本發明屬于(yu)智能收(shou)費機，具(ju)體涉(she)及(ji)一種(zhong)基于(yu)工業(ye)機器(qi)人(ren)技(ji)術(shu)、傳感(gan)器(qi)感(gan)應技(ji)術(shu)、微機控制(zhi)技(ji)術(shu)的(de)自(zi)動(dong)不停車收(shou)卡(ka)系統。

背景技術：

1、隨著(zhu)我(wo)國汽車(che)(che)(che)行業(ye)的(de)迅速(su)發展，汽車(che)(che)(che)擁有(you)(you)量(liang)不斷增加(jia)(jia)，導致高(gao)速(su)收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)的(de)巨大壓力，高(gao)速(su)收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)站(zhan)交(jiao)通(tong)擁堵(du)事件(jian)層(ceng)出不窮。目(mu)前，隨著(zhu)etc快速(su)的(de)發展以及(ji)etc車(che)(che)(che)輛(liang)(liang)大力普及(ji)、數(shu)量(liang)大幅增長(chang)，在我(wo)國高(gao)速(su)公(gong)路省界收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)站(zhan)工程被取消條件(jian)下[4]，收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)站(zhan)etc專用(yong)車(che)(che)(che)道數(shu)量(liang)也(ye)隨之增加(jia)(jia)，但(dan)仍然存在部分etc貨車(che)(che)(che)和約25%以上沒裝etc車(che)(che)(che)輛(liang)(liang)，需(xu)要(yao)走混合(he)車(che)(che)(che)道人(ren)(ren)工繳費(fei)(fei)(fei)，或者通(tong)過半(ban)自動(dong)(dong)收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)完成高(gao)速(su)繳費(fei)(fei)(fei)。目(mu)前，在高(gao)速(su)公(gong)路收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)站(zhan)使用(yong)的(de)半(ban)自動(dong)(dong)智(zhi)能(neng)收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)設備以及(ji)etc，即使收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)工作的(de)效率大幅度提升(sheng)了，但(dan)現階(jie)段的(de)etc收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)和半(ban)自動(dong)(dong)收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)設備仍然存在著(zhu)不足(zu)，半(ban)自動(dong)(dong)智(zhi)能(neng)收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)系統降低了車(che)(che)(che)輛(liang)(liang)通(tong)行效率和加(jia)(jia)大了成本投入。半(ban)自動(dong)(dong)智(zhi)能(neng)收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)還需(xu)要(yao)人(ren)(ren)工確認車(che)(che)(che)牌信息(xi)并幫人(ren)(ren)工刷ic卡，并沒達到去人(ren)(ren)化(hua)。人(ren)(ren)工收(shou)(shou)(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)有(you)(you)時由于停車(che)(che)(che)位置距(ju)離(li)遠導致收(shou)(shou)(shou)(shou)卡難度大。

2、我(wo)國(guo)(guo)智(zhi)(zhi)能交通(tong)系(xi)統(tong)也在上(shang)世(shi)紀七八十年代開始(shi)了研究(jiu)，主要針對(dui)車(che)(che)(che)輛(liang)動(dong)(dong)態(tai)識別、車(che)(che)(che)輛(liang)信息采集、道路交通(tong)管(guan)理等(deng)，直到2000年才正式(shi)建立(li)和研究(jiu)成功，電子收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)系(xi)統(tong)也被(bei)納(na)入(ru)該體系(xi)。到十九世(shi)紀初期，美國(guo)(guo)ti公司生產的智(zhi)(zhi)能收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)設備被(bei)廣東省(sheng)率(lv)先(xian)采購并(bing)投(tou)入(ru)收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)站使用，并(bing)投(tou)入(ru)到包括佛(fo)山、順德等(deng)地的40多條收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)車(che)(che)(che)道，車(che)(che)(che)道通(tong)行效(xiao)率(lv)得(de)到大大的提高。隨后，我(wo)國(guo)(guo)各地高速(su)收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)站逐(zhu)步應用智(zhi)(zhi)能收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)系(xi)統(tong)。上(shang)海虹橋國(guo)(guo)際機場最早于2001年開通(tong)車(che)(che)(che)道，通(tong)過(guo)將車(che)(che)(che)載(zai)設備安裝在擋風玻璃上(shang)可以(yi)與收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)站的天線通(tong)信，通(tong)過(guo)計算機技(ji)術和后臺結算，可以(yi)使繳(jiao)費(fei)(fei)(fei)(fei)車(che)(che)(che)輛(liang)達到不(bu)停車(che)(che)(che)收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)的目的。現(xian)階段的收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)模式(shi)、智(zhi)(zhi)能設備仍然存在著(zhu)不(bu)足(zu)，半自動(dong)(dong)智(zhi)(zhi)能收(shou)(shou)費(fei)(fei)(fei)(fei)還需(xu)人工(gong)確認(ren)車(che)(che)(che)牌(pai)信息并(bing)幫人工(gong)刷ic卡(ka)，并(bing)未完全達到去人化，在一定程度(du)上(shang)還會(hui)影(ying)響車(che)(che)(che)輛(liang)通(tong)行效(xiao)率(lv)和加大成本投(tou)入(ru)。

