專利名稱：一種5.8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)所有的高速公路都需要付費(fèi)通行，收費(fèi)方式主要有人工收費(fèi)和人工半自動(dòng)收費(fèi)。然而，伴隨著國(guó)家高速公路網(wǎng)的快速建設(shè)和交通量的持續(xù)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的高速公路收費(fèi)方式已經(jīng)無(wú)法滿足高速公路收費(fèi)管理的需要，人工收費(fèi)以及人工半自動(dòng)收費(fèi)帶來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越突出，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)1.入口發(fā)放通行券，出口回收通行券，車輛需要停車兩次，造成道路通行效率下降，收費(fèi)站的通行效率成為了制約道路通行效率提升的瓶頸，不少路段都出現(xiàn)了收費(fèi)站車輛堵塞的情況。2.人工判別車型存在標(biāo)準(zhǔn)不一的問(wèn)題。在實(shí)際收費(fèi)工作中，經(jīng)常出現(xiàn)車輛實(shí)際噸位與行駛證標(biāo)示噸位不符的情況，僅憑人工判別車型、噸位，存在較大差異，從而導(dǎo)致收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，經(jīng)常引起現(xiàn)場(chǎng)糾紛。3.現(xiàn)金交易存在弊端?，F(xiàn)金交易速度慢，導(dǎo)致車輛通行速度無(wú)法提高；收費(fèi)工作中的容易出現(xiàn)貪污作弊現(xiàn)象，導(dǎo)致票款流失、財(cái)務(wù)管理混亂等問(wèn)題。4.基建費(fèi)用和人力成本較高。由于傳統(tǒng)的收費(fèi)方式，需要在高速公路出入口建設(shè)巨大的收費(fèi)廣場(chǎng)以及收費(fèi)站設(shè)施，基建費(fèi)用較高。而且需要人工參與收費(fèi)過(guò)程，人力成本無(wú)法節(jié)省。5.不利于公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)以及高速公路信息化管理的推進(jìn)。為了解決傳統(tǒng)收費(fèi)方式存在的上述問(wèn)題，電子不停車收費(fèi)(ETC)已經(jīng)成為我國(guó)大力推廣的公路收費(fèi)方式。ETC系統(tǒng)主要是利用路側(cè)單元(RSU)與車載單元(OBU)進(jìn)行相互通信和信息交換，以達(dá)到對(duì)車輛的自動(dòng)識(shí)別，并自動(dòng)從車輛用戶的專用賬戶中扣除通行費(fèi)， 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)。目前，OBU與RSU之間主要采用微波通信技術(shù)進(jìn)行無(wú)線短距離信息交換，國(guó)際上ETC系統(tǒng)使用的通信頻段主要有三種915MHz、2. 4GHz、5. 8GHz。其中915MHz和 2. 4GHz頻段在移動(dòng)通信、醫(yī)療、科研等其他領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，其頻率爭(zhēng)用嚴(yán)重，所以背景噪聲較大，并且沒(méi)有有效的安全機(jī)制，通信能力也較低。我國(guó)已有的ETC系統(tǒng)應(yīng)用中，三種通信頻段并存。鑒于專用短程通信(DSRC)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)ETC系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀， 2007年5月實(shí)施的ETC&DSRC中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20851-2007以及2007年10月國(guó)家交通部頒布的《收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)技術(shù)要求》，規(guī)定了我國(guó)ETC系統(tǒng)的短程通信頻段為5. SGHz0國(guó)內(nèi)提供5. 8GHz電子標(biāo)簽的主要有廣州埃特斯公司、廣東新粵公司。但是，由于這些公司起步較早，其生產(chǎn)的5. 8GHz電子標(biāo)簽在技術(shù)上并不完全符合我國(guó)ETC&DSRC中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定?