基于单片机的高速公路智能收费控制系统设计研究

秦安碧

【摘要】为了提高高速路收费站的管理系统效率，实现智能通过收费站。我们制作了基于RFSIM技术的高速路智能管理系统，该系统是以盛群单片机HT32为核心，外接RFSIM射频读卡器、LED点阵显示屏、步进电机、光电传感器、压力传感器等。其主要功能包括在高速路收费站用LED点阵显示车型、费用和重量;步进电机抬道闸杆;光电传感器检测车的到来;RFSIM射频读卡器远距离通过手机钱包扣取费用。实现了高速路收费站不停车智能收费功能，大大的提高了通行效率，有效的解决了现当前高速路收费站存在的问题。该系统不仅方便收费站，同时也方便车主的使用，而且成本较低、操作简便、功能多样、易于实现。

【关键词】RFSIM;智能收费;不停车

一、系统介绍

1.创作动机

随着社会经济的高速发展，车是我们在出行中必备的交通工具，且高速路也是四通八达了，加上节假日7座以下小车免收过路费。导致高速路收费站收费速度慢容易造成堵车、人力、物力的损耗矛盾现象普遍存在，影响了人们的出行及高速路的通行效率。所以急需一套高速路智能收费系统解决此现象。

2.创作目的

为了解决堵车、人力、物力的损耗矛盾现象，实现具有能够远距离的身份识别，自动测重和手机付费功能，基本替代了传统的人工收费。

3.作品创新点

通过利用RFSIM技术，采用单片机HT46F49E等多个功能模块搭建的高速智能收费系统。提高了车辆的通行效率和停车场的工作效率，在一定程度上替代了人工操作。为收费站的畅通运行带来了方便、降低了人力资源成本。

二、系统原理

该系统的工作原理是在入口处当一号传感器检测到有车到来时，RFSIM射频读卡器读取到手机信号，将读取的信息传送给盛群单片机处理。由单片机驱动步进电机抬杆，小车进入重力感应区，同时LED上显示重量、过路费、车型。当小车通过道闸杆下的二号传感器时此时道闸杆下降，LED显示屏自动清零。如果用户手机没有钱或费用不够时，通过独立键盘的一号按钮提醒工作人员或通过自己手工付费，离开收费站，方便轻松的解决了停车场的管理和通行问题。系统结构模型图如图3-1所示：

图3-1 高速路收费站智能收费系统结构模型图

三、系统功能

1.功能

DC-DC稳压电源功能：电源采用LM2576电路分别为本系统的整个模块供电，采用两片LM2576的输出电压分别为5V和12V。

RFSIM射频读卡器：此功能采用2.4G RFSIM读卡器，该读卡器供电电源为12V，利用485转TTL模块实现RFSIM读卡器与单片机通信，将读取到的手机信号传给单片机处理。

智能传感器功能：本功能采用的核心元件是E3F-DS30C4，该传感器工作电压为5V，输出信号类型为数字量。在系统运行过程中，当没有检测到车辆时输出高电平，当检测到物体时输出低电平。J9为入口传感器，用于检测停车场入口是否有车辆;J10为出口传感器，用于检测停车场出口是否有车辆;J11、J8为防砸传感器，用于检测车辆是否通过道闸。

点阵LED显示功能：该功能在本系统主要显示车型、过路费、重量。主要采用64*64LED点阵进行显示，供电电源为5V，通过8片74HC595串并转换芯片控制列，两片74LS138译码器级联控制行。

步进电机智能开关闸功能：本模功能采用两相步进电机，外加电机驱动器。电机的供电电压为12V。本模块运用了两个步进电机分别控制出入口道闸，由于盛群单片机的PFD引脚只有一个，为了同时控制两个电机，我们采用了用继电器来切换两个电机的工作，单片机的PC0引脚用于控制继电器，PC4和PA7脚分别接入口和出口电机的方向控制端。

2.特色

（1）将最新的RFSIM技术应用在高速路收费系统，不仅实现了智能收费及付费，实现无人值守，收费站自动收费提高收费工作的效率。随着物联网的发展，手机支付的用户将会迅速更加，这也给三大运营商移动、联通、电信带来了经济效益，由此可见本作品具有广阔的市场前景。

（2）采用射频识别技术实现车辆不停车通过道闸，即方便业主又可有效减轻收费人员工作强度，还有提升收费站形象。

（3）收费系统道闸采用智能控制与手动控制相结合，到智能控制系统出现故障时，仍可通过手动控制方式实现车辆的正常通过。

（4）射频识别模块与光电传感器结合，可有效判断车辆进出，实现道闸自动无误控制。

（5）采用光电传感器能够精确检测车辆通过全过程，可精确计算出道闸应该关闭的时间，对不同车速的车辆均不会出现因闸门开启时间短而误伤车辆。

四、系统结构

1.硬件部分

系统采用可重复烧录的盛群单片机HT32为主控芯片，共分为5大核心模块，电源模块、64*64LED点阵显示模块、步进电机驱动电路模块、传感器电路、RFSIM射频读卡器模块。电源模块为系统提供电源，LED点阵模块用于显示过路费，步进电机模块用于抬道闸杆，先进地RFSIM射频读卡器用于读取手机信息和扣取费用，传感器用于检测车辆到来以及提醒单片机驱动电机降杆功能。硬件结构框图如图1所示。

图1 硬件结构框图

2.软件流程图

软件流程图见图2所示。