技術實現思路

1、發(fa)明(ming)(ming)目的(de)(de)(de)：本發(fa)明(ming)(ming)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是為(wei)了解決現有(you)的(de)(de)(de)技術(shu)不足，提(ti)供一種自動不停車(che)收(shou)(shou)卡系統，實現高速公路收(shou)(shou)費(fei)站出口(kou)服務(wu)的(de)(de)(de)智能化水平，提(ti)升高速公路收(shou)(shou)費(fei)站出口(kou)的(de)(de)(de)車(che)輛的(de)(de)(de)通行效率，降低收(shou)(shou)費(fei)站在(zai)人工成(cheng)本上的(de)(de)(de)投入(ru)。

2、技(ji)(ji)術方(fang)案：本發明所述的(de)一(yi)種自動(dong)(dong)不停車(che)(che)收(shou)(shou)卡系(xi)統(tong)，其特征在于：包(bao)括總體機械結(jie)(jie)構設(she)(she)計(ji)、電控(kong)系(xi)統(tong)設(she)(she)計(ji)、單片機控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)設(she)(she)計(ji)、業務(wu)系(xi)統(tong)功能(neng)定(ding)義及(ji)設(she)(she)計(ji)。通過集成車(che)(che)輛傳(chuan)感(gan)器位(wei)置識別、ic卡自動(dong)(dong)回收(shou)(shou)、便(bian)捷(jie)的(de)非現金支付(fu)展開設(she)(she)計(ji)收(shou)(shou)卡設(she)(she)備(bei)(bei)。采用工業機器人(ren)技(ji)(ji)術、傳(chuan)感(gan)器感(gan)應技(ji)(ji)術、微(wei)機控(kong)制(zhi)技(ji)(ji)術相互結(jie)(jie)合(he)，實現高速智能(neng)收(shou)(shou)卡機精(jing)確識別不同的(de)車(che)(che)型(xing)、車(che)(che)距以及(ji)司機位(wei)置，并設(she)(she)計(ji)機械結(jie)(jie)構和控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)，實現對ic卡的(de)自動(dong)(dong)回取、打印發票等收(shou)(shou)費(fei)業務(wu)，以及(ji)收(shou)(shou)費(fei)流(liu)程(cheng)動(dong)(dong)作的(de)自動(dong)(dong)化控(kong)制(zhi)，實現智能(neng)設(she)(she)備(bei)(bei)代替人(ren)工收(shou)(shou)費(fei)的(de)效果。包(bao)括以下內容：

3、（1）收卡機(ji)(ji)參數(shu)的探究(jiu)和整體的方案確定：探究(jiu)定位車(che)輛司機(ji)(ji)的位置(zhi)的方法，進(jin)而(er)(er)統計(ji)市(shi)面現有車(che)輛的車(che)高，確定不同車(che)型(xing)的收卡高度，進(jin)而(er)(er)對傳感器進(jin)行布置(zhi)，最后得出(chu)收卡設備的工作范(fan)圍參數(shu)。

