌支托架16上，电磁铁15二端各有一块二边成135°的软铁片，电磁铁线圈中间穿以铁芯，其二端分别与二块铁片铆接，字体翻转轮14为圆筒形结构，其中间用十字架支撑，十字支撑架的中间有一铁氧体永磁铁，其正中穿过圆轴，整个字体翻转轮14可以轴为中心旋转。其简单作用原理为：当电磁铁的线圈施加脉冲电流信号时，便产生一电磁推力，这一推力与铁氧体磁铁相作用，推动字体翻转轮旋转90°。字体翻转轮表面每隔四分之一圆周分别印有红、绿二种颜色，红底印“未收费”，绿底印“已收费”，因此，可在停车收费表的停车状态显示窗口(前后窗口)以颜色显示停车收费状态。采用磁翻牌显示停车收费状态，平时不消耗电能、显示清晰、工作可靠。

路边停车收费表的简单工作作用原理如下：本发明可完成对一个或一个以上停车车位的收费管理功能(其中管理两部车以上的收费表用于路边停车场库，管理一部或两部车的收费表用于路边停车收费)，依照收费规则记录车辆停车卡的帐号、停车时间、扣款金额、1200万张黑卡名单等信息。它通过红外通讯与手持机联系，存储的信息可读出，停车时段和收费费率可编程；收费表内部有一片非接触式IC卡读写器芯片，读写器与卡之间通过收发无线电波进行联通，卡表面没有裸露器件，卡本身是无源的，由读写器为卡提供能量。使用时没有方向性，卡可以由任何方向掠过读写器表面，即可完成读写操作；收费表的核心模块包括带内置保密数据存贮区的8位微处理器(CPU)、大容量非易失性存贮器件、卡读写模块、时钟模块，完成计费运算、DES算法、加密存储、数据通讯的加密和认证、计时等功能，是整个停车收费表的核心。为了提高安全性和可靠怀，我们把这一部分集成在一个厚膜电路中，确保各模块间的数据交换不被外部监测；采用一片122×32点阵液晶显示屏，以汉字方式显示各种操作提示和操作结果，为用户提供友善的操作界面。液晶显示屏配有场致发光(EL)作为背景光源，夜间也能清晰显示；采用单按钮操作，用于启动停车收费表和选择停车时间。为了便于停车收费表管理员巡查方便，选用双色磁翻牌显示车位的收费状态，用户停车交费后，磁翻牌翻至“已收费”状态，停车收费表开始倒计时。时间到后，磁翻牌自动翻回“未收费”状态。管理员可以通过磁翻牌的状态判断该车位是否合法停车；采用高速红外通讯模块作为停车收费表与外部之间的通讯接口，实现数据交换，用收发红外无线电磁波的方式可以避免在停车收费表上设置通讯口，防止恶意破坏；白天(有阳光时)，由太阳能电池对停车收费表进行供电，同时对蓄电池充电。晚上，自动切换为蓄电池对停车收费表供电。为了减少停车收费表的耗电量，每次操作完毕后，停车收费表自动停止运行，处于休眠状态，只有当倒计时为零或按下按钮时，才重新启动。停车收费表设有电压检测电路，当电压偏低时，会暂时停止使用，等到电力充足后，才可继续使用。

