【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能收费机，具体涉及一种基于工业机器人技术、传感器感应技术、微机控制技术的自动不停车收卡系统。
技术介绍
1、随着我国汽车行业的迅速发展，汽车拥有量不断增加，导致高速收费的巨大压力，高速收费站交通拥堵事件层出不穷。目前，随着etc快速的发展以及etc车辆大力普及、数量大幅增长，在我国高速公路省界收费站工程被取消条件下[4]，收费站etc专用车道数量也随之增加，但仍然存在部分etc货车和约25%以上没装etc车辆，需要走混合车道人工缴费，或者通过半自动收费完成高速缴费。目前，在高速公路收费站使用的半自动智能收费设备以及etc，即使收费工作的效率大幅度提升了，但现阶段的etc收费和半自动收费设备仍然存在着不足，半自动智能收费系统降低了车辆通行效率和加大了成本投入。半自动智能收费还需要人工确认车牌信息并帮人工刷ic卡，并没达到去人化。人工收费有时由于停车位置距离远导致收卡难度大。
2、我国智能交通系统也在上世纪七八十年代开始了研究，主要针对车辆动态识别、车辆信息采集、道路交通管理等，直到2000年才正式建立和研究成功，电子收费系统也被纳入该体系。到十九世纪初期，美国ti公司生产的智能收费设备被广东省率先采购并投入收费站使用，并投入到包括佛山、顺德等地的40多条收费车道，车道通行效率得到大大的提高。随后，我国各地高速收费站逐步应用智能收费系统。上海虹桥国际机场最早于2001年开通车道，通过将车载设备安装在挡风玻璃上可以与收费站的天线通信，通过计算机技术和后台结算，可以使缴费车辆达到不停车收费的目的。现阶段的收费
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是为了解决现有的技术不足，提供一种自动不停车收卡系统，实现高速公路收费站出口服务的智能化水平，提升高速公路收费站出口的车辆的通行效率，降低收费站在人工成本上的投入。
2、技术方案：本专利技术所述的一种自动不停车收卡系统，其特征在于：包括总体机械结构设计、电控系统设计、单片机控制系统设计、业务系统功能定义及设计。通过集成车辆传感器位置识别、ic卡自动回收、便捷的非现金支付展开设计收卡设备。采用工业机器人技术、传感器感应技术、微机控制技术相互结合，实现高速智能收卡机精确识别不同的车型、车距以及司机位置，并设计机械结构和控制系统，实现对ic卡的自动回取、打印发票等收费业务，以及收费流程动作的自动化控制，实现智能设备代替人工收费的效果。包括以下内容：
3、（1）收卡机参数的探究和整体的方案确定：探究定位车辆司机的位置的方法，进而统计市面现有车辆的车高，确定不同车型的收卡高度，进而对传感器进行布置，最后得出收卡设备的工作范围参数。
4、（2）根据设备所需功能，确定收卡设备的整体设计方案。其中包括收费流程设计和控制系设计以及整机结构设计。整体结构设计包括升降平台设计、收卡机构设计、工业机械臂结构设计以及机箱结构设计；根据整体结构方案利用solidworks软件对该收卡设备进行三维模型建模。
5、（3）机械臂设计与仿真：首先根据整机设备的工作范围计算得出六轴机械臂的工作范围，通过solidworks软件对六轴机械臂设计三维建模。在所设计的机械臂上建立坐标，通过坐标和连杆的分析可以得出机械臂的dh参数表，相邻的两杆的空间坐标系变化用4×4的齐次变换矩阵来描述，对六轴机械臂的正运动学求解。并对机械臂逆运动学求解，用五次多项式对机械臂轨迹规划，
6、（4）用matlab对六轴工业机械正运动学仿真以及轨迹规划仿真，验证六轴机械臂的设计的正确性。用adams运动仿真软件，对机械臂的关节力矩以及加速度仿真，验证机械臂的合理性。
