新型公交车载收费系统研究

摘要
   提出一种新型公交车载收费系统，介绍其体系构成、运作原理、实现收费、定位、数据传输的关键技术。系统主要由中心控制平台与车载终端构成。车载终端由IC读写器、GPRS收发模块、GPS收发模块构成，通过读写乘客所持IC卡，修改其电子钱包的内容，通过GPS收发模块确定乘客上下车站点，从而计算乘客应付费用，通过GPRS收发模块将相应营业信息、车况、路况等数据发送给车辆监控中心。中心控制平台连接在INTERNET网络上具有固定IP，负责接收、处理、显示所辖车辆上传的各种信息，为调度人员提供详细、准确的参考数据。该系统综合利用电子货币、计算机结算、卫星定位、无线数据传输等先进技术，提供一个全面、智能的数据化信息平台。
关键词  射频读写器 GPRS PPP协议  数据存储
　　
1 引言
     公交系统作为城市交通不可缺少的重要组成部分，是一种短距离、大客流量、分布范围广大、灵活性较差的交通形式，提高现有系统性能效率的突破点在于实现各种操作的电子化、地理位置信息化、运营状况透明化。
     目前公交系统使用的收费体制绝大部分依赖人工操作，工作人员负担繁重、成本高、非客观因素影响大。并且，所属公交车在运行的绝大部分时间内与中心脱离联系，基本失去控制，中心无法及时准确地获得车况路况信息，很难做到宏观把握与灵活调度。现有的一些电子收费系统由于缺乏定位信息，只能使用单一票价的简单收费方法。穿梭于城市与郊区的长途公交车，其行驶距离长、按里程收费，故无法使用上述系统。针对现有状况，本文提出一种新型系统，它使用电子货币、计算机结算、卫星定位、无线数据传输等先进技术，基本解决公交系统的上述问题。
     本系统分为中心控制平台与车载终端两大部分。中心通过INTERNET或GPRS网络与移动车载终端交互各种信息，利用mapinfo控件可实时的在电子地图上显示所辖车辆的准确位置和客流信息。车载终端使用单片机完成对系统控制，各功能模块分别为IC卡读写器，GPRS模块、GPS模块，其中射频IC卡读写器模块提供友好的用户界面，完成对乘客所持IC卡真伪性鉴别与快速收费；利用GPS接收机提供信息实现按里程记价与车辆定位；GPRS收发模块完成数据上传与接收监控中心下发的信息。系统的设计思想为充分使用现有的电信无线网络、GPS卫星体系，同时完成收费、定位、通信、监管各项功能。
     由于公交车运行在比较恶劣的环境中，供电不稳定、温差起伏大、电磁干扰强、颠簸振动频繁发生，设计硬件时综合考虑各种因素并采取相应抗干扰的措施，以提高设备的可靠性与稳定性。
                                                                                                                                 
2 车载收费系统总体设计
   系统可划分成中心部分和车载部分，中心可利用连接在网络上的微机完成数据接收、分析、存储、显示，主要侧重于软件设计以保障数据的安全、信息流量的控制、网络通信的畅通，软件框图如图1。
　　车载部分是一个独立的移动终端，系统硬件框图如图2。其中，射频读写器是我们具有自主知识产权的研究成果，5V电源供电，能兼容TYPE A、B、MIFARE等类型IC卡，读写距离6厘米，一次读写时间600ms。用户界面提供人机交流的接口，包括液晶显示屏、16位键盘、指示灯，可以交互一定信息。GPRS与GPS模块使用市场上提供的相应产品。微处理器采用高速Cygnal C8051F200型号。
　　
3 系统关键技术及解决方案
3.1  射频读写器的设计
　　根据卡片类型是type A或type B，完成对发送信号的Miller、NZR编码，接收信号的Manchester、NRZ解码，对type A的射频信号进行100%的ASK调制，对type B的射频信号进行10%的ASK调制，对接收到的射频信号进行ASK或BPSK解调。放大电路采用差模放大的方式，能有效抑制零点漂移与噪声干扰。
　　在对一张卡片的认证、处理完成之后，主控单片机将获取的数据进行提取并按表1的格式保存在存储介质中，为以后的数据传输做好准备。
   由于射频读写器是通过辐射产生电磁场来完成通信，消耗较大电流，并对电源供电的稳定性有较高要求，受周围电磁环境影响严重，所以在电源的设计上，注重稳压和纹波抑制，电源输出之后进行专门的掉电保护，以确保稳定性。对射频场通过程序做到使用时才打开，读卡结束后尽快关闭，以控制电流消耗与芯片过热。
3.2  GPRS部分的功能介绍与实现
    GPRS（无线分组传输业务）是基于GSM（全球通）数字移动通信网的数据包传输业务，允许在移动中瞬间达到171.2Kb/s的分组传送数率，实现永远在线但按流量计费的功能，利用移动IP和CDPD(Cell Digital Packet Data)技术。GPRS网络在提供服务时，为移动终端分配一个C类动态IP地址，其数据传输流程如图3，下行是上行的逆过程。