基于NFC+3G技術(shù)的停車收費系統(tǒng)設(shè)計探討

　　現(xiàn)有的停車收費系統(tǒng)一般采用人工收費和刷卡收費.其中，人工收費除了需耗費大量人力資源外，還容易出現(xiàn)多收、少收和漏收的情況，效率低下.而刷卡收費是使用指定地點辦理的IC 卡刷卡進行停車消費，但既有的通過刷IC 卡進行收費的停車場互不兼容，每使用一個系統(tǒng)就要求用戶帶一張卡，給用戶帶來了極大的不便.用戶不能得到實時消費信息，且消費明細難以查詢.

　　為了彌補以上收費方式的不足，本文提出了一種基于NFC+3G 技術(shù)的停車收費系統(tǒng).它將NFC 技術(shù)集成在人們出門必帶的移動設(shè)備上，減少了用戶的帶卡量，給用戶帶來了方便.在付費時，該系統(tǒng)只需車主刷兩下移動設(shè)備即可.它不但具有刷卡收費優(yōu)點，且消費后會得到實時賬單.此外，用戶也可通過3G 網(wǎng)絡(luò)獲取和查詢相應(yīng)的消費信息.同時，在出入口設(shè)置攝像機獲取車牌信息，將車牌號與移動設(shè)備號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

　　系統(tǒng)的構(gòu)成圖如圖1 所示，由圖1 可知，停車場收費系統(tǒng)主要由LPC2418 、上位機、紅外檢測單元、計時收費單元、3G 通信單元以及輔助單元組成.各個單元互相配合以實現(xiàn)對車輛進出停車場以及計時收費的管理.

　　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，可負責協(xié)調(diào)各個模塊間的有序工作.如:控制紅外檢測模塊對車輛信息進行采集及處理，控制讀寫器接收發(fā)送停車數(shù)據(jù)等.由于LPC2148 比單片機的速度更快、接口更多，系統(tǒng)可根據(jù)日后需要，利用預留接口擴展相應(yīng)的功能.

　　(2) 計時收費單元.該單元由NFC 移動設(shè)備和IC 卡讀寫器組成，主要運用NFC 技術(shù)進行信息交換.NFC(Near Field Communication) 融合了非接觸式識別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠快速自動地建立短距離無線網(wǎng)絡(luò)，為移動設(shè)備提供輕松、安全、迅速而自動的通信口.

　　本單元通過刷NFC 移動設(shè)備觸發(fā)LPC2148 記錄進入停車場的時間，并在第二次刷移動設(shè)備即出停車場時扣除相應(yīng)的停車費用.付費成功后，移動運營商會通過3G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送此次消費清單至NFC 移動設(shè)備上.此外，用戶也可以通過移動設(shè)備的3G 網(wǎng)絡(luò)或者Internet 登陸相應(yīng)網(wǎng)站查詢其消費明細信息.

　　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設(shè)備逃避付費.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設(shè)備，或取車時，再在人、出口各刷一次移動設(shè)備以減少停車時長的情況.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)之間用逗號隔開以便于系統(tǒng)加密、解密及識別數(shù)據(jù).只有當一條數(shù)據(jù)的出入場標志是O 和一條數(shù)據(jù)的出入場標志為1 時，才算完整的付費信息.若兩條數(shù)據(jù)的出入場標志均為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設(shè)備以減少停車費用的情況.此外，數(shù)據(jù)中將移動設(shè)備號和車牌號同時傳輸，也可防止開低級車入場，換高級車出場的偷車情況.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).當車輛進入檢測區(qū)域，某點紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外信號被擋住，紅外探測器因此檢測不到應(yīng)該接收到的信號，這樣便能確認對應(yīng)點之間有物體.運用這個原理，垂直探測器陣列各點從上到下進行檢測，水平探測器陣列從外向內(nèi)檢測，得到車輛各個位置的高度Hl ,H2 ， H3' … ， HN' 取其中的最大高度Hmax 作為車輛的高度H. 當車輛完全進入檢測區(qū)域，通過兩個相隔最遠且檢測不到信號的水平檢測點的距離確定車長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)對車輛進行分類.

　　表1車輛分類標準

　　(4) 上位機.上位機主要用于監(jiān)控收費系統(tǒng)運行狀況，數(shù)據(jù)庫的存儲和更新.同時，上位機還能通過Internet 將統(tǒng)計匯總的停車數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的網(wǎng)站，便于用戶查詢消費信息以及核對賬戶.上位機另外一個重要功能是車牌識別.該功能的實現(xiàn)過程是監(jiān)控收費系統(tǒng)利用安裝在上位機中的車牌識別程序提取車牌，并將提取的車牌信息與時間信息等捆綁在一起以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的存儲及更新功能，車牌識別過程如下:

　　其中，在字符分割中運用了雙峰法的自適應(yīng)闊值選擇法，而字符識別則采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這樣能大大提高車牌的識別率[6J 同時，上位機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時，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用) ，則3G 網(wǎng)關(guān)發(fā)送支付失敗消息至用戶手機;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，以便用戶實時獲取停車信息.與此同時，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，可很好地滿足實時信息獲取的需求.當然，也可根據(jù)日后的需要向用戶傳輸車輛停車期間的實時監(jiān)控圖片和視頻等.