路边停车收费表其控制程序主要是通过软件程序实现停车收费的操作、存储停车收费记录的数据及信息、以及通过与手持机通讯、传送停车收费表的数据信息到后台进行管理，并且根据手持机发送的命令进行相应的处理，包括磁翻牌、锁车位、开锁及黑卡的增加与删除；其控制程序流程框图如图8所示。其控制程序为：(1)停车者根据停车位置选择左、右按钮开机；系统根据按钮判断相应车位的状态，若该车位已锁定则提示“超时停车  车位已锁”，然后关机；若该车位未锁，则显示出当前的停车收费标准屏“收费标准××元/××分钟”：(2)从最小停车时长按停车时间的步进值每次递加至最大停车时长循环显示停车时长“停车时间  ××小时××分钟”两遍；在此过程中，若一直无相应停车位的按钮按下，循环显示两遍以后则关机；在显示停车时长过程中，停车者可根据显示的停车时间进行选择，在显示的停车时长满足要求时按下按钮(左车位按左按钮，右车位按右按钮)，则进入收费状态；(3)系统根据所选择的停车时长计算出停车费，并提示使用者“停车费×××元，请持卡靠近”，提示刷卡；若在一定时间内无刷卡，则关机：当使用者放卡至IC卡感应区时，系统读取IC卡信息，并进行判断，若该卡号为黑卡，则提示“卡无效”，若IC卡所余金额小于停车费，则提示“余额不足”；若剧卡过程中出错则提示“操作出错”，然后关机；若刷卡成功则显示“操作完成  余额××××元”以及停车起时至终时的时间“××时××分至××时××分”，并将磁翻牌翻至有车状态，存储停车记录并将开机翻牌时间写入时钟电路，此时该车位处于停车状态；(4)时钟开机翻牌：当取车时间已到，系统开机，将相应车位磁翻牌翻至无车状态，然后关机，此时该车位处于无车状态，此功能用于巡表员对于停车位的管理，若该车位磁翻牌处于“未停车”状态而有车停于该位，则为非法停车；(5)与手持机通讯：按左右按钮开机，通过操作手持机进行通讯，通讯过程中显示“正在通讯……”，通讯结束后显示“通讯完成”并关机；系统的此功能模块根据手持机送来的不同指令进行初始化，编程、抄表、巡表、黑卡处理、翻牌复位以及锁车位、开锁等功能操作。

本发明与现有技术相比有如下的优点和有益效果：(1)将非接触式IC卡应用于停车收费表中，IC卡不易损坏、体积小、耐用可靠；读写器与卡之间读写速度很快，操作方便快捷。读写器与IC卡之间实施双向密码鉴别，保密性、可靠性大大增强；(2)停车收费表采用了低功耗设计：①停车收费表内部电路所用的元器件均选用低功耗器件；②采用低功耗的时钟芯片作为计时器，对主要工作部件如MCU、IC卡阅读器等采用控制电源方式，即当有用户操作时才对关键部件进行供电操作：③用磁翻牌表示交费状况，取代电子显示方式，也能达到节能效果。因此，整机功耗很低，经计算使用5A的蓄电池可用420天：(3)停车收费表采用自供电方式：停车收费表的电源部分包括太阳能电池和可充电的蓄电池。白天(有阳光时)，由太阳能电池对收费表进行供电，同时对蓄电池进行充电。晚上，太阳能电池无电流输出，转而切换为蓄电池对收费表供电。因此，保证了收费表长年累月不间断的自供电工作，减少了人工更换电池的维护工作量；另外收费表中有低电压检测电路，当蓄电池电压降低到一定值时，收费表暂停工作，以确保收费表的可靠性；(4)采用磁翻牌标志与液晶显示指示用户操作：液晶显示用于在收费表操作时提供提示信息，提供良好的用户人机界面；磁翻牌用于表示车位的收费状况，可24小时工作，因是机械方式可以降低功耗，显示清晰；(5)收费表提供了先进的加密措施：①采用自行设计的加密DES算法；②在收费表与手持机之间、IC卡与读写器之间的数据通信过程中，均要进行相互身份认证(即卡认证读写器、读写器认证卡的有效性)；③IC卡的密钥采用离散型，每张卡都有自己的密钥，所有的密钥存放于保密数据存储区，这个存储区的数据是不可读出的。32个48bit的密钥，用所有可能的密钥去破译每一个使用密钥，平均要花费17000年的时间；④卡的数据都是加密后存放的；⑤关键数据传输时都进行了加密处理；因此，加强了卡和收费表的安全性，数据的保密性很高，使得破译没有可能；(6)手持机与停车收费表之间采用红外通信方式：手持式编程机可对停车收费表的参数进行设置，手持式抄表机、巡表机可读取停车收费表的内部数据。它们之间的通讯是通过红外方式进行的。因此手持机与收费表之间是以收发红外无线电波方式联系，提高了收费表传输数据的可靠性，且操作上也十分方便；(7)停车收费表内部具有查询黑卡的功能：设计中可以从IC卡的供应商处购买IC卡，且买下连续的一大段或几大段序列号。通过三重DES，系统密钥与卡序列号混合，对每张卡产生一个独自的密钥，停车收费表可根据密钥识别非法黑卡，拒绝使用。因此，可以用很小的存贮空间查询1200万张停车收费IC卡是否合法；(8)收费表能够采用“帐号管理”和“电子钱包”的综合管理方式：帐号管理方式是每个IC卡有一个特有的帐号，此卡可通过银行发卡，手持机将每天收费表信息送回中心管理系统，中心系统将数据信息归档并判别出非法IC卡的黑卡名单，再通过手持机将黑卡名单下载给收费表，收费表可拒收黑卡。这种方式安全性高，可与现有的路桥一卡通相结合，并通过银行发卡。电子钱包管理方式是每个IC卡内存有一定数量的金额，相当于电子货币，停车收费表根据停车时间自动从IC卡上扣除停车费。

