停車場計時計費檢定裝置

文/曾舒帆 李亞娟 朱自科 張自長

1 引言

如今安裝電腦計時計費裝置的停車場在各大城市日益普遍，它讓停車更方便與日俱增快捷，但是帶來方便的同時這些計時計費裝置計時是否準確關系到每位消費者的切身利益。各省市質量技術監督部門也希望能夠有手段對停車場計時計費裝置進行監管，但沒有對應的計量檢定裝置滿足規程要求，讓各級計量部門能夠開展對該設備的計量檢定工作。

2 裝置原理

課題研制的裝置主要利用同步觸發機制同時向被檢裝置以及檢定系統中的計算機發送觸發信號，此時計算機向標準GPS時鐘發送授時申請，GPS時鐘向計算機發送授時時間，此時計算機記錄授時時間，不同幾個授時時間點之間的時間段就可以用于檢定停車場計時計費裝置的時間間隔。裝置原理框圖如圖1所示。本文設計的檢定裝置其標準GPS時鐘可以量值溯源，構成的整體裝置作為時間間隔測量裝置也可以進行量值溯源，從同步觸發到標準時鐘授時整個過程中的不同步時間誤差可以準確的估計出來，因此研制的裝置可以作為計量標準器具進行量值的傳遞。

本課題標準GPS時鐘采用的是Jupiter并行12通道GPS接收板，其1PPS時間精度優于30nS，串行輸出接口為串口，其波特率可調，CMOS電平。輸出經度、緯度、高度、仰角、速度、航向、時間、載波相位。GPS信號接收模塊電路設計如圖2所示。該模塊向外部提供1PPS秒脈沖信號，并通過串口GPS_TX、GPS_RX向單片機輸出時間定位信息，時間定為信息再通過串行接口對計算機授時，GPS接收電路如圖2所示。

3 同步觸發系統

停車場計時觸發方式有很多種，現在市場上較多的三種方式分別是：IC、ID卡觸發；機器視覺識別車牌觸發；埋地感應器觸發。本文分別針對這三種觸發方式設計了測試設備。

表1：同步誤差測試結果

圖1：裝置原理框圖

圖2：GPS接收電路

圖3：裝置實物圖

本文設計了IC、ID卡讀卡器僅當讀取到卡片信息時（不對信息進行解碼和讀取）向裝置發送觸發信號，裝置記錄觸發時的標準時間并通過軟件將時間記錄和顯示出來，當再次觸發信號時，軟件計算出入時刻時間差。經過計算這種方式的同步誤差優于10ms。

對于機器視覺識別的停車場，本文開發了同步標準時間顯示裝置。利用數碼管將GPS時鐘標準時間顯示在車頭被拍照位置，在出入場時刻由被測系統分別記錄標準裝置輸出的標準時刻，通過識別算法記錄并計算兩張圖片的時刻差，這種方式記錄的同步誤差優于0.1ms，基本上同步誤差可以忽略不計。

對于埋地式感應觸發器，本文開發了模擬觸發裝置，利用光傳感器，將光傳感器和感應觸發器放在相同位置，在觸發器觸發的同時觸發標準器計時。經過實際測試這種方式的同步誤差優于100ms。

4 軟件系統及研制的樣機

軟件系統是檢定系統的關鍵環節，軟件系統主要用于實現各個環節的同步觸發，數據的運算及處理，各時間參數的記錄以及計算，實時數據處理存儲導出以及證書打印。管理控制軟件系統開發工具使用的是Borland C++Builder6.0，主要開發語言為C++，軟件適用于Windows98及以上操作系統，對主機無太多特殊要求，只需要具備一個RS232串行口或者一個USB接口。為滿足同步觸發需要，利用COM控件進行串行數據接口RS232的通信設計，通過兩路并行的RS232接口同步與標準時鐘以及同步觸發裝置進行通信，在觸發的同時讀取當前時間信息，通過計算兩個時間點之間的時間間隔得到時間間隔測量結果。檢定數據存放于數據庫中，數據庫使用Borland C++Builder自帶的database開發用于存放臨時數據，最終結果通過OLE控件導出到Excel中并按照證書名稱保存在特定的文件夾下方便管理和保存。

研制的樣機如圖3所示，包括了標準GPS時鐘、天線、計算機、觸發器以及供電電路。

5 測試實驗

1pps精度實驗：利用時間間隔標準對GPS時鐘輸出的1pps精度進行比對實驗，實驗結果1pps精度優于40ns。利用同步計時器對同步觸發的誤差進行比對實驗。將觸發器部分制作為秒表模擬器，用秒表標準裝置進行同步性誤差分析，三種觸發器同步誤差如表1所示。

6 結束語

本文研制了可用作計量標準器的停車場計時計費裝置檢定裝置，可以解決停車場計時裝置無法溯源的問題，并在文中對誤差進行了分析，能夠滿足量值傳遞的需求。