新型便攜機在高速收費車道上的應(yīng)用

(福建省高速公路永安監(jiān)控分中心，永安 366000)

新型便攜機在高速收費車道上的應(yīng)用

■吳健

(福建省高速公路永安監(jiān)控分中心，永安 366000)

本文基于SoC架構(gòu)，對原有無法滿足高速公路收費系統(tǒng)自動化和智能化發(fā)展需要的便攜機進行改造，設(shè)計出新型工控機技術(shù)改造方案，此方案不僅有效提升設(shè)備在高速高溫、高粉塵惡劣環(huán)境下運行的穩(wěn)定性，還能大大節(jié)省升級改造及維護成本。

新型便攜機 機構(gòu)設(shè)計 性能測試 調(diào)試應(yīng)用

1 引言

目前福建省內(nèi)高速公路收費系統(tǒng)在車道應(yīng)急設(shè)備上主要使用便攜式車道控制器和一體化便攜式收費機。便攜式車道控制器外觀與超市收銀刷卡POS機類似，非常便攜。但該設(shè)備啟用程序復(fù)雜，功能簡單，續(xù)航能力差，使用也不方便，且與車道稱臺設(shè)備無通信接口，無法進行計重收費。而一體化便攜式收費機采用與筆記本Baytrail-M平臺類似的技術(shù)，但它集成了IC卡讀卡器和票據(jù)打印機體，從而導(dǎo)致設(shè)備質(zhì)量重、體積大攜帶不太方便，加上售價高，每個路段按分中心只配置一臺，無法真正滿足應(yīng)急使用的需求。為保障高速公路收費站通行效率，需要一款功能強大，適應(yīng)性能強而且使用及攜帶方便的產(chǎn)品。

2 便攜機的設(shè)計分析

2.1 設(shè)備機構(gòu)設(shè)計

按照現(xiàn)有系統(tǒng)自動化和智能化發(fā)展需求，道口便攜收費機系統(tǒng)必須具備高靠性且能在7X24小時環(huán)境下運行。由于運行在惡劣的環(huán)境下，需選擇具有易維護、散熱好、防塵、防潮、抗電磁干擾能全天候運行的工控型產(chǎn)品。一般情況下，工控產(chǎn)品考慮的更多的是機構(gòu)的設(shè)計，然后才是對性能等的考慮。

2.1.1 便攜機尺寸及外觀設(shè)計

基于便攜性和實際使用空間的考慮，將便攜機的機殼設(shè)計的與8V視頻光端機大小相當(dāng)。受機箱體積的限制，需取消機內(nèi)風(fēng)扇設(shè)計。為加速機內(nèi)熱量擴散，我們將鰭片波紋散熱全鋁機箱作為便攜機外殼。這種無風(fēng)扇嵌入式機殼，降低了設(shè)備重量，使得設(shè)備運行低噪音、低功耗，同時整機溫控比大量有風(fēng)扇電腦強。外觀尺寸規(guī)格如圖1所示。

圖1 機殼規(guī)格尺寸(單位:mm)

2.1.2 整機設(shè)計

依據(jù)便攜機外殼尺寸，尺寸規(guī)格定制為 170mm× 170mm的MINI ITX型工控主板，如圖2所示。本主板為開纖維材質(zhì)PCB板設(shè)計，能減少濕氣對電路板的侵蝕，從而降低因濕氣所造成未知主板短路的可能。而板上全固態(tài)電容及超低電阻式晶體管全固態(tài)電容，不但可以降低主板的溫度，更具有較好的耐高溫效果。在低電阻式晶體管的支持下，讓計算機比采用傳統(tǒng)晶體管及電容的計算機更穩(wěn)定、更耐久更低溫?？雇徊ǚ雷o芯片和減少電磁輻射(EMI)阻抗設(shè)計，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，引入看門狗技術(shù)，支持硬件復(fù)位功能(256級，0-255s)，可防止程序由于干擾而進入死循環(huán)，使系統(tǒng)更可靠。

