CN107221042A - 自组网智能卡、不停车收费***及方法、自组网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自组网智能卡、不停车收费***及方法、自组网方法，包括：将从存储器中获取的卡片身份信息、用户信息和车辆信息发送至Zigbee通信芯片的主控芯片，将卡片身份信息、用户信息和车辆信息通过Zigbee无线网络输出的Zigbee通信芯片，存储卡片身份信息、用户信息和车辆信息的存储器。提供的不停车收费***包括：Zigbee网络路由器、Zigbee网络协调器、监控中心、收费管理***、银行服务器和自组网智能卡。由于这两个方案均采用了Zigbee技术，基于Zigbee技术的优点，解决了目前交通卡的通讯距离短、通行速率受限、全方位定位不强的问题，有效提高车辆通行效率和交通智能化水平。
Description
技术领域
本发明涉及智能金融交通技术领域，特别涉及一种自组网智能卡、不停车收费***及方法、自组网方法。
背景技术
随着人民经济水平的不断提高，用户拥有车辆的数量日益剧增，高速公路的交通拥堵情况也越来越严重，如何有效缓解交通压力，并在互联网的快速发展带动下，全面提升路网管理能力和服务水平，确保联网***安全稳定高效运行，并在全国基本实现高速公路电子不停车收费联网，是当今解决拥堵问题和提高服务水平的重要举措，具有非常重要的意义。
不停车收费是一种电子收费方式，用户需要办理一张交通卡(不停车收费卡)，同时办理一个车载电子标签并安装在车辆挡风玻璃上，交通卡插在车载电子标签中，通过车载电子标签与在收费站不停车收费车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。这种方式的优点是可以使公路收费走向电子化，降低收费管理的成本，同时有效减少因停车收费造成的延误及拥挤，提高高速公路收费效率、车辆运行效率，同时也可以大大降低收费口的噪声水平和废气排放。
但是，目前的交通卡还存在一些问题，因为在不停车收费***中，交通卡须通过终端通信放大设备提升通信距离，而且车载电子标签采用专用短程通讯技术，其通信距离一般也只有几十米，只能实现在特定小区域内对移动目标的识别和通信，因此车辆进入不停车收费车道时需要减速缓慢通行，所以通行速率受到限制，另外，在多车道自由流及跟车情况下，路侧单元发射信号容易受到干扰，现有的不停车收费机制对左右等方位的全方位定位功能不强，导致这种情况下的交易成功率不高。
发明内容
本发明实施例提供了一种自组网智能卡，解决了目前交通卡的通讯距离短、通行速率受限、全方位定位不强的问题，有效提高车辆通行效率和交通智能化水平。该自组网智能卡包括：主控芯片、Zigbee通信芯片和存储器，其中，所述主控芯片分别与所述Zigbee通信芯片和存储器连接；
所述主控芯片用于：控制所述Zigbee通信芯片和存储器工作，将从所述存储器中获取的卡片身份信息、用户信息和车辆信息发送至所述Zigbee通信芯片；
所述Zigbee通信芯片用于：将所述卡片身份信息、用户信息和车辆信息通过Zigbee无线网络输出；
所述存储器用于：存储卡片身份信息、用户信息和车辆信息。
在一个实施例中，该自组网智能卡还包括：与所述主控芯片连接的加密器；
所述主控芯片用于：控制所述加密器工作；
所述加密器用于：对卡片身份信息、用户信息和车辆信息进行加密处理。
在一个实施例中，所述加密器包括处理器和密钥存储器；
所述密钥存储器用于：存储加密密钥；
所述处理器用于：根据加密密钥对卡片身份信息、用户信息和车辆信息进行加密处理。
在一个实施例中，该自组网智能卡还包括：与所述主控芯片连接的显示屏；
所述主控芯片用于：控制所述显示屏工作；
所述显示屏用于显示该自组网智能卡的余额和交易金额。
在一个实施例中，该自组网智能卡还包括：与所述主控芯片连接的电源；
所述主控芯片用于：控制所述电源工作；
所述电源用于：为自组网智能卡的运行提供电量。
在一个实施例中，所述主控芯片包括GPIO接口、SPI接口和UART接口；
通过GPIO接口发送控制指令控制存储器、电源工作，通过SPI接口发送控制指令控制显示屏工作，通过UART接口发送控制指令控制Zigbee通信芯片、加密器工作。
本发明实施例提供了一种不停车收费***，解决了目前交通卡的通讯距离短、通行速率受限、全方位定位不强的问题，有效提高车辆通行效率和交通智能化水平。该不停车收费***包括：Zigbee网络路由器、Zigbee网络协调器、监控中心、收费管理***、银行服务器、上述所述的自组网智能卡；
所述Zigbee网络路由器、Zigbee网络协调器形成一个Zigbee无线网络；
所述自组网智能卡用于：在进入所述Zigbee无线网络的有效通信范围内时，与所述Zigbee网络路由器建立连接，加入所述Zigbee无线网络；在车辆进入收费站时，通过所述Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器接收监控中心下发的收费站入口信息；在车辆驶出收费站时，通过所述Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器将卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息发送至监控中心，接收监控中心转发的身份校验信息和扣费结果信息；
所述监控中心用于：监控Zigbee无线网络的状态；审批自组网智能卡和Zigbee网络路由器申请加入Zigbee无线网络的请求；在车辆进入收费站时，将所述收费站入口信息发送至所述自组网智能卡；在车辆驶出收费站时，将所述卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息发送至所述收费管理***，接收所述收费管理***转发的身份校验信息和扣费结果信息；
