基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统的研究

基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统的研究

杨帆[1]2004年在《基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统的研究》文中指出蓝牙是一个开放的无线局域网协议。它为在有限距离内的信息设备的语音和数据传输提供了射频连接的可能性。这项技术取代了设备对电缆的依赖,并且可以使连接设备组成网络模式工作。蓝牙之所以受到关注,最重要的是因为它是无线连接的全球标准。它的制定是以取代电缆,并且以低成本、易操作、稳定性为基本出发点而考虑的。这些对蓝牙技术的要求不仅提出了许多挑战,同时也给了它很多机遇。蓝牙技术采用跳频扩展频谱(FHSS)技术,它的设计要求是极低的功耗、相当低的成本和抗干扰性能强。蓝牙系统包括射频单元、基带连接控制单元和连接管理软件,还包括一些上层的相应功能软件。根据交通部统计:截至1998年底,全国共有公路收费站点3112个,收费公路里程达95209千米,收费桥梁(隧道)433778个,收费人员15.5万人。预计到了2005年,这一数据将上升2倍。车辆驶过收费站需减速,使收费站成为收费公路的瓶颈,经常发生堵车,甚至交通事故。国内的公路收费系统已构成一个庞大的网络,收费方式和管理手段显得越来越重要。由于电脑人工收费系统(MTC)速度较慢,极大地影响了出入口收费站的通行能力,因此电子无线收费系统(ETC)是一个很好的解决方案。基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统是一种先进的路费收费系统,系统运用先进的蓝牙技术,能够极大地提高收费公司的管理水平和路网通行能力,解决了因停车收费排队而造成的道路拥挤状况。优点是免人工收费、免现金、免找钱、免停车等待、大大方便了道路使用者;易于各单位财务管理等,从根本上杜绝作弊现象;较现有的其他收费系统而言,成本大大降低,在未来的和现有系统改造中将极具竞争力。该系统的特点是:(1)系统先进。蓝牙射频信号全向无线识别高速运行车辆;可获知ID号、车种、车类和车辆参数等文字甚至图片信息;具有双向通信和信息交互功能,将每次收费的情况通知司机;缩短车辆进出高速公路时的停车时间,通行速度比人工收费车道提高4-6倍;(2)工作安全。蓝牙的加密和鉴权措施,实现数据的安全管理,系统可靠性高。(3)操作简易。整个收费系统均采用友好的窗口菜单界面,无需专业人员就可以很容易学会对各个系统的操作。(4)实现了市政设施的科学管理。电子货币取代现金及预警及分配车道功能,大大方便了道路使用者与交通管理系统、ETC、结算系统紧密融合,为管理部门自动提供车辆超速记录,年检情况、缴费情况以及司机的违章积分情况等。为完成本课题,我们广泛研究了1999年蓝牙SIG公布的1.0b版本协议规范以及2003年最新的1.2版本协议规范,并对蓝牙组网模式、蓝牙基带部分规范、蓝牙的信息安全机制与关键算法等都有了深刻理解。参照蓝牙规范,利用爱立信生产的蓝牙模块设计了由蓝牙技术构建的公路无线收费系统,并且开发了相应的串行口和USB驱动程序及管理软件。实验阶段已经可以实现车辆在不停车的情况下与收费站进行无线互联并交费的功能。此外,为了进一步的研究需要,我们还对蓝牙的局域网接入剖面技术作了一定的理论研究,以便将来将本系统升级为一个车辆和公路收费站的信息平台。作为蓝牙的一个新的应用,这项技术不仅能够彻底改变现行公路收费系统的低效和不足,而且为将来数字信息公路的建设创建了一个崭新的样本,有着较大的研究与经济价值。本课题的研究内容“蓝牙公路无线收费系统”已经申请国家实用新型专利与发明专利。全文共分六章。第1章为引言,概述了蓝牙技术的特点、现状与未来并介绍了本文的工作。第2章重点分析了蓝牙技术的理论,包括蓝牙无线部分规范、蓝牙基带部分规范、信道控制和网络控制、链路管理器协议、逻辑链路控制和适配协议规范,蓝牙的信息安全机制以及关键算法改进。第3章重点分析了由蓝牙技术构建的公路车辆无线收费系统的硬件设计与实现。依据本课题实现系统预期性能指标选择了ROK 101 007系列蓝牙芯片作为核心芯片。整个硬件系统由两个重要部分组成:车道固定端蓝牙检测器、车载蓝牙卡。车道固定端蓝牙检测器的设计重点与难点是蓝牙模块如何通过USB接口与微机进行通信。通过对USB HCI通信模式进行分析,设计了满足系统要求的外围电路。车载蓝牙卡也是设计的重点之一,文中详细叙述了串口驱动蓝牙模块的硬件电路实现、HCI UART传输模式以及PCM接口规范、数据与语音同步无线传输的实现、车载蓝牙卡的单片机控制的实现等。对于硬件设计中的其他问题,比如电源干扰、信号线滤波、电路板布局、节能设计等也做了一定探讨。该章的结尾对蓝牙天线的设计与选择也进行了分析。第4章是介绍本系统的软件实现。分别叙述了USB数据传输系统的程序设计、车道微机的信息管理系统以及车载蓝牙卡的软件设计。USB数据传输系统完成车道固定端蓝牙检测器与微机系统之间的数据通信与协同工作。车道微机的信息管理系统主要功能是完成对车辆蓝牙地址的识别、车辆计费、与车辆之间的信息传输等。车载蓝牙卡的应用软件主要是实现单片机与蓝牙模块之间的数据通信、单片机对蓝牙模块的控制功能等。第5章对蓝牙局域网接入剖面技术做了初步研究。主要包括:剖面概述、应用层、PPP、RFCOMM、业务发现?