7、（5）控制系统设计设计：根据整体方案以及收卡设备的功能需求，完成控制总体设计。硬件方面，采用型号为stm32f103vbt6作为设备的微控制器，收卡控制系统有以下电路模块：步进电机模块、语音声控模块、stm32最小系统模块、lcd显示模块、i2c通信模块以及反馈模块。完成设备的各模块的硬件电路设计，确定设备模块的传感器选型。软件方面，根据设备的控制方案，利用keil5软件对设备逻辑控制系统程序设计。
8、（6）收卡设备样机调试与测试：搭建收卡设备的样机，连接电气控制系统，并对收卡机设备样机运行调试。为了确保其定位精度，对收卡做了重复定位精度实验。验证设计的收卡装置满足收卡的要求。
9、所述的整机结构设计包括收卡机构设计、ic卡的清洗消毒机构设计、工业机械臂结构设计以及机箱结构设计。机械臂采用六轴工业机械臂，运动机构包括升降平台机构、收卡运动部件、机械臂部件。根据车型的不同，要求机械臂收卡模块上z轴升高度可调；根据车辆停止位置的水平和前后远近距离，要求机械臂收卡/支付模块下、x轴伸缩距离和z轴旋转底座可调。根据以上描述可以选用六轴工业机械臂来代替工作员工对ic卡。
10、所述的全自动收卡机由收卡模块、机械运动模块、传感器测位置模块、单片机控制模块等组成。
11、进一步的，所述的收卡模块主要负责对ic卡的收取、对费用的收取、和发票的打印。
12、进一步的，所述的机械运动模块主要由机械机构、收卡机构、机械臂机构、升降机构、机箱外观结构设计所组成，满足取卡收费整个流程。。
13、进一步的，所述的传感器测位置模块主要负责对车辆的停靠位置和车辆的大小的识别，从而能准确的识别到司机的位置。
14、进一步的，所述的单片机控制模块需要负责对传感器的信号采集、以及机械结构运动控制。
15、 本专利技术还公开了一种自动不停车收卡系统的控制方法，其特征在于：当有车辆经过收费车道设置的地感线圈时，系统可以检测到来车信号，信号经过单片机传送到pc机和收费软件，启动ccd摄像机，对来车进行图像采集，采集图像经dsp芯片处理经过车型识别算法判别，以实现对多种车辆信息以及特点的识别，对车身颜色，车牌，车标等进行精确识别。在给 ic卡计费系统发送一个预备信号的情况下，确定一个计费标准。在车辆抵达缴费地点时，司机持自己的ic卡缴纳费用，利用工业机械臂收卡模块对ic卡进行回收。在系统确定该卡片为有效卡片后，对卡片进行读取并记录该次使用情况，显示报价，司机支付成功后方可通行。同时，将该卡缴费信息传输到pc机中进行存储，方便人员进行查询，结算中心进行统计，管理部门做出决策。包括如下步骤：
16、(1) 混合车道地感线圈感应来车，并向收费系统发送信号；如果是货车并对其称重；传感器检测设别车辆位置。
17、 (2) 智能收卡机伸出机械臂末端的收卡支付模块。
18、 (3) 司机插入通行卡，读卡器读取通行卡信息。
19、 (4) 司机自助支付通行费。
20、 (5) 非现金支付完成后，打印发票和回收通行卡。
21、 (6本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自动不停车收卡系统，其特征在于：包括总体机械结构设计、电控系统设计、单片机控制系统设计、业务系统功能定义及设计。通过集成车辆传感器位置识别、IC卡自动回收、便捷的非现金支付展开设计收卡设备。采用工业机器人技术、传感器感应技术、微机控制技术相互结合，实现高速智能收卡机精确识别不同的车型、车距以及司机位置，并设计机械结构和控制系统，实现对IC卡的自动回取、打印发票等收费业务，以及收费流程动作的自动化控制，实现智能设备代替人工收费的效果。包括以下内容：
2.根据权利要求1所述的自动不停车收卡系统，其特征在于：所述的整机结构设计包括收卡机构设计、IC卡的清洗消毒机构设计、工业机械臂结构设计以及机箱结构设计。机械臂采用六轴工业机械臂，运动机构包括升降平台机构、收卡运动部件、机械臂部件。根据车型的不同，要求机械臂收卡模块上z轴升高度可调；根据车辆停止位置的水平和前后远近距离，要求机械臂收卡/支付模块下、X轴伸缩距离和Z轴旋转底座可调。根据以上描述可以选用六轴工业机械臂来代替工作员工对IC卡。