所述收费管理***用于：将所述卡片身份信息发送至银行服务器；根据所述车辆信息和收费站入口信息确定车辆通行费用，将所述车辆通行费用和用户信息发送至银行服务器；将银行服务器下发的身份校验信息和扣费结果信息转发至所述监控中心；
所述银行服务器用于：根据所述卡片身份信息对所述自组网智能卡进行身份校验，生成身份校验信息；根据所述车辆通行费用和用户信息进行扣费处理，获得扣费结果信息，将所述身份校验信息和扣费结果信息发送至所述收费管理***。
在一个实施例中，还包括：车道控制***；
所述车道控制***用于：在车辆进入和驶出收费站时，控制车辆的通行；将所述卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息由所述监控中心转发至所述收费管理***；将身份校验信息和扣费结果信息由所述收费管理***转发至所述监控中心。
在一个实施例中，所述监控中心还用于：对自组网智能卡的位置进行定位，确定自组网智能卡的位置信息；
所述车道控制***具体用于：根据所述自组网智能卡的位置信息，在车辆进入和驶出收费站时，通过控制栏杆的抬起和放下，控制车辆的通行。
在一个实施例中，所述监控中心具体用于：按照如下方式对自组网智能卡的位置进行定位，确定自组网智能卡的位置信息：
将部署在收费站的具有确定位置的Zigbee网络路由器作为参考节点，在自组网智能卡接入所述Zigbee无线网络后，根据与自组网智能卡连接的参考节点的位置信息和参考节点发送的信号强度值，确定自组网智能卡的位置信息。
在一个实施例中，所述车道控制***还用于：
根据所述自组网智能卡的位置信息，在车辆进入和驶出收费站时，控制交通信号灯的显示及摄相机的抓拍。
在一个实施例中，所述自组网智能卡还用于：根据所述扣费结果信息确定自组网智能卡的余额和交易金额，显示所述自组网智能卡的余额和交易金额。
在一个实施例中，所述车道控制***还用于：当所述身份校验信息为自组网智能卡无效信息时发出警报信号。
在一个实施例中，所述不停车收费***包括一个Zigbee网络转换器和多个Zigbee网络路由器；所述Zigbee网络路由器的数量根据通信距离要求和不停车收费车道的数量确定。
本发明实施例提供了一种不停车收费***的自组网方法，包括：
Zigbee网络协调器初始化建立一个Zigbee无线网络，在建立成功后发出广播信息；
Zigbee网络路由器在接收到广播信息后向Zigbee网络协调器发出建立连接请求；
监控中心对Zigbee无线网络的状态进行监控，在监控到Zigbee网络路由器发出的建立连接请求后，确认Zigbee网络路由器的网络连接状态，当确认Zigbee网络路由器的网络连接状态为未连接状态时，向Zigbee网络协调器发送准许加入网络指令；
Zigbee网络协调器根据所述准许加入网络指令向Zigbee网络路由器发出连接建立响应，并给所述Zigbee网络路由器分配地址，Zigbee网络协调器与Zigbee网络路由器建立连接，开始通信；
监控中心对已连接了Zigbee网络路由器的Zigbee无线网络的状态进行监控；
在车辆进入已连接了Zigbee网络路由器的Zigbee无线网络的有效通信范围内时，自组网智能卡根据接收到的广播信息查找与自组网智能卡距离最近的Zigbee网络路由器，向相应的Zigbee网络路由器发出建立连接请求；
监控中心在监控到自组网智能卡发出的建立连接请求后，确认自组网智能卡的网络连接状态，当确认自组网智能卡的网络连接状态为未连接状态时，向相应的Zigbee网络路由器发送准许加入网络指令；
相应的Zigbee网络路由器根据所述准许加入网络指令向自组网智能卡发出连接建立响应，并给自组网智能卡分配地址，Zigbee网络路由器与自组网智能卡建立连接，开始通信。
一种不停车收费方法，解决了目前交通卡的通讯距离短、通行速率受限、全方位定位不强的问题，有效提高车辆通行效率和交通智能化水平。该不停车收费方法包括：
自组网智能卡在车辆驶入Zigbee无线网络的有效通信范围内后，与距离自组网智能卡最近的Zigbee网络路由器建立连接，连接建立后，通过相应的Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器将卡片身份信息发送至监控中心；所述Zigbee无线网络由Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器自动组成；
监控中心将所述卡片身份信息通过收费管理***发送至银行服务器；
银行服务器根据所述卡片身份信息对所述自组网智能卡进行身份校验，生成身份校验信息，并将所述身份校验信息通过收费管理***发送至监控中心；
监控中心在所述身份校验信息为自组网智能卡有效信息时，通过相应的Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器向所述自组网智能卡发送数据读取指令；
自组网智能卡根据所述数据读取指令将用户信息、车辆信息、收费站入口信息通过相应的Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器发送至监控中心；所述收费站入口信息为在车辆进入收费站时，由监控中心下发至自组网智能卡中；
监控中心将所述用户信息、车辆信息和收费站入口信息发送至收费管理***；
收费管理***根据所述车辆信息和收费站入口信息确定车辆通行费用，将所述车辆通行费用和用户信息发送至银行服务器；
银行服务器根据所述车辆通行费用和用户信息进行扣费处理，获得扣费结果信息，将所述扣费结果信息通过收费管理***发送至监控中心。
在一个实施例中，还包括：