下面对说明书附图进一步说明如下：图1是路边停车收费表的外形结构示意图主视图；图2是其背视图；图3是路边停车收费表工作原理及电路框图；图4是路边停车收费表电路原理图；图5是图4中的厚膜模块电路原理图；图4及图5中各同一编号的相应点相连结；图6是磁翻牌结构主视示意图；图7是磁翻牌结构右视示意图；图8是路边停车收费表控制程序流程框图。

本发明的实施方式可为如下：(1)按图1～图2所示及上面说明书所示相互位置及连接关系，路边收费表表壳体及表腿4可用铝合金压铸而成，表壳体的正面上部可装磁翻牌9及液晶显示屏而作为表头11，表头上部和门盖2可用透明防弹玻璃注塑形成，表壳体背面表头部可装大面积太阳能电池板11，下部安装电路板集装合12和蓄电池13作为表身3；(2)按图3所示，并按上面说明所述，可把微处理器IC1、时钟电路IC2、译码电路IC3、IC卡读写器IC7、数据存贮器IC9～IC12以及接口扩展及驱动器IC3～IC6、IC14、IC15制成厚膜模块。其中：IC1可选用MCS51；IC2可选串行时钟芯片8583；IC3可选74HC138驱动器；IC4～IC5可选74ALS244驱动器：IC6可选8155端口扩展器：IC7可选MIF200读写集成件；IC8可选74ALS373地址锁存器；IC9～IC12可选电可擦存贮器AT28CO40；IC13可选74F139译码器，IC14～IC15可选74AL244驱动器；IC16可选74HCOO与非门；(3)按图2所示绘制印刷电路板、并筛选元器件进行安装连接，其中：U2可选74HC14非门；晶振XTAL2可选11.0592MC晶振；U3可选用74HC393计数器；U4可选用74HC08双与门；U7可选用74HC02与非门；U8可选用74HC74D触发器；U8A、U8E、U8F可选74HC14非门：G1可选用9012三极管：G2可选用9013三极管；G3可选用9120三极管；G4～G9可选用120三极管；(4)安装调试好电路板后，按上面说明书所述的本路边停车收费表的结构相互位置及连接关系进行安装连接，便能较好地实施本收费表；再按上面说明书所述的控制程序及图6所示的程序流程框图进行编制软件程序进行控制，便能较好地实施本发明。

Claims (3)