贾雅琼[2]2008年在《基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统研究》文中研究说明设计出了基于蓝牙技术构建的公路车辆无线收费系统的主要软件和硬件,着重研究与分析了蓝牙系统的射频部分、基带部分、软件和应用软件层、蓝牙的信息安全机制及关键算法改进。基本实现了实验阶段的蓝牙公路车辆无线收费功能,并取得了相当好的实验效果。运用到公路收费站中,真正实现蓝牙公路无线收费系统的快速、高效、便捷与信息化功能。

俞斌, 贾雅琼[3]2008年在《基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统》文中研究指明基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统是一种先进的路费收费系统,系统运用先进的蓝牙技术,能够极大地提高收费公司的管理水平和路网通行能力,解决了因停车收费排队而造成的道路拥挤状况。

李磊[4]2008年在《动态称重系统关键技术研究》文中认为本文在对国内外已应用的动态称重系统使用现状进行研究的基础上,分析了目前使用的动态称重系统存在的问题,提出了相关的改进措施,并通过实验进行了验证。目前汽车动态称重系统主要有检测轴载荷和轮载荷两种称重方法,本文使用轴载荷称重的方法进行动态称重系统的研究。首先分析了汽车动态称重系统中影响测量精度的各种因素,得出了除影响静态称重的各种因素外还主要包括汽车速度、汽车的振动、地面激励等一系列动态因素,为研究动态称重系统中传感器选择、数据采集系统设计、数据传输系统改进和称重算法打下了基础。对比现有称重传感器的优缺点,选择了压电石英称重传感器作为动态称重传感器,设计及实现了相应的数据采集系统。介绍了当今主流的无线数据传输技术,通过对其进行分析对比可知,蓝牙可以方便实现设备之间的无线连接,具有低成本、低功耗、高速率、组网灵活等特点,是实现动态称重系统数据传输系统的理想选择,分析了现有数据传输系统的不足,确定利用蓝牙技术对现有数据传输系统进行改进,设计了蓝牙传输协议,实现了蓝牙传输。针对所选用压电石英称重传感器的信号特点及所实现的动态称重数据采集系统特性,将奇异谱分析(SSA)引入动态称重数据处理中,完成了算法设计,并通过实验,与小波分析算法进行对比,验证了算法的有效性。通过实验结果的分析,提出了进一步研究方向。