监控中心对自组网智能卡的位置进行定位，确定自组网智能卡的位置信息，将所述自组网智能卡的位置信息与预设的有效区域范围进行比较，在所述自组网智能卡的位置信息位于预设的有效区域范围内时，生成栏杆抬起指令，并将所述栏杆抬起指令发送至车道控制***；在所述自组网智能卡的位置信息大于预设的有效区域范围的最大值时，生成栏杆放下指令，并将所述栏杆放下指令发送至车道控制***；
车道控制***根据所述栏杆抬起指令控制栏杆升起，根据所述栏杆降落指令控制栏杆放下，控制车辆的通行。
在一个实施例中，还包括：车道控制***根据所述自组网智能卡的位置信息，在车辆进入和驶出收费站时，控制交通信号灯的显示及摄相机的抓拍。
在一个实施例中，还包括：车道控制***将所述卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息由所述监控中心转发至所述收费管理***；将身份校验信息和扣费结果信息由所述收费管理***转发至所述监控中心；
车道控制***在所述身份校验信息为自组网智能卡无效信息时，发出警报信号。
在一个实施例中，还包括：
自组网智能卡根据所述扣费结果信息确定自组网智能卡的余额和交易金额，显示所述自组网智能卡的余额和交易金额。
在本发明实施例中，提出了包括主控芯片、Zigbee通信芯片和存储器的自组网智能卡，和包括Zigbee网络路由器、Zigbee网络协调器、监控中心、车道控制***、收费管理***、银行服务器以及自组网智能卡的不停车收费***完成不停车收费，该自组网智能卡和不停车收费***中均采用了Zigbee技术，由于Zigbee技术具有低功耗、自动组网、网络容量大、双工通信、安全可靠及成本低等优点，解决了目前交通卡的通讯距离短、通行速率受限、全方位定位不强的问题，有效提高车辆通行效率和交通智能化水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种自组网智能卡的结构示意图一；
图2是本发明实施例提供的一种自组网智能卡的结构示意图二；
图3是本发明实施例提供的一种自组网智能卡电路结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种不停车收费***的***框架图一；
图5是本发明实施例提供的一种不停车收费***的***框架图二；
图6是本发明实施例提供的一种不停车收费***的自组网方法流程图；
图7是本发明实施例提供的一种不停车收费方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Zigbee(紫蜂)技术是一种新兴的短距离无线通信技术。该技术具有如下优点：
(1)自动组网，网络容量大。Zigbee网络可容纳多达65000个节点，网络中的任意节点之间都可进行数据通讯。网络有星状、片状和网状结构。在有模块加入和撤出时，网络具有自动修复功能。
(2)长距离，传输距离可扩展。Zigbee的数传模块类似于移动网络基站，在整个网络范围内，有效距离范围内的模块自动组网，网络中的各节点可以自由通讯，每个网络节点间的距离可以从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。
(3)低功耗：在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。
(4)网络时延短。Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。
(5)成本低。Zigbee模块工作于2.4G全球免费频段，故只需要先期的模块费用，无需支付持续使用费用。
(6)安全性高。Zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(Access Control List，ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。
针对现有技术中存在的缺陷，结合Zigbee技术的突出优势，本发明提出了一种自组网智能卡、不停车收费***及方法，目的在于解决目前交通卡的通讯距离短、通行速率受限、***部署成本高、全方位定位不强的问题，有效提高车辆通行效率和交通智能化水平。
图1是本发明实施例提供的一种自组网智能卡的结构示意图一，如图1所示，该自组网智能卡包括：主控芯片101、Zigbee通信芯片102和存储器103，其中，主控芯片101分别与Zigbee通信芯片102和存储器103连接。主控芯片101用于：控制Zigbee通信芯片102和存储器103工作，将从存储器103中获取的卡片身份信息、用户信息和车辆信息发送至Zigbee通信芯片102；Zigbee通信芯片102用于：将卡片身份信息、用户信息和车辆信息通过Zigbee无线网络输出；存储器103用于：存储卡片身份信息、用户信息和车辆信息。
具体实施时，如图2所示，该自组网智能卡还可以包括：与所述主控芯片101连接的加密器104；其中，主控芯片101用于：控制加密器104工作；加密器104用于：对卡片身份信息、用户信息和车辆信息进行加密处理。具体的，加密器104包括处理器和密钥存储器；密钥存储器用于：存储加密密钥；处理器用于：根据加密密钥对卡片身份信息、用户信息和车辆信息进行加密处理。
如图2所示，该自组网智能卡还可以包括：与主控芯片连接的显示屏105；主控芯片101用于：控制所述显示屏105工作；显示屏105用于显示该自组网智能卡的余额和交易金额，供用户确认，为交易过程提供安全保障。
还可以包括：与所述主控芯片101连接的电源106；主控芯片101用于：控制所述电源106工作；电源106用于：为自组网智能卡的运行提供电量，具备无线快速充电功能。