4、（2）根據設(she)(she)(she)(she)(she)(she)備(bei)所需(xu)功能，確(que)定收(shou)卡(ka)設(she)(she)(she)(she)(she)(she)備(bei)的整(zheng)(zheng)體(ti)(ti)設(she)(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)方案。其(qi)中包(bao)括收(shou)費流程設(she)(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)和(he)控制(zhi)系設(she)(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)以(yi)及整(zheng)(zheng)機結(jie)構設(she)(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)。整(zheng)(zheng)體(ti)(ti)結(jie)構設(she)(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)包(bao)括升降平臺(tai)設(she)(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)、收(shou)卡(ka)機構設(she)(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)、工業機械(xie)臂結(jie)構設(she)(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)以(yi)及機箱結(jie)構設(she)(she)(she)(she)(she)(she)計(ji)；根據整(zheng)(zheng)體(ti)(ti)結(jie)構方案利用solidworks軟件對該收(shou)卡(ka)設(she)(she)(she)(she)(she)(she)備(bei)進行(xing)三維模型建模。

5、（3）機(ji)(ji)械(xie)臂(bei)(bei)設(she)計與仿真：首先(xian)根據整機(ji)(ji)設(she)備的(de)(de)(de)(de)工(gong)作范(fan)(fan)圍計算得(de)(de)出六軸(zhou)機(ji)(ji)械(xie)臂(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)工(gong)作范(fan)(fan)圍，通(tong)過solidworks軟件對(dui)六軸(zhou)機(ji)(ji)械(xie)臂(bei)(bei)設(she)計三維建模。在所設(she)計的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)臂(bei)(bei)上建立坐標(biao)，通(tong)過坐標(biao)和連桿(gan)的(de)(de)(de)(de)分析可以得(de)(de)出機(ji)(ji)械(xie)臂(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)dh參數表(biao)，相鄰的(de)(de)(de)(de)兩桿(gan)的(de)(de)(de)(de)空間坐標(biao)系變化用(yong)4×4的(de)(de)(de)(de)齊次變換矩陣來描述，對(dui)六軸(zhou)機(ji)(ji)械(xie)臂(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)正運動學求解(jie)。并(bing)對(dui)機(ji)(ji)械(xie)臂(bei)(bei)逆運動學求解(jie)，用(yong)五次多項式(shi)對(dui)機(ji)(ji)械(xie)臂(bei)(bei)軌跡規(gui)劃，

6、（4）用(yong)matlab對(dui)六軸工業機(ji)(ji)(ji)械(xie)正(zheng)運動學仿(fang)真以(yi)及軌跡規劃仿(fang)真，驗證六軸機(ji)(ji)(ji)械(xie)臂(bei)的(de)(de)設(she)計的(de)(de)正(zheng)確(que)性(xing)。用(yong)adams運動仿(fang)真軟件，對(dui)機(ji)(ji)(ji)械(xie)臂(bei)的(de)(de)關(guan)節(jie)力矩以(yi)及加速度(du)仿(fang)真，驗證機(ji)(ji)(ji)械(xie)臂(bei)的(de)(de)合理(li)性(xing)。

7、（5）控制(zhi)系(xi)統(tong)設(she)計設(she)計：根據整(zheng)體(ti)方(fang)(fang)案以(yi)(yi)及(ji)收卡設(she)備(bei)(bei)的(de)功能需(xu)求，完(wan)成(cheng)控制(zhi)總體(ti)設(she)計。硬件方(fang)(fang)面，采用型號(hao)為stm32f103vbt6作為設(she)備(bei)(bei)的(de)微控制(zhi)器(qi)，收卡控制(zhi)系(xi)統(tong)有(you)以(yi)(yi)下(xia)電路模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)：步(bu)進電機(ji)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、語(yu)音聲控模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、stm32最小系(xi)統(tong)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、lcd顯示(shi)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)、i2c通信模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)以(yi)(yi)及(ji)反饋模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)。完(wan)成(cheng)設(she)備(bei)(bei)的(de)各(ge)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)的(de)硬件電路設(she)計，確定(ding)設(she)備(bei)(bei)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)的(de)傳感器(qi)選型。軟(ruan)件方(fang)(fang)面，根據設(she)備(bei)(bei)的(de)控制(zhi)方(fang)(fang)案，利用keil5軟(ruan)件對設(she)備(bei)(bei)邏輯控制(zhi)系(xi)統(tong)程序設(she)計。