3.根据权利要求1所述的自动不停车收卡系统，其特征在于：所述的全自动
4.根据权利要求3所述的自动不停车收卡系统，其特征在于：所述的收卡模块主要负责对IC卡的收取、对费用的收取、和发票的打印。
5.根据权利要求3所述的自动不停车收卡系统，其特征在于：所述的机械运动模块主要由机械机构、收卡机构、机械臂机构、升降机构、机箱外观结构设计所组成，满足取卡收费整个流程。
6.根据权利要求3所述的自动不停车收卡系统，其特征在于：所述的传感器测位置模块主要负责对车辆的停靠位置和车辆的大小的识别，从而能准确的识别到司机的位置。
7.根据权利要求3所述的自动不停车收卡系统，其特征在于：所述的单片机控制模块需要负责对传感器的信号采集、以及机械结构运动控制。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的自动不停车收卡系统的控制方法，其特征在于：当有车辆经过收费车道设置的地感线圈时，系统可以检测到来车信号，信号经过单片机传送到PC机和收费软件，启动CCD摄像机，对来车进行图像采集，采集图像经DSP芯片处理经过车型识别算法判别，以实现对多种车辆信息以及特点的识别，对车身颜色，车牌，车标等进行精确识别。在给 IC卡计费系统发送一个预备信号的情况下，确定一个计费标准。在车辆抵达缴费地点时，司机持自己的IC卡缴纳费用，利用工业机械臂收卡模块对IC卡进行回收。在系统确定该卡片为有效卡片后，对卡片进行读取并记录该次使用情况，显示报价，司机支付成功后方可通行。同时，将该卡缴费信息传输到PC机中进行存储，方便人员进行查询，结算中心进行统计，管理部门做出决策。包括如下步骤：
9.根据权利要求1所述的一种自动不停车收卡系统的控制方法，其特征在于：步骤(5)的具体流程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种自动不停车收卡系统，其特征在于：包括总体机械结构设计、电控系统设计、单片机控制系统设计、业务系统功能定义及设计。通过集成车辆传感器位置识别、ic卡自动回收、便捷的非现金支付展开设计收卡设备。采用工业机器人技术、传感器感应技术、微机控制技术相互结合，实现高速智能收卡机精确识别不同的车型、车距以及司机位置，并设计机械结构和控制系统，实现对ic卡的自动回取、打印发票等收费业务，以及收费流程动作的自动化控制，实现智能设备代替人工收费的效果。包括以下内容：
2.根据权利要求1所述的自动不停车收卡系统，其特征在于：所述的整机结构设计包括收卡机构设计、ic卡的清洗消毒机构设计、工业机械臂结构设计以及机箱结构设计。机械臂采用六轴工业机械臂，运动机构包括升降平台机构、收卡运动部件、机械臂部件。根据车型的不同，要求机械臂收卡模块上z轴升高度可调；根据车辆停止位置的水平和前后远近距离，要求机械臂收卡/支付模块下、x轴伸缩距离和z轴旋转底座可调。根据以上描述可以选用六轴工业机械臂来代替工作员工对ic卡。
3.根据权利要求1所述的自动不停车收卡系统，其特征在于：所述的全自动收卡机由收卡模块、机械运动模块、传感器测位置模块、单片机控制模块等组成。
4.根据权利要求3所述的自动不停车收卡系统，其特征在于：所述的收卡模块主要负责对ic卡的收取、对费用的收取、和发票的打印。
5.根据权利要求3所述的自动不停车收卡系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：万宏强，徐浩，姚敏茹，李伟，李舒悦，杨泽辰，郭一楠，赵建玟，郭瑞强，宋宛哲，雷宇扬，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：
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