具体实施时，如图3所示，Zigbee通信芯片和加密器可以集成于一个安全芯片上，集成了金融芯片与通信芯片。其中，Zigbee通信芯片是一种新兴的低功耗、可自组网的无线双向通信技术，它主要负责调制解调无线通信信号，它可通过主控芯片在自组无线网络中完成对数据的发送与接收，实现数据的无线传输功能。加密器是一个可独立进行密钥生成、加密的装置，为移动终端提供加密和安全认证服务，其交易数据的安全性达到了芯片级别，可兼容现有规范。
如图3所示，主控芯片101是整个产品的核心部件，是各个硬件协同工作的控制中心，负责存放和执行软件程序代码，将程序代码转化为电气控制装置所能识别的控制指令，以驱动和控制各个工作模块执行任务。主控芯片101包括GPIO接口(General PurposeInput Output，通用输入/输出)、SPI接口(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)、UART接口(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器，将资料由串行通信与并行通信间作传输转换，作为并行输入成为串行输出的芯片，通常集成于其他通讯接口的连结上)等***接口。通过UART接口与安全芯片通讯，以便通过安全芯片进行数据加密、数据存储及数据通信等安全操作；通过GPIO接口与存储器103连接，通过GPIO接口发送控制指令控制存储器103存储应用数据；通过SPI接口与显示屏105连接，通过SPI接口发送控制指令控制显示屏105显示交易信息；通过GPIO接口与电源106连接，通过GPIO接口发送控制指令控制电源106，使自组网智能卡在使用时保持较低的功耗，节省电能。
具体实施时，图4是本发明提供的一种不停车收费***的***框架图一，如图4所示，该不停车收费***包括：自组网智能卡10、Zigbee网络路由器20、Zigbee网络协调器30、监控中心40、收费管理***60和银行服务器70。
其中，自组网智能卡10内置安全芯片，基于安全芯片实现卡与收费站之间的安全互联，同时集成了Zigbee通信芯片，可以与Zigbee网络路由器20和Zigbee网络协调器30自动组成一个Zigbee无线网络，实现互相通信功能。自组网智能卡10内部存储卡片身份信息、用户信息，车辆信息等数据，支持不停车收费联网结算。当自助网智能卡10进入由Zigbee网络路由器20与Zigbee网络协调器30组成的无线网络有效通信范围内后，自助网智能卡10会与Zigbee网络路由器20建立连接，加入Zigbee无线网络，并通过Zigbee网络路由器20转发和接收数据。具体的，转发和接收数据包括：在车辆进入收费站时，自助网智能卡10通过Zigbee网络路由器20和Zigbee网络协调器30接收监控中心40下发的收费站入口信息；在车辆驶出收费站时，自助网智能卡10通过Zigbee网络路由器20和Zigbee网络协调器30将卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息发送至监控中心20，接收监控中心20转发的身份校验信息和扣费结果信息。另外，自助网智能卡10在接收到扣费结果信息后，会根据所述扣费结果信息确定自组网智能卡的余额和交易金额，显示所述自组网智能卡的余额和交易金额，供用户确认，并完成写卡。
Zigbee网络路由器20是部署在收费站的Zigbee“基站”，主要用于与Zigbee网络协调器30组成无线网络，扩大通信距离。收费站根据通信距离要求和不停车收费车道的多少可以选择部署多个Zigbee网络路由器20。例如，有两个不停车收费车道时，可以在收费站的监控中心部署一个Zigbee网络转换器，作为Zigee网络协调器30，通过Internet与监控主机连接，在每个不停车收费车道的不停车收费标识门架上各部署一个Zigbee基站，作为Zigbee网络路由器20，Zigbee网络路由器20可连接自组网智能卡10和Zigbee网络协调器30并进行互相通信。因为Zigbee设备相邻节点间在室外的通信距离最大为100m，如果要增大通信距离(通信距离远，自组网智能卡10可以提前加入网络，***提前对车辆信息进行验证完成扣费，车辆通过的速度会快)，可以在距离相邻一个Zigbee基站不到100m的不停车收费车道的两侧分别再部署一个Zigbee基站，用来扩展通信距离。
Zigbee网络协调器30也是部署在收费站的Zigbee“基站”，主要用于初始化一个无线网络。一个无线网络有且仅有一个Zigbee网络协调器30，它新建立一个无线网络后，不断广播信号，等待其它节点(指的是Zigbee网络路由器20)加入无线网络，从而扩大网络通信范围。Zigbee网络路由器20接收到Zigbee网络协调器30广播的信号后，申请与Zigbee网络协调器30建立连接，加入无线网络，从而可以与Zigbee网络协调器30进行通信，自组网智能卡10与Zigbee网络路由器20建立连接并加入无线网络后，可通过Zigbee网络路由器20与Zigbee网络协调器30进行通信。
监控中心40主要用来监控Zigbee无线网络(由Zigbee网络协调器30与Zigbee网络网络路由器20以及自组网智能卡10组成的)的状态；审批自组网智能卡和Zigbee网络路由器申请加入Zigbee无线网络的请求；并转发和接收自组网智能卡10与收费管理***60之间通信的数据，协调整个***的运行。具体的，转发和接收数据包括：在车辆进入收费站时，将收费站入口信息发送至自组网智能卡10；在车辆驶出收费站时，将卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息发送至收费管理***60，接收收费管理***60转发的身份校验信息和扣费结果信息。