圖2 便攜機整機和主板

為了適宜主板的高度集成化，CPU選用基于SoC架構(gòu)的Baytrail-D處理器，如圖3所示。該架構(gòu)的處理器擁有更好的性能和更低的功耗，其優(yōu)點主要有：第一，更小的封裝方式可以融合在更小的主板上；第二，處理器體積的縮小，也讓平臺的散熱配備有了更多選擇，可以搭配無風(fēng)扇設(shè)計的散熱片，正常使用不成問題；第三，SoC系統(tǒng)帶來的高集成度，還能有效的降低平臺的制造供貨成本；第四，就是可以支持更多設(shè)備，性能可以滿足更多的應(yīng)用程序。

考慮到道口收費的實際需求，便攜機主機即要能與費顯、IC卡讀卡器、車牌識別、計重等設(shè)備的通信,還要實現(xiàn)與票據(jù)打印機和收費鍵盤的連接，如圖4所示。這就要求其不僅有多串口設(shè)計，還要有LPT口與PS/2接口。此外，為增強主機擴展性能，主板還有雙網(wǎng)口、多USB口及PCI擴展插槽配置，如圖5所示。尤其是PCI插槽能加裝研華1730的IO卡，可用于控制車道通行信號燈和收費天棚燈的開關(guān)，還能控制欄桿機的升降，該功能徹底解決了前兩代便攜機無法控制車道通行外設(shè)的問題。在機子抗震性能方面，結(jié)合主板規(guī)格，對收費數(shù)據(jù)的存儲采用了MSATA接口的固體硬盤。

圖3 基于SoC架構(gòu)的CPU

圖4 便攜機設(shè)連接示意圖

圖5 便攜機主要外設(shè)接口

2.2 系統(tǒng)性能測試

2.2.1 CPU性能

便攜機主板搭載直接板載了的Intel Atom D2550處理器，該處理器主頻為1.86GHz，并采用了雙核四線程設(shè)計，這樣能夠更好的應(yīng)付多任務(wù)的運行。此外，處理器集成有 x86、MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3和 EM64T指令集。性能較便攜一體機N270的CPU有了明顯提升。CPU參數(shù)如圖6所示。

默認(rèn)狀態(tài)下CPU占用率為2%。而運行二代收費軟件、MYSQL數(shù)據(jù)庫、VNC軟件的情況下CPU占用率為23%左右，如圖7所示。

2.2.2 整機功耗

機子采用額定電壓12V，最大輸出電流為5A的直流適配器供電，能使用筆記本電腦移動電源充電寶做為后備電源使用，如圖8所示。該平臺功耗小，適合全天候運行。經(jīng)測試主機空載運行功耗為12W，滿載為18W。

2.2.3 散熱性能

圖6 CPU參數(shù)

圖7 CPU運行軟件前后占有率對比圖

便攜機內(nèi)部采用進口含銀導(dǎo)熱膏、紫銅片等導(dǎo)熱材料，外部使用鰭片散熱全鋁機箱，整機溫控比有風(fēng)扇電腦要強。在室溫27.8℃環(huán)境中，連續(xù)進行收費8個小時后，使用紅外線測溫儀，測得主機處最高溫度為33.6℃，如圖9所示。

圖8 設(shè)備后備電源使用

圖9 設(shè)備運行溫度

3 高速收費中的實際應(yīng)用

由于體積小巧，價格適中，在高速公路收費系統(tǒng)中，各收費站均可配備。當(dāng)?shù)揽谙到y(tǒng)出現(xiàn)緊急情況導(dǎo)致暫時車流量高峰時，使用該設(shè)備會有效緩解車道通行壓力，避免車輛擁堵造成不良社會影響。目前高速公路采用計重收費方式，該便攜機自帶多串口，能直接與稱重設(shè)備進行連接，實現(xiàn)貨車計重收費。此外，還可根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)情況，通過千兆以太網(wǎng)口采取聯(lián)網(wǎng)或者離線方式快速上傳收費相關(guān)數(shù)據(jù)。綜合來說，此設(shè)備在高速公路收費系統(tǒng)中的應(yīng)用有以下幾個方面：

