基于Zigbee技术的高速公路不停车收费系统

论文摘要

近年来我国的高速公路建设发展迅猛,但还没有形成统一的网络体系,人工、半自动收费系统的缺点有效率低下、互不兼容、收费标准不统一等,不能充分发挥其规模效益。电子不停车收费（ETC）系统的优点有提高收费站通行效率,缓解收费站交通堵塞,减少车辆等候时的耗油和废气排放等。目前,我国高速公路ETC系统大多采用基于射频技术（RFID）的车牌识别系统,这项技术的局限性在于标准不统一、传输距离太短、成本高。本文基于ZigBee无线短程通信技术设计并实现了一个ETC原型系统,通过车载终端与收费站协调器之间的无线短程数据通讯,获取相关数据,进而省略了传统ETC系统的车辆识别部分,并通过计算机网络对收费数据进行处理,以实现智能收费。原型系统实现的重点包括两大模块:ZigBee无线短程通信模块和收费管理原型模块。车载终端加入协调器覆盖的收费站无线网络后,接收到协调器发来的广播信息,通过软件程序准确判断车辆的行驶方向（入口和出口的辨别）,并将此信息连同自身的智能卡编号以字符串形式（智能卡编号-入口编号-出口编号）发送给协调器,协调器接收到信息后通过串口上传到收费站局域网;收费管理原型模块通过更改收费站局部或全局数据库,完成通行费用的扣除、黑名单、黄名单的生成、各个收费站点车流量的查询与统计、用户信息的查询等功能。本文简述了ETC系统的国内外发展情况和基础理论知识,在研究分析ZigBee无线短程通信的基础上,模拟高速公路车辆通行过程,实现了星型网络中心结点和终端结点安全可靠的双向数据通信,记录车载终端的通行信息。开发平台采用Jennic公司的JN5121-xxx-Myy系列ZigBee无线收发模块,实现无线短程通信,并设计开发ETC原型系统,从而验证了ZigBee技术运用于高速公路不停车收费系统的可行性。本文详细介绍方案设计与实现过程,实验室测试结果表明,完成了开题报告规定的内容,达到预期目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 ETC 在国外的应用
• 1.2.2 ETC 在国内的应用
• 1.3 目的及意义
• 1.4 主要工作
• 1.5 本文结构
• 第二章 基本知识介绍
• 2.1 IEEE802.15.4/ZigBee 技术介绍
• 2.1.1 IEEE802.15.4/ZigBee 技术概述
• 2.1.2 ZigBee 网络协议架构
• 2.1.3 ZigBee 网络拓扑结构
• 2.2 ZigBee 无线短程通信平台硬件
• 2.2.1 开发平台的选择
• 2.2.2 JN5121-000-M01 模块
• 2.2.3 BOS 操作系统
• 2.2.4 开发环境
• 2.3 分布式数据库系统概述
• 2.3.1 分布式数据库的定义及特点
• 2.3.2 分布式数据库系统的体系结构和组成成分
• 2.4 小结
• 第三章 系统总体设计
• 3.1 系统方案设计
• 3.2 系统结构设计
• 3.2.1 ETC 系统前台的组成和功能
• 3.2.2 ETC 系统后台的组成和功能
• 3.3 系统网络架构设计
• 3.4 小结
• 第四章 系统无线通信模块设计与实现
• 4.1 无线通信模块方案设计及通信原理
• 4.1.1 方案设计
• 4.1.2 通信原理
• 4.2 ZigBee 通信协议简介
• 4.2.1 ZigBee 帧格式
• 4.2.2 ZigBee 帧结构分析
• 4.2.3 ZigBee 帧的数据传输模式
• 4.2.4 ZigBee 帧的重新传输机制
• 4.2.5 ZigBee 帧的安全性能分析
• 4.3 ZigBee 短程无线通信模块组网设计
• 4.3.1 ZigBee 短程无线通信模块协调器的网络设计
• 4.3.2 ZigBee 短程无线通信模块终端节点的网络设计
• 4.4 无线短程通信模块测试结果
• 4.5 小结
• 第五章 收费管理系统的原型设计与实现
• 5.1 系统分析
• 5.2 系统的数据库设计
• 5.2.1 E-R 概念模型设计
• 5.2.2 系统架构
• 5.2.3 数据表设计
• 5.2.4 分片与分配
• 5.2.5 数据字典设计
• 5.3 收费管理系统的原型设计思路
• 5.4 收费管理系统的原型实现
• 5.4.1 收费站管理中心系统的原型实现
• 5.4.2 管理员服务系统的原型实现
• 5.4.3 客户查询系统的原型实现
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 附录A 部分源码
• 附录A.1 无线短程通信模块部分源码
• 附录A.1.1 协调器向终端发送广播数据的函数
• 附录A.1.2 向串口传送数据的函数
• 附录A.1.3 接收Msg 帧的函数
• 附录A.1.4 终端接收协调器Msg 广播帧并判断入口和出口的函数
• 附录A.1.5 终端向协调器发送信息的函数
• 附录A.2 收费管理系统原型的部分源码
• 附录A.2.1 收费站管理中心系统原型的源代码
• 附录A.2.2 管理员服务系统原型的源代码
• 在学研究成果
• 致谢