身份校验信息包括两种，一种是表明自组网智能卡10有效，另一种表明自组网智能卡10无效，当接收到的身份校验信息表明自组网智能卡10有效时，监控中心40会向自组网智能卡10发出读取车辆信息数据的命令，自组网智能卡10接收到读取车辆信息数据的命令后，会将卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息发送至监控中心20，监控中心20将数据转发至收费管理***60进行联网结算，收费管理***60将扣费信息发送至银行服务器70进行扣费处理。当接收到的身份校验信息表明自组网智能卡10无效时，监控中心40会产生一个报警信号。
收费管理***60主要用来将卡片身份信息发送至银行服务器70；根据车辆信息和收费站入口信息确定车辆通行费用，将车辆通行费用和用户信息发送至银行服务器70；将银行服务器70下发的身份校验信息和扣费结果信息转发至监控中心40。
具体的，收费管理***60主要包括收费站管理子***、路段管理子***及区域收费管理中心，主要用来完成联网结算。当车辆驶入Zigbee无线网络有效区域，自组网智能卡10接入Zigbee无线网络，自组网智能卡10主动发送自己的卡片信息数据，通过Zigbee网络路由器20路由转发数据至监控中心40，通过监控中心40转发数据给收费管理***60，收费管理***60先将数据发送给银行服务器70，由银行服务器70确认卡片身份信息，收到银行服务器70的回复结果后，收费管理***60根据卡片数据信息对车辆通行费用进行联网结算，先由收费站管理子***对数据进行汇总和统计，然后上传到路段管理子***。路段管理子***接收来自各收费站管理子***的数据信息进行汇总，将车辆通行路段的收费费率上传至区域收费管理中心，由区域收费管理中心进行联网结算后，发送给银行服务器70进行扣费。
银行服务器70是联网结算的后台支撑***，主要用来完成自组网智能卡10的身份校验及扣费处理。具体的，银行服务器70根据所述卡片身份信息对所述自组网智能卡进行身份校验，生成身份校验信息；根据所述车辆通行费用和用户信息进行扣费处理，获得扣费结果信息，将所述身份校验信息和扣费结果信息发送至收费管理***60。
具体实施时，图5是本发明提供的一种不停车收费***的***框架图二，如图5所示，该不停车收费***还可以包括：车道控制***50，车道控制***50位于监控中心40和收费管理***60之间。此时，监控中心40主要用来转发和接收自组网智能卡10与车道控制***50之间通信的数据，协调整个***的运行。
具体的，车道控制***50主要用来在车辆进入和驶出收费站时，控制车辆的通行，包括控制自动栏杆的起落，交通信号灯的显示及摄相机的抓拍等。车道控制***50根据自组网智能卡10发送过来的信息数据及监控中心40对车辆的精确定位，确定车辆是进入还是驶出收费站，若是进入收费站，控制信号灯的显示及自动栏杆的抬起，放行车辆，若是驶出收费站，将自组网智能卡10发送过来的卡片身份信息、车辆信息、车辆信息和收费站入口信息传输给收费管理***60和银行服务器70完成扣费处理，将身份校验信息和扣费结果信息由所述收费管理***转发至所述监控中心40。在车辆驶出有效区域后，车道控制***50会及时放下栏杆，防止其他车辆尾随。在所述身份校验信息为自组网智能卡无效信息时，监控中心40会将警报信号发送至车道控制***50，使其发出车辆违规通行警报，拦截违规车辆。
具体实施时，监控中心40对车辆的精确定位，就是对自组网智能卡的位置进行定位，确定自组网智能卡的位置信息。定位方法主要是通过内嵌在Zigbee基站设备中的定位引擎结合Zigbee技术来计算自组网智能卡10的具***置，将部署在收费站附近的具有确定位置的Zigbee基站(包括已部署的Zigbee网络协调器30和Zigbee网络路由器20)作为参考节点，将自组网智能卡10作为待测定位节点，自组网智能卡10接入网络后，在自组网智能卡10接入Zigbee无线网络后，通过接收与自组网智能卡10连接的节点的位置(X和Y坐标)及接收的信号的强弱来计算自组网智能卡10的具***置，车辆到达有效区域时，通知车道控制***50提前抬起相应栏杆，放行车辆。车道控制***50还会根据所述自组网智能卡的位置信息，在车辆进入和驶出收费站时，控制交通信号灯的显示及摄相机的抓拍。
本发明实施例还提出一种不停车收费***的自组网方法，如图6所示，该自组网方法包括：
步骤S601：Zigbee网络协调器30初始化建立一个Zigbee无线网络，在建立成功后，不断的产生信标并广播出去，等待其它节点加入；
步骤S602：Zigbee网络路由器20主动扫描查找周围的Zigbee网络协调器30，当搜索到Zigbee网络协调器30时(也就是说在接收到广播信息后)，主动向Zigbee网络协调器30发出建立连接请求，申请加入无线网络；
步骤S603：监控中心40监控整个无线网络状态；
步骤S604：监控中心在监控到Zigbee网络路由器20发出的建立连接请求后，转入步骤S605，否则继续步骤S603；
步骤S605：监控中心40确认Zigbee网络路由器20的网络连接状态，也就是说确认Zigbee网络路由器20是否已有其它网络连接，当确认Zigbee网络路由器的网络连接状态为未连接状态(没有与其他网络连接)时，转入步骤S606，否则继续步骤S603；
步骤S606：监控中心40向Zigbee网络协调器30发送批准Zigbee网络路由器20加入网络的命令，Zigbee网络协调器30收到上层发送过来的批准加入命令后，向Zigbee网络路由器20发出同意建立连接响应，并给请求加入的Zigbee网络路由器20分配地址，Zigbee网络协调器30与Zigbee网络路由器20建立连接，开始通信；
步骤S607：监控中心将已加入网络的Zigbee网络路由器20添加到监测节点列表，对Zigbee网络路由器20的Zigbee无线网络的状态进行监控；