3.1 提升高速車道的應(yīng)急保障能力

應(yīng)急保障應(yīng)用是機子的設(shè)計初衷，作為便攜式應(yīng)急收費設(shè)備，將其拿至道口，插上電源并依據(jù)現(xiàn)場實際情況接上外設(shè)即可實現(xiàn)收費或發(fā)卡。緊急情況下，幾分鐘內(nèi)就能安裝到位立竿見影，為收費站的保障工作起到重要作用。與前兩代產(chǎn)品相比，新型機接口豐富，布局合理，安裝方便，部署快。同時性能強，適應(yīng)性好，最快能在5分鐘內(nèi)完成啟用工作，極大提升了車道應(yīng)急保障能力。各類便攜機性能比較見表1。

3.2 車道工控機替換備件

因設(shè)備與車道收費系統(tǒng)工控機具有相同的接口，當(dāng)遇到工控機硬件或軟件故障導(dǎo)致無法使用時，可毫無壓力地直接將此機作為替換備件，連接道口相關(guān)通行設(shè)備，維持正常過車收費。在車道通行壓力較大的收費站，能讓故障車道快速恢復(fù)，減緩相鄰車道的通行壓力，避免堵車現(xiàn)象的發(fā)生。同時也為故障設(shè)備的維修提供便利，贏得寶貴的維修時間。

3.3 快速搭建臨時收費系統(tǒng)

對于有土建預(yù)留但無機電設(shè)備的車道，在收費站遇到交通事故需要車輛分流或節(jié)假日期間暫時性車流高峰導(dǎo)致的通行壓力時，可用便攜機快速搭建無需通訊布線的臨時客車通行收費系統(tǒng)。機子板載的WIFI模塊使其可以無線輕松接入收費系統(tǒng)，不僅確保了收費安全，還縮短了臨時系統(tǒng)的安裝周期。通行壓力解除后，又可將其快速收回作為收費站的常用備件使用，節(jié)省了道口日常使用的成本。

3.4 當(dāng)后臺收費工作站使用

集工業(yè)級PC性能于一身的新型便攜機憑著優(yōu)異的性能，在不增加硬件的情況下，接入標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和鼠標(biāo)后可將其拓展為工作站使用。經(jīng)安裝統(tǒng)一收費監(jiān)控和收費管理軟件測試，該機完全具備替代收費站、分中心各類型工作站的能力，可作為普通PC備件使用。

表1 各類便攜機性能對比

3.5 收費培訓(xùn)測評的理想設(shè)備

可用于新進收費人員崗前培訓(xùn)，在職收費人員業(yè)務(wù)等級考試、技能比武使用。既減少了投入費用，還使得培訓(xùn)測評地點靈活，最關(guān)鍵的是排除培訓(xùn)測評過程中出現(xiàn)的誤操作對正常收費業(yè)務(wù)的影響。該設(shè)備特別是作為培訓(xùn)使用，能讓培訓(xùn)達到更好效果，能使培訓(xùn)效率得到更好的提高，從而使新收費員快速掌握業(yè)務(wù)技能，盡快投入工作。

4 結(jié)束語

新研發(fā)的車道收費一體化便攜機是一款移動式車道收費應(yīng)急系統(tǒng)，它將一套完整的收費系統(tǒng)工控機經(jīng)過小型化、精簡化，高度集成到一臺小型的設(shè)備中，在緊急情況下用于車道通行費用的收取。該設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定性高，兼容性好，體積小巧，接口豐富便于現(xiàn)場安裝調(diào)試，且單套設(shè)備的采購費用比便攜一體機節(jié)省50%以上。由于能流暢運行福建高速第二代收費軟件，是省內(nèi)三百多個收費站現(xiàn)有便攜產(chǎn)品的升級換代的首選。產(chǎn)品若能投入批量生產(chǎn)使用，不僅能提升收費系統(tǒng)可靠性，還能大幅提高收費道口服務(wù)質(zhì)量，對提升高速窗口形象也具有積極的意義。

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