1、一种路边停车收表，其特征在于：它由表头(1)、门盖(2)、表身(3)、表腿(4)、按键(5)、操作方法牌及IC卡感应区(6)、门锁(7)、液晶显示屏(8)、磁翻牌(9)、红外通讯窗(10)、太阳能电池板(11)、电路板集装盒(12)、蓄电池(13)共同连接构成，其相互位置及连接关系为：表头(1)位于表的上半部，液晶显示屏(8)及磁翻牌(9)装于表头(1)壳体内，表身(3)位于表的下半部，电路板集装盒(12)及蓄电池(13)装于表身(3)壳体内，门盖(2)与表身正面壳体为可翻转密配套接，铵键(5)装于门盖(2)下部两边，操作方法牌(6)位于门盖(2)的中部并是非接触式IC卡感应区，门锁(7)位于门盖(2)的上部，表腿(4)与表身(3)壳体固定连接，太阳能电池板(11)装于表头(1)背面壳体；其电路由红外通讯电路、时钟电路、电源监控电路、按钮、微处理器、译码电路、IC卡读写器、非接触式IC卡、液晶显示器、磁翻牌驱动电路、数据存贮器共同电气连接构成，其相互连接关系为：红外通讯电路分别通过红外通讯信号线、红外通讯电磁波分别与微处理器、手持机相电气连接及连通，微处理器分别通过时钟电路信号输出线、电源监控电路信号线、按钮信号输出线分别与时钟电路、电源监控电路、按钮相电气连接，电源监控电路分别通过时钟电路信号输出线、太阳能电池电源线、可充电蓄电池电源线、按钮信号输出线分别与时钟电路、太阳能电池、可充电蓄电池、按钮相电气连接，译码电路分别通过译码信号线、液晶显示信号线、磁翻牌驱动信号线、数据存贮信号线分别与微处理器、液晶显示器、磁翻牌驱动电路、数据存贮器相电气连接，IC卡读写器分别通过IC卡读写信号线及天线收发无线电电磁波信号分别与译码电路及非接触式IC卡相电气连接及连通。

2、按权利要求1所述的路边停车收费表，其特征在于所述的磁翻牌由字体翻转轮(14)、电磁铁(15)、翻牌支托架(16)、十字盘头螺栓(17)、垫圈(18)共同连接构成，其相互连接关系为：电磁铁(15)固定在翻牌支托架(16)上，电磁铁(15)二端各有一块二边成135°的软铁片，电磁铁线圈中间穿以铁芯，其二端分别与二块铁片铆接，字体翻转轮(14)为圆筒形结构，其中间用十字架支撑，十字支撑架的中间有一铁氧体永磁铁，其正中穿过圆轴，整个字体翻转轮(14)可以轴为中心旋转。

3、一种路边收费的控制程序，其特征在于：(1)停车者根据停车位置选择左、右按钮开机：系统根据按钮判断相应车位的状态，若该车位已锁定则提示“超时停车  车位已锁”，然后关机；若该车位未锁，则显示出当前的停车收费标准屏“收费标准××元/××分钟”；(2)从最小停车时长按停车时间的步进值每次递加至最大停车时长循环显示停车时长“停车时间××小时××分钟”两遍；在此过程中，若一直无相应停车位的按钮按下，循环显示两遍以后则关机；在显示停车时长过程中，停车者可根据显示的停车时间进行选择，在显示的停车时长满足要求时按下按钮(左车位按左按钮，右车位按右按钮)，则进入收费状态；(3)系统根据所选择的停车时长计算出停车费，并提示使用者“停车费×××元，请持卡靠近”，提示刷卡；若在一定时间内无刷卡，则关机；当使用者放卡至IC卡感应区时，系统读取IC卡信息，并进行判断，若该卡号为黑卡，则提示“卡无效”，若IC卡所余金额小于停车费，则提示“余额不足”；若刷卡过程中出错则提示“操作出错”，然后关机；若刷卡成功则显示“操作完成  余额××××元”以及停车起时至终时的时间“××时××分至××时××分”，并将磁翻牌翻至有车状态，存储停车记录并将开机翻牌时间写入时钟电路，此时该车位处于停车状态；(4)时钟开机翻牌：当取车时间已到，系统开机，将相应车位磁翻牌翻至无车状态，然后关机，此时该车位处于无车状态，此功能用于巡表员对于停车位的管理，若该车位磁翻牌处于“未停车”状态而有车停于该位，则为非法停车；(5)与手持机通讯：按左右按钮开机，通过操作手持机进行通讯，通讯过程中显示“正在通讯……”，通讯结束后显示“通讯完成”并关机；系统的此功能模块根据手持机送来的不同指令进行初始化，编程、抄表、巡表、黑卡处理、翻牌复位以及锁车位、开锁等功能操作。

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