步骤S608：在车辆进入已连接了Zigbee网络路由器20的Zigbee无线网络的有效通信范围内时，自组网智能卡10根据接收到的广播信息主动扫描查找周围的Zigbee无线网络，搜索到与其距离最近的Zigbee网络路由器20时，向相应的Zigbee网络路由器20发出建立连接请求，按照Zigbee网络路由器20加入无线网络的流程作为Zigbee网络路由器20的子节点加入无线网络，Zigbee网络路由器20为自组网智能卡10分配地址，双方建立连接，可以开始通信。
具体的，监控中心40在监控到自组网智能卡10发出的建立连接请求后，确认自组网智能卡10的网络连接状态，当确认自组网智能卡10的网络连接状态为未连接状态时，向相应的Zigbee网络路由器20发送准许加入网络指令；相应的Zigbee网络路由器20根据所述准许加入网络指令向自组网智能卡10发出连接建立响应，并给自组网智能卡10分配地址，Zigbee网络路由器20与自组网智能卡10建立连接，开始通信。
步骤S609：自组网智能卡10成功加入无线网络，可以通过其父节点Zigbee网络路由器20传输数据；
步骤S610：监控中心40接收到自组网智能卡10传输过来的数据，将数据发送到***后台，然后开始交易处理。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种不停车收费方法，如下面的实施例所述。由于不停车收费方法解决问题的原理与不停车收费***相似，因此不停车收费方法的实施可以参见不停车收费***的实施，重复之处不再赘述。
图7是本发明实施例的不停车收费方法流程图，如图7所示，该方法包括：
步骤S701：自组网智能卡在车辆驶入Zigbee无线网络的有效通信范围内(无线广播区域)后，自组网智能卡10搜索到广播信息，向距离自组网智能卡最近的Zigbee网络路由器20(节点)发出申请建立连接请求，监控中心40对自组网智能卡10的申请加入网络的请求进行确认，若确认自组网智能卡10没有其它的网络连接，则批准它加入无线网络，自组网智能卡10与距离它最近的一个节点建立连接；
步骤S702：自组网智能卡10加入无线网络后，主动向其父节点(与自组网智能卡10建立连接的节点，相应的Zigbee网络路由器20)发送卡片身份信息，通过Zigbee网络路由器20和Zigbee网络协调器30将所述卡片身份信息发送至监控中心40；
步骤S703：监控中心40接收到卡片身份信息后，将卡片身份信息发送给车道控制***50；
步骤S704：车道控制***50将卡片身份信息通过收费管理***60发送至银行服务器70；
步骤S705：银行服务器70根据卡片身份信息对所述自组网智能卡进行身份校验，生成身份校验信息，若身份校验信息表明卡片无效，跳转到步骤S712,若身份校验信息表明卡片有效，跳转到步骤S706；
步骤S706：车道控制***50经过监控中心40通过相应的Zigbee网络路由器20和Zigbee网络协调器30向自组网智能卡10发出读取车辆信息数据的命令，自组网智能卡10将卡片内部记录的用户信息、车辆信息、收费站入口信息发送到车道控制***50，车道控制***50将用户信息、车辆信息、收费站入口信息转发到消费管理***60进行联网结算；
步骤S707：消费管理***60根据所述车辆信息和收费站入口信息确定车辆通行费用，将扣费信息(车辆通行费用和用户信息)发送到银行服务器70进行扣费处理，扣费完成后，将交易数据(扣费结果信息)发送给自组网智能卡10；
步骤S708：自组网智能卡10收到交易数据后，将卡片余额及交易金额显示在显示屏上供用户确认，并完成写卡；
步骤S709：银行服务器70通知车道控制***50交易成功；
步骤S710：监控中心40对自组网智能卡10位置进行精确定位，确定自组网智能卡10的位置信息，将自组网智能卡的位置信息与预设的有效区域范围进行比较，在自组网智能卡的位置信息位于预设的有效区域范围内时(也就是说车辆到达有效区域时)，通知车道控制***50提前抬起相应栏杆，放行车辆，还可以通知车道控制***控制交通信号灯的显示及摄相机的抓拍；自组网智能卡10的具***置，车辆到达有效区域时，
步骤S711：监控中心40对自组网智能卡10位置进行精确定位，在自组网智能卡的位置信息大于预设的有效区域范围的最大值时(也就是车辆驶出有效区域时)，通知车道控制***50及时放下栏杆，防止其它车辆尾随，还可以通知车道控制***控制交通信号灯的显示及摄相机的抓拍；
步骤S712：车道控制***50发出车辆违法通行警报，拦截违规车辆。
综上所述，本发明提出了一种基于自组网技术实现不停车收费的自组网智能卡、***及方法，其自组网智能卡具备金融安全芯片，可以实现自组网智能卡与收费站之间的安全互连，自组网智能卡自带显示屏，可以显示交易过程，提高交易的便捷性和安全性，另外，金融安全芯片与Zigbee通信芯片集成，使得自组网智能卡具备自组网功能，自组网智能卡与后台***的通信方式是通过自组网智能卡与收费站多个Zigbee基站之间自动组建的无线网络进行数据传输，多个Zigbee的立体部署使得其通信距离理论上可以无限扩展，而且部署成本低，并且通过自组网智能卡内部的Zigbee通信芯片可以对车辆进行精确定位，可以有效解决目前交通卡的通讯距离短、通行速率受限、***部署成本高、全方位定位不强的问题，有效提高车辆通行效率和交通智能化水平。具体如下：
(1)车辆通行效率高，并支持多车辆并行处理，所述自组网智能卡内置Zigbee芯片，可以与收费站部署的Zigbee基站自动组成无线网络，根据Zigbee基站的数量可以无限扩展通信距离，使得自组网智能卡可以提前扣费，车辆到达时无需减速即可快速通过，另外，不同的自组网智能卡可以与不同的Zigbee基站进行连接与通信，不同车辆之间互不干扰，支持多车辆并行处理，提升吞吐量，有效提高车辆通行效率。
(2)车辆定位精确，所述自组网智能卡与收费站Zigbee基站之间建立连接,基于自组网智能卡与Zigbee基站之间的距离，通过对节点位置的精确计算，可以实现对车辆位置的精确定位。