翟霞晖[5]2008年在《基于RFID不停车收费系统相关技术研究》文中提出随着我国国民经济的发展,道路运行车辆逐年增加,高速公路网络逐渐形成。但是,目前高速公路收费站所采用的人工收费方式,由于其收费时间长且效率低下,导致收费站因车辆排队交费而成为车辆快速通行的瓶颈之一。同时,由于停车缴费造成的车辆频繁制动引起的机械磨损、油耗、噪音和由此产生的大量有害尾气等问题,使得开发与研究不停车收费系统成为我国公路交通的迫切需要。适应现代公路交通的发展需求,本文探讨了一种基于RFID技术的不停车收费系统的架构,并对该系统中的关键技术进行了分析与研究。首先,在调研了目前我国公路收费系统现状的基础上,针对目前所采用的人工收费方式的缺点,研究了基于RFID技术的不停车收费系统,并从功能、组成、应用等方面详细阐述了系统的架构,指出了系统中存在的关键性技术,如射频防碰撞算法、车型图像识别等。其次,研究了射频识别技术的原理,分析了典型射频识别系统的结构及工作原理等,在此基础上,。给出了一种基于nRF401射频芯片的射频系统,并详细阐述了系统的软硬件设计。在该系统中,选用具有双串口的W77E58单片机作为阅读器模块的控制单元,利用其两个串口分别与主控制PC机和nRF401通信模块相连。在标签模块中选用功耗较低的51兼容单片机AT89S52作为其控制器,并通过串口与无线通信模块连接。然后,研究了几种基于二进制搜索的射频系统防碰撞算法,比较了各自优缺点,在此基础上,本文提出了一种改进算法──分组式二进制搜索算法。定义了该算法的命令,给出了算法数学模型及原理。仿真结果表明,在标签数为十个时,分组式二进制搜索算法识别标签的效率比修剪枝的二进制算法的效率提高了20%左右,有效地提高了射频系统中标签的识别效率。对基于时隙ALOHA算法分析的基础上,本文提出了一种改进算法──基于帧-时隙ALOHA算法的防碰撞算法,通过限制响应标签的数量,以降低冲突发生的可能性,从而提高标签的识别效率。在MATLAB上对改进算法与普通算法进行了仿真,实验结果表明,改进算法有效减少了识别标签所使用的时间,提高了识别效率。接着,在不停车收费系统的实际应用中,为了避免汽车车主通过擅自调换车载标签,以期通过改变车型信息达到少交费的不良行为,本文研究了一种基于模糊方法的车型识别技术,并讨论了24色位图转化为灰度图及中值滤波等算法。仿真实验表明,本方法可以基本实现对轿车、客车、载货汽车等车型的自动识别。最后,总结了本文的主要工作,并对下一步的工作进行了展望和规划。本文主要研究了基于RFID不停车收费系统相关技术,本文的研究对智能交通系统中的不停车收费系统做了有益的探索,对我国公路交通智能化的发展具有一定的参考价值。

高岩[6]2009年在《基于ZigBee技术的高速公路智能收费管理系统硬件技术方案设计》文中研究表明不停车收费系统(又称电子收费系统,Electronic Toll Collection System,简称ETC系统)是利用车辆自动识别(Automatic Vehicle Identification,简称AVI)技术完成车辆与收费站之间的无线数据通信,进行车辆自动识别和有关收费数据的交换,通过计算机网络进行收费数据的处理,实现不停车自动收费的全电子收费系统。其最大特点是车辆可以以较高的速度通过收费口,无须在收费站停车交费。提高了公路的交通能力、车辆运行效率。论文首先分析了国内外智能化交通的发展现状,做了大量的技术比较,并选取当前比较热门的ZigBee技术来实现不停车收费系统,设计出基于动态数据采集和ZigBee无线传感网络的高速公路不停车收费系统。本文通过讨论ZigBee技术的背景、IEEE802.15.4标准及以此为基础的ZigBee协议栈构架,掌握ZigBee的技术优势,并将其作为无线传感器网络的核心技术。分析了硬件平台各部分设计的基本思想及必要性和可行性,并基于TI公司的CC2430无线模块设计了各个功能模块具体实现电路,最终实现了无线传感器网络通信的硬件平台。还对现有无线定位方法进行了研究,并分析了现有典型无线定位系统的优势和不足,以及其经常使用的场合。基于IEEE 802.15.4标准的ZigBee技术,分析了其各种网络拓扑结构,并选择了最适合本系统的树状网络拓扑结构。然后基于成本、精确度、可行性等的分析,选择了基于RSSI测距和叁边测量的定位算法,并通过改进算法提高了系统的定位精度。