8、（6）收卡(ka)設(she)備(bei)(bei)樣機(ji)調試(shi)與(yu)測試(shi)：搭建收卡(ka)設(she)備(bei)(bei)的(de)樣機(ji)，連接電氣控制(zhi)系統(tong)，并(bing)對(dui)收卡(ka)機(ji)設(she)備(bei)(bei)樣機(ji)運行調試(shi)。為了確保(bao)其定位(wei)精度(du)，對(dui)收卡(ka)做了重復定位(wei)精度(du)實驗(yan)(yan)。驗(yan)(yan)證設(she)計的(de)收卡(ka)裝置(zhi)滿(man)足收卡(ka)的(de)要(yao)求。

9、所述的(de)整機結(jie)構(gou)設計(ji)包括(kuo)收卡機構(gou)設計(ji)、ic卡的(de)清(qing)洗消毒(du)機構(gou)設計(ji)、工(gong)(gong)業(ye)機械(xie)(xie)臂(bei)結(jie)構(gou)設計(ji)以(yi)及機箱結(jie)構(gou)設計(ji)。機械(xie)(xie)臂(bei)采用六軸(zhou)(zhou)工(gong)(gong)業(ye)機械(xie)(xie)臂(bei)，運動(dong)機構(gou)包括(kuo)升(sheng)降平(ping)臺機構(gou)、收卡運動(dong)部件(jian)(jian)、機械(xie)(xie)臂(bei)部件(jian)(jian)。根(gen)據車型的(de)不同，要(yao)求機械(xie)(xie)臂(bei)收卡模塊上z軸(zhou)(zhou)升(sheng)高(gao)度可(ke)調(diao)；根(gen)據車輛停止位置的(de)水平(ping)和前后(hou)遠近距離，要(yao)求機械(xie)(xie)臂(bei)收卡/支付(fu)模塊下(xia)、x軸(zhou)(zhou)伸縮距離和z軸(zhou)(zhou)旋轉底座可(ke)調(diao)。根(gen)據以(yi)上描述可(ke)以(yi)選用六軸(zhou)(zhou)工(gong)(gong)業(ye)機械(xie)(xie)臂(bei)來代替工(gong)(gong)作(zuo)員工(gong)(gong)對ic卡。

10、所述的(de)全(quan)自(zi)動(dong)收卡(ka)機(ji)由收卡(ka)模塊、機(ji)械運動(dong)模塊、傳感器測位置(zhi)模塊、單片機(ji)控制模塊等組成。

11、進一步的，所述的收(shou)卡模(mo)塊主要(yao)負(fu)責對(dui)ic卡的收(shou)取、對(dui)費用的收(shou)取、和發票的打印。

12、進一(yi)步的，所(suo)述的機(ji)(ji)械運動模塊主要由機(ji)(ji)械機(ji)(ji)構(gou)(gou)、收(shou)卡機(ji)(ji)構(gou)(gou)、機(ji)(ji)械臂(bei)機(ji)(ji)構(gou)(gou)、升降機(ji)(ji)構(gou)(gou)、機(ji)(ji)箱外觀(guan)結構(gou)(gou)設計所(suo)組(zu)成，滿足取(qu)卡收(shou)費整(zheng)個流(liu)程。。

13、進一步的(de)，所述的(de)傳感器測位(wei)置模塊主要負責(ze)對(dui)車輛的(de)停靠位(wei)置和車輛的(de)大(da)小的(de)識別(bie)，從(cong)而能準確的(de)識別(bie)到司機的(de)位(wei)置。