(3)***部署成本低，每个Zigbee基站不到1000元人民币，一个收费站大约三五个Zigbee基站即可满足要求，另外，Zigbee模块工作于2.4G全球免费频段,故只需要先期的模块费用,无需支付持续使用费用。
(4)功耗低，由于Zigbee的传输速率低，而且采用了休眠模式，功耗极低,因此Zigbee设备非常省电，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。所述自组网智能卡自带电池，支持无线快速充电，使用起来非常方便。
(5)交易安全性高，所述自组网智能卡内置金融级安全芯片，所有敏感数据存储在安全芯片中，外界无法读出，有效提高数据存储的安全性。另外，所述自组网智能卡基于安全芯片实现与收费站之间安全互连，而Zigbee无线网络本身提供了三级安全模式，采用高级加密算法标准加密传输数据，有效提高了交易的安全性，同时，所述自组网智能卡具备显示屏，交易数据可以直接显示在自组网智能卡上供用户确认，使得交易更加安全。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种自组网智能卡，其特征在于，包括：主控芯片、Zigbee通信芯片和存储器，其中，所述主控芯片分别与所述Zigbee通信芯片和存储器连接；
所述主控芯片用于：控制所述Zigbee通信芯片和存储器工作，将从所述存储器中获取的卡片身份信息、用户信息和车辆信息发送至所述Zigbee通信芯片；
所述Zigbee通信芯片用于：将所述卡片身份信息、用户信息和车辆信息通过Zigbee无线网络输出；
所述存储器用于：存储卡片身份信息、用户信息和车辆信息。
2.如权利要求1所述的自组网智能卡，其特征在于，还包括：与所述主控芯片连接的加密器；
所述主控芯片用于：控制所述加密器工作；
所述加密器用于：对卡片身份信息、用户信息和车辆信息进行加密处理。
3.如权利要求2所述的自组网智能卡，其特征在于，所述加密器包括处理器和密钥存储器；
所述密钥存储器用于：存储加密密钥；
所述处理器用于：根据加密密钥对卡片身份信息、用户信息和车辆信息进行加密处理。
4.如权利要求2所述的自组网智能卡，其特征在于，还包括：与所述主控芯片连接的显示屏；
所述主控芯片用于：控制所述显示屏工作；
所述显示屏用于显示该自组网智能卡的余额和交易金额。
5.如权利要求4所述的自组网智能卡，其特征在于，还包括：与所述主控芯片连接的电源；
所述主控芯片用于：控制所述电源工作；
所述电源用于：为自组网智能卡的运行提供电量。
6.如权利要求5所述的自组网智能卡，其特征在于，所述主控芯片包括GPIO接口、SPI接口和UART接口；
通过GPIO接口发送控制指令控制存储器、电源工作，通过SPI接口发送控制指令控制显示屏工作，通过UART接口发送控制指令控制Zigbee通信芯片、加密器工作。
7.一种不停车收费***，其特征在于，包括：Zigbee网络路由器、Zigbee网络协调器、监控中心、收费管理***、银行服务器、权利要求1至6任一项所述的自组网智能卡；
所述Zigbee网络路由器、Zigbee网络协调器形成一个Zigbee无线网络；
所述自组网智能卡用于：在进入所述Zigbee无线网络的有效通信范围内时，与所述Zigbee网络路由器建立连接，加入所述Zigbee无线网络；在车辆进入收费站时，通过所述Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器接收监控中心下发的收费站入口信息；在车辆驶出收费站时，通过所述Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器将卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息发送至监控中心，接收监控中心转发的身份校验信息和扣费结果信息；
所述监控中心用于：监控Zigbee无线网络的状态；审批自组网智能卡和Zigbee网络路由器申请加入Zigbee无线网络的请求；在车辆进入收费站时，将所述收费站入口信息发送至所述自组网智能卡；在车辆驶出收费站时，将所述卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息发送至所述收费管理***，接收所述收费管理***转发的身份校验信息和扣费结果信息；
所述收费管理***用于：将所述卡片身份信息发送至银行服务器；根据所述车辆信息和收费站入口信息确定车辆通行费用，将所述车辆通行费用和用户信息发送至银行服务器；将银行服务器下发的身份校验信息和扣费结果信息转发至所述监控中心；
所述银行服务器用于：根据所述卡片身份信息对所述自组网智能卡进行身份校验，生成身份校验信息；根据所述车辆通行费用和用户信息进行扣费处理，获得扣费结果信息，将所述身份校验信息和扣费结果信息发送至所述收费管理***。
8.如权利要求7所述的不停车收费***，其特征在于，还包括：车道控制***；
所述车道控制***用于：在车辆进入和驶出收费站时，控制车辆的通行；将所述卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息由所述监控中心转发至所述收费管理***；将身份校验信息和扣费结果信息由所述收费管理***转发至所述监控中心。
9.如权利要求8所述的不停车收费***，其特征在于，所述监控中心还用于：对自组网智能卡的位置进行定位，确定自组网智能卡的位置信息；
所述车道控制***具体用于：根据所述自组网智能卡的位置信息，在车辆进入和驶出收费站时，通过控制栏杆的抬起和放下，控制车辆的通行。
10.如权利要求9所述的不停车收费***，其特征在于，所述监控中心具体用于：按照如下方式对自组网智能卡的位置进行定位，确定自组网智能卡的位置信息：