　　(6) 輔助單元.輔助單元包括門閘驅(qū)動和電動門閘、語音播放、外部顯示、出口地下線圈、攝像機及打印機等.門閘驅(qū)動通過接收LPC2148 發(fā)出的開關(guān)命令，使電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電動門閘的開啟和關(guān)閉.語音播放模塊采用IDS 系列語音芯片.在刷移動設(shè)備成功的情況下，進入停車場時，播放"歡迎光臨"，離開停車場時播放"歡迎下次光臨"在刷移動設(shè)備不成功的情況下，播放相應(yīng)的出錯信息，如資金不足以支付停車費用時播放"余額不足，請手工付費并盡快充值"外部顯示分為兩部分，一部分用于顯示當前停車場空位數(shù)和收費標準.另一部分用于顯示當前時間、移動設(shè)備內(nèi)金額、停車時長和停車費用(在收費時顯示) .出口地下線圈用于檢測出口處車輛到來，攝像機主要用來獲取車牌的圖像，而打印機主要用于打印報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位.

　　(2) 上位機管理程序.上位機以Visual Basic6. 0 開發(fā)軟件，運用ADO 技術(shù)對數(shù)據(jù)庫進行訪問[7J 工作人員可以通過管理程序的人機界面對系統(tǒng)的各種信息進行管理.整個管理程序分為登錄模塊、計費模塊、查詢模塊、報表模塊及參數(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擊確定即進入主界面，如圖3所示. 主界面能顯示當前進出停車場車輛的狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)，同一車輛出場后會自動顯示停留時間和所需收的金額，這里需用到計費模塊，它用于記錄相應(yīng)的停車信息，如車輛進出場時間等.點擊主界面的查詢選項就會出現(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間，只需報出進場時刷的移動設(shè)備號即能查詢出車輛停放時間便于收費.點擊主界面的報表菜單根據(jù)需要選擇查看的報表類型，這里分為日收入，月收入以及年收入，它主要是將一個月或幾個月的停車收費信息統(tǒng)計成表格，方便工作人員以及停車場經(jīng)營者查看收益.點擊主界面的系統(tǒng)設(shè)置就會出現(xiàn)如圖4 所示界面，即參數(shù)模塊，它是用于設(shè)置車輛收費標準等.

　　2 系統(tǒng)的特點

　　2. 1 安全性

　　系統(tǒng)采用NFC 技術(shù)進行停車收費，也就是說具有一定的安全管理機制，能很好地克服人工收費可能存在的舞弊現(xiàn)象以及刷卡收費不具有安全管理機制的缺點.與此同時，該系統(tǒng)將車牌號和移動設(shè)備號碼捆綁傳輸，從而保證了車輛的安全.付費后， 3G 網(wǎng)關(guān)會發(fā)送消費信息至用戶的移動設(shè)備，用戶可通過此信息確定消費以及查詢消費賬單，解決了人工收費和刷卡收費不能實時查詢信息.

　　2.2 可靠性

　　系統(tǒng)利用LPC2148 自帶的實時時鐘記錄停車時間，能很好地克服人工收費不能自動準確計時的缺點.同時，在車牌識別環(huán)節(jié)中均會留存車輛進出停車場時抓拍的照片以備查詢核對;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)采用移動設(shè)備作為停車收費的載體，可實現(xiàn)用戶在不同的停車收費系統(tǒng)或外地的停車收費系統(tǒng)均能繳費，很好地克服了刷卡收費的停車收費系統(tǒng)各自為陣，每個系統(tǒng)均需辦理IC 卡的缺點.而3G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的廣泛使用戶在郊區(qū)和偏遠地區(qū)均能使用該系統(tǒng)進行停車繳費.

　　3 結(jié)論

　　本文結(jié)合NFC+3G 技術(shù)以及嵌入式技術(shù)設(shè)計了一個停車場收費系統(tǒng)，利用移動設(shè)備和3G 技術(shù)的普及，減少了用戶帶卡的不便，同時，實現(xiàn)了獲取實時賬單，通過3G 或Internet 查詢詳細清單的功能.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)線圈對地表的傷害，而紅外設(shè)備價錢的低廉也節(jié)約了成本.同時，該系統(tǒng)采用車牌號和移動設(shè)備號碼的捆綁傳輸保證了車輛的安全.此外，該系統(tǒng)的上位機界面友好、操作簡單，使停車場的收費系統(tǒng)信息化，方便了工作人員的管理和調(diào)度.