14、進一步的，所述的單片機控(kong)制模(mo)塊需要(yao)負責對傳感器的信號采集(ji)、以及機械結(jie)構運動控(kong)制。

15、?本發明(ming)還公開了一種(zhong)自(zi)動不停車(che)(che)收(shou)卡(ka)(ka)(ka)(ka)系統的控制方法，其特(te)征在(zai)(zai)于：當有車(che)(che)輛(liang)經(jing)過收(shou)費(fei)車(che)(che)道設置(zhi)的地(di)感線圈時(shi)，系統可以檢測到(dao)來車(che)(che)信號(hao)，信號(hao)經(jing)過單(dan)片(pian)機(ji)傳(chuan)送到(dao)pc機(ji)和收(shou)費(fei)軟件，啟動ccd攝(she)像(xiang)機(ji)，對(dui)來車(che)(che)進(jin)(jin)行(xing)(xing)圖(tu)像(xiang)采集，采集圖(tu)像(xiang)經(jing)dsp芯(xin)片(pian)處理(li)經(jing)過車(che)(che)型識別算法判別，以實現對(dui)多種(zhong)車(che)(che)輛(liang)信息以及特(te)點的識別，對(dui)車(che)(che)身顏色，車(che)(che)牌，車(che)(che)標(biao)等進(jin)(jin)行(xing)(xing)精(jing)確識別。在(zai)(zai)給?ic卡(ka)(ka)(ka)(ka)計費(fei)系統發送一個預備信號(hao)的情況下，確定一個計費(fei)標(biao)準。在(zai)(zai)車(che)(che)輛(liang)抵達(da)繳費(fei)地(di)點時(shi)，司機(ji)持自(zi)己的ic卡(ka)(ka)(ka)(ka)繳納(na)費(fei)用，利用工業機(ji)械臂收(shou)卡(ka)(ka)(ka)(ka)模塊對(dui)ic卡(ka)(ka)(ka)(ka)進(jin)(jin)行(xing)(xing)回收(shou)。在(zai)(zai)系統確定該卡(ka)(ka)(ka)(ka)片(pian)為(wei)有效卡(ka)(ka)(ka)(ka)片(pian)后，對(dui)卡(ka)(ka)(ka)(ka)片(pian)進(jin)(jin)行(xing)(xing)讀取并記錄該次使用情況，顯示報價，司機(ji)支付成功后方可通(tong)行(xing)(xing)。同(tong)時(shi)，將該卡(ka)(ka)(ka)(ka)繳費(fei)信息傳(chuan)輸到(dao)pc機(ji)中(zhong)進(jin)(jin)行(xing)(xing)存(cun)儲，方便人員(yuan)進(jin)(jin)行(xing)(xing)查(cha)詢，結(jie)算中(zhong)心進(jin)(jin)行(xing)(xing)統計，管理(li)部門做出(chu)決策。包(bao)括如下步驟：

16、(1)?混合車(che)道地感(gan)線圈感(gan)應來車(che)，并(bing)向收費系(xi)統(tong)發送信號；如果是貨車(che)并(bing)對其稱重；傳感(gan)器檢測設(she)別(bie)車(che)輛(liang)位置。

17、?(2)?智(zhi)能(neng)收卡機伸出(chu)機械臂末(mo)端的收卡支付模塊。

18、?(3)?司(si)機插入通行(xing)卡(ka)，讀卡(ka)器讀取通行(xing)卡(ka)信(xin)息(xi)。

19、?(4)?司機(ji)自(zi)助(zhu)支付通行費。

20、?(5)?非現(xian)金支付(fu)完成后，打印(yin)發票和回收通(tong)行卡。

21、?(6)?打(da)印發票(piao)，司機(ji)取票(piao)成功后，設備發送自動抬扛放行信號

22、進(jin)一(yi)步(bu)的，步(bu)驟(1)的具體流程為：運動模(mo)塊控制(zhi)(zhi)，通過紅外(wai)線測距激光測量(liang)出的汽車(che)(che)的垂直高度，以及設備與汽車(che)(che)之間的橫向(xiang)距離，準確地控制(zhi)(zhi)了汽車(che)(che)的收卡模(mo)塊，使其能夠(gou)迅速地達到(dao)工作位(wei)置。

23、進一步(bu)的，步(bu)驟(2)-(3)的具體流程為：精準控制通行(xing)(xing)卡(ka)的位置，當(dang)插入通行(xing)(xing)卡(ka)時，利用限位傳感器當(dang)通行(xing)(xing)卡(ka)到達讀卡(ka)區(qu)域時需立即停止轉動(dong)；

24、進(jin)一(yi)步(bu)的，步(bu)驟(6)的具(ju)體流程(cheng)為：打印發(fa)(fa)票時(shi)，對傳送發(fa)(fa)票電機轉(zhuan)動時(shi)間控(kong)制，當發(fa)(fa)票到達指定位(wei)置即(ji)刻停止(zhi)。