将部署在收费站的具有确定位置的Zigbee网络路由器作为参考节点，在自组网智能卡接入所述Zigbee无线网络后，根据与自组网智能卡连接的参考节点的位置信息和参考节点发送的信号强度值，确定自组网智能卡的位置信息。
11.如权利要求9所述的不停车收费***，其特征在于，所述车道控制***还用于：
根据所述自组网智能卡的位置信息，在车辆进入和驶出收费站时，控制交通信号灯的显示及摄相机的抓拍。
12.如权利要求7所述的不停车收费***，其特征在于，所述自组网智能卡还用于：根据所述扣费结果信息确定自组网智能卡的余额和交易金额，显示所述自组网智能卡的余额和交易金额。
13.如权利要求8所述的不停车收费***，其特征在于，所述车道控制***还用于：当所述身份校验信息为自组网智能卡无效信息时发出警报信号。
14.如权利要求7所述的不停车收费***，其特征在于，所述不停车收费***包括一个Zigbee网络转换器和多个Zigbee网络路由器；所述Zigbee网络路由器的数量根据通信距离要求和不停车收费车道的数量确定。
15.一种不停车收费***的自组网方法，其特征在于，包括：
Zigbee网络协调器初始化建立一个Zigbee无线网络，在建立成功后发出广播信息；
Zigbee网络路由器在接收到广播信息后向Zigbee网络协调器发出建立连接请求；
监控中心对Zigbee无线网络的状态进行监控，在监控到Zigbee网络路由器发出的建立连接请求后，确认Zigbee网络路由器的网络连接状态，当确认Zigbee网络路由器的网络连接状态为未连接状态时，向Zigbee网络协调器发送准许加入网络指令；
Zigbee网络协调器根据所述准许加入网络指令向Zigbee网络路由器发出连接建立响应，并给所述Zigbee网络路由器分配地址，Zigbee网络协调器与Zigbee网络路由器建立连接，开始通信；
监控中心对已连接了Zigbee网络路由器的Zigbee无线网络的状态进行监控；
在车辆进入已连接了Zigbee网络路由器的Zigbee无线网络的有效通信范围内时，自组网智能卡根据接收到的广播信息查找与自组网智能卡距离最近的Zigbee网络路由器，向相应的Zigbee网络路由器发出建立连接请求；
监控中心在监控到自组网智能卡发出的建立连接请求后，确认自组网智能卡的网络连接状态，当确认自组网智能卡的网络连接状态为未连接状态时，向相应的Zigbee网络路由器发送准许加入网络指令；
相应的Zigbee网络路由器根据所述准许加入网络指令向自组网智能卡发出连接建立响应，并给自组网智能卡分配地址，Zigbee网络路由器与自组网智能卡建立连接，开始通信。
16.一种不停车收费方法，其特征在于，包括：
自组网智能卡在车辆驶入Zigbee无线网络的有效通信范围内后，与距离自组网智能卡最近的Zigbee网络路由器建立连接，连接建立后，通过相应的Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器将卡片身份信息发送至监控中心；所述Zigbee无线网络由Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器自动组成；
监控中心将所述卡片身份信息通过收费管理***发送至银行服务器；
银行服务器根据所述卡片身份信息对所述自组网智能卡进行身份校验，生成身份校验信息，并将所述身份校验信息通过收费管理***发送至监控中心；
监控中心在所述身份校验信息为自组网智能卡有效信息时，通过相应的Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器向所述自组网智能卡发送数据读取指令；
自组网智能卡根据所述数据读取指令将用户信息、车辆信息、收费站入口信息通过相应的Zigbee网络路由器和Zigbee网络协调器发送至监控中心；所述收费站入口信息为在车辆进入收费站时，由监控中心下发至自组网智能卡中；
监控中心将所述用户信息、车辆信息和收费站入口信息发送至收费管理***；
收费管理***根据所述车辆信息和收费站入口信息确定车辆通行费用，将所述车辆通行费用和用户信息发送至银行服务器；
银行服务器根据所述车辆通行费用和用户信息进行扣费处理，获得扣费结果信息，将所述扣费结果信息通过收费管理***发送至监控中心。
17.如权利要求16所述的不停车收费方法，其特征在于，还包括：
监控中心对自组网智能卡的位置进行定位，确定自组网智能卡的位置信息，将所述自组网智能卡的位置信息与预设的有效区域范围进行比较，在所述自组网智能卡的位置信息位于预设的有效区域范围内时，生成栏杆抬起指令，并将所述栏杆抬起指令发送至车道控制***；在所述自组网智能卡的位置信息大于预设的有效区域范围的最大值时，生成栏杆放下指令，并将所述栏杆放下指令发送至车道控制***；
车道控制***根据所述栏杆抬起指令控制栏杆升起，根据所述栏杆降落指令控制栏杆放下，控制车辆的通行。
18.如权利要求17所述的不停车收费方法，其特征在于，还包括：车道控制***根据所述自组网智能卡的位置信息，在车辆进入和驶出收费站时，控制交通信号灯的显示及摄相机的抓拍。
19.如权利要求16所述的不停车收费方法，其特征在于，还包括：车道控制***将所述卡片身份信息、用户信息、车辆信息和收费站入口信息由所述监控中心转发至所述收费管理***；将身份校验信息和扣费结果信息由所述收费管理***转发至所述监控中心；
车道控制***在所述身份校验信息为自组网智能卡无效信息时，发出警报信号。
20.如权利要求16所述的不停车收费方法，其特征在于，还包括：
自组网智能卡根据所述扣费结果信息确定自组网智能卡的余额和交易金额，显示所述自组网智能卡的余额和交易金额。
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