李成龙[7]2013年在《基于无线通信的小区智能停车系统研究》文中认为近年来,社会经济不断发展,人民的生活水平逐步提高,个人用车拥有量逐年上升。但是,因为目前小区交通管理方法落后、合理规划车位有限等原因,不能使小区用户更快捷的进入小区找到停车位,很显然小区车辆管理的不规范和停车引导系统的技术落后严重制约小区智能化管理的发展,这已经成为迫在眉睫的问题。本文利用先进的无线技术,力争为提高小区的交通智能化进行构建和设计。通过对欧美等发达国家在智能交通方面的发展和管理特点及应用实例的学习和研究,结合我国的基本国情和对先进的无线通信技术、射频技术和计算机技术的研究情况,建立一个综合的管理系统。并希望通过对车辆识别模块、行车道路状况管理和车辆引导系统的设计,实现实时更新小区内的空闲停车位置信息,提高查找效率;实现对小区交通路况的监控,为小区行车用户提供无拥塞路线;实现车辆的引导,为小区行车用户提供最佳行车路线,提高行车效率。通过这几个模块的功能提升小区的整体环境和管理服务质量。近几年电子信息技术发展迅猛,基于无线电子信息技术对小区智能化的研究也会不断深入,小区智能化的应用也会通过不断的革新、改善并在现实生活得到普及和推广基于无线通信的小区智能停车系统在以后的城市发展中起着不可或缺的作用。

尹刚[8]2005年在《短程无线通信在ITS不停车收费系统(ETC)中的应用》文中研究表明本文所要设计的系统是在短程无线通信技术与不停车收费系统相结合的基础上发展而来的,实现了短程无线通信技术在电子不停车收费系统中的应用。系统利用无线数传通信模块实现数据的无差错传输,为不停车收费系统的普遍应用奠定了一定的基础,具有实际意义。 该系统通过路侧无线单元与车载无线装置之间的短程通讯,在不需要司机停车和其它收费人员采取任何操作的情况下,自动完成收费处理全过程。 本文在进行系统分析后进行了简要的功能设计,主要设计了无线数据传输模块在单片机系统的控制下实现无差错的数据传输。软件方面重点介绍了单片机系统控制的实现。最后对于系统存在的干扰和抗干扰问题,提出了相应的解决办法。 短程无线通信技术不仅仅用于本系统中,它的应用很广泛,如公共交通系统的“一卡通”工程,无线数据采集系统,一旦合理的开发利用,前景广阔。

朱慧芬[9]2004年在《蓝牙技术在管理信息系统和语音接入系统中的应用》文中进行了进一步梳理随着蓝牙技术的逐渐成熟与发展,它的触角已经深入到了众多领域,蓝牙产品也是层出不穷。本论文的目的是研究蓝牙技术的应用,包含两部分内容:基于蓝牙技术的管理信息系统(MIS,Management Information System)和语音接入系统。作为前一部分研究工作的成果,开发出了部队车辆管控系统和邮政车辆管控系统;后一部分研究工作的成果是研制出了蓝牙“叁合一”电话。论文的第一部分是蓝牙技术概述。首先分析蓝牙技术的应用现状和发展前景,然后从蓝牙技术的产生和发展、特点、应用等方面介绍了蓝牙技术,阐述了在什么场合可以使用蓝牙技术。最后介绍蓝牙应用产品开发的基本框架─蓝牙应用规范的含义和通用接入应用规范。论文第二部分的主题是基于蓝牙技术的车辆管控系统。针对原有车辆管理系统的缺陷,提出了把蓝牙技术融合到车辆管理系统中的智能化应用方案。基于此方案已经具体实现了两种车辆管控系统:部队车辆管控系统和邮政车辆管控系统。首先分析基于蓝牙技术的车辆管控系统涉及到的蓝牙技术要素,然后简要介绍这两个系统的系统结构和工作流程,最后重点说明蓝牙智能车载卡的设计和实现。论文的第叁部分工作对蓝牙PSTN接入系统做了深入研究,研制出了一种重要的终端产品—蓝牙“叁合一”电话。首先从语音编码和语音传输两方面介绍蓝牙技术的语音处理方式,接下来讨论基于蓝牙技术的PSTN接入系统涉及到的蓝牙技术要素,然后从网关和终端、网关和网络两方面介绍蓝牙PSTN接入系统的结构和功能,最后重点说明蓝牙“叁合一”电话的设计和实现。作为本论文研究成果之一的车辆管控系统已经在相关单位投入试运行,目前使用效果良好,大规模的推广使用指日可待;经过验证,蓝牙“叁合一”电话完全符合蓝牙规范的要求,同时也能够实现蜂窝手机的基本功能,为蓝牙“叁合一”电话应用的推广打下了良好的基础。

李娟[10]2012年在《基于ZigBee技术的收费站人员设备定位系统研究》文中认为近年来,随着各个省市高速公路路网的逐步形成,全国高速公路路网也基本建立起来,为人们出行提供了很大的便利,也为国民经济的又好又快发展奠定了基础。但在运营管理方面,由于各省份的管理体制、收费标准不一致,人员及土地的高成本,路径识别与拆分账还没完全解决,人工半自动收费仍占大多数等原因,造成收费站管理效率低、人为偷逃费、环境污染等问题日益凸显。亟需利用当前的科技技术、信息技术构建一种数字化高速公路管理新模式,以在实现交通运输智能化的同时,也实现交通管理的信息化与高效化。在此背景下,本文利用物联网技术,设计了一种针对收费站区域,对工作人员与设备进行管理的定位系统,以提高收费站人员管理效率、实现设备检测与维护智能化。物联网技术近几年发展迅速,技术水平越来越成熟,已成功应用在众多领域,从技术的角度讲,物联网就是无线传感器网络的应用。本文所设计的ZigBee人员设备定位系统,利用ZigBee无线技术构成一种无线传感器网络,通过节点之间的部署关系相互感知,再结合电磁波信号传输模型、定位算法理论、相关的软硬件技术就可以获取目标对象的具体位置信息。文章基于RSSI定位机制,在定位算法方面,利用高斯模型对RSSI信号的接收与处理做了改进,进一步提高了定位精度;此外,设计了定位系统的主要硬件模块:电源模块、CC2430/CC2431核心板、节点底座模块等;对系统运行的ZigBee协议栈和各节点的工作流程进行了详细分析。最后以西汉高速户县收费站为应用场景,对系统进行了实地测试与安装,经过调试运行,定位系统能基本上实现对收费站工作人员、重要设备的定位与监测,在一定程度上,对工作人员起到了督促作用,提高了管理效率。

参考文献:

[1]. 基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统的研究[D]. 杨帆. 吉林大学. 2004

[2]. 基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统研究[J]. 贾雅琼. 电子测试. 2008

[3]. 基于蓝牙技术的公路车辆无线收费系统[J]. 俞斌, 贾雅琼. 电气时代. 2008

[4]. 动态称重系统关键技术研究[D]. 李磊. 长安大学. 2008

[5]. 基于RFID不停车收费系统相关技术研究[D]. 翟霞晖. 东华大学. 2008

[6]. 基于ZigBee技术的高速公路智能收费管理系统硬件技术方案设计[D]. 高岩. 北京邮电大学. 2009

[7]. 基于无线通信的小区智能停车系统研究[D]. 李成龙. 东北石油大学. 2013

[8]. 短程无线通信在ITS不停车收费系统(ETC)中的应用[D]. 尹刚. 吉林大学. 2005

[9]. 蓝牙技术在管理信息系统和语音接入系统中的应用[D]. 朱慧芬. 东南大学. 2004

[10]. 基于ZigBee技术的收费站人员设备定位系统研究[D]. 李娟. 长安大学. 2012

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