，F(xiàn)有技術(shù)中還不存在符合國(guó)家DSRC標(biāo)準(zhǔn)的用于道路收費(fèi)的5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]實(shí)用新型目的本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種符合國(guó)家 DSRC標(biāo)準(zhǔn)的用于道路收費(fèi)的5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元，以有效解決5. 8GHz 電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)中車輛識(shí)別、無(wú)停留自動(dòng)繳費(fèi)方面的問(wèn)題，其投資成本低、性價(jià)比高、 實(shí)時(shí)性好、安全可靠、使用和維護(hù)方便。技術(shù)方案本實(shí)用新型所述的5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元，包括主處理器單元、5. 8GHz無(wú)線通信模塊、IC卡交互模塊、信息顯示模塊、電源管理模塊、JTAG調(diào)試接口和防拆卸模塊；所述主處理器單元與所述5. 8GHz無(wú)線通信模塊通信連接，用于將5. 8GHz無(wú)線通信模塊收到的收費(fèi)數(shù)據(jù)、命令進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果通過(guò)IC卡接口單元對(duì)雙界面CPU 卡進(jìn)行讀寫(xiě)；所述主處理器單元還與所述信息顯示模塊通信連接，用于將收費(fèi)交易信息發(fā)送到信息顯示模塊進(jìn)行顯示；所述5. 8GHz無(wú)線通信模塊通過(guò)同步串行接口和外部中斷接口與主處理器單元相連，用于實(shí)現(xiàn)符合中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DSRC協(xié)議的短距離無(wú)線通信以及實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)和編解碼；所述IC卡交互模塊包括IC卡接口單元和ESAM單元，所述IC卡交互模塊通過(guò)通用 I/O端口與主處理器單元相連，工作時(shí)鐘由主處理器單元提供；所述IC卡交互模塊通過(guò)通用I/O端口與主處理器單元相連用于實(shí)現(xiàn)雙界面CPU卡與主處理器單元之間的數(shù)據(jù)流通；所述信息顯示模塊通過(guò)通用I/O端口與主處理器單元相連，用于顯示收費(fèi)交易信息；所述電源管理模塊包括用于可充電鋰電池的電壓監(jiān)測(cè)和充電管理的太陽(yáng)能充電管理單元、用于將可充電鋰電池輸出電壓轉(zhuǎn)換為車載單元所需的工作電壓的電壓轉(zhuǎn)換單元和可充電鋰電池；所述電源管理模塊為主處理器單元、5. 8GHz無(wú)線通信模塊、IC卡交互模塊和信息顯示模塊提供能量；所述防拆卸模塊與所述主處理單元信號(hào)連接，用于監(jiān)測(cè)車載單元是否被非法拆卸，當(dāng)車載單元遭到非法拆卸，該模塊將向主處理單元發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，主處理單元根據(jù)控制程序?qū)χ袛嘈盘?hào)進(jìn)行處理。本實(shí)用新型還可以進(jìn)一步采用以下技術(shù)措施主處理器單元選用工業(yè)級(jí)16位低功耗微控制器MSP430F149，5. 8GHz無(wú)線通信模土夬選用工作在5. 8GHz頻段、符合中國(guó)ETC標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20851. 1-2007和GB/T 20851. 2-2007 的工業(yè)級(jí)短距離無(wú)線通信芯片BK5822。5. 8GHz無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)DSRC協(xié)議，物理層鏈路參數(shù)符合ETC中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T20851-2007。信息顯示模塊由8階串行移位寄存器芯片16”、17”、“現(xiàn)”、19”和數(shù)碼管“051”、 “DS2”、“DS3”、“DS4” 組成。電源管理模塊包含太陽(yáng)能充電管理單元，該單元在監(jiān)測(cè)到鋰電池電壓不足時(shí)，利用太陽(yáng)能電池提供的能量對(duì)鋰電池進(jìn)行充電。5. 8GHz無(wú)線通信模塊接收到RSU發(fā)出的喚醒信號(hào)或數(shù)據(jù)，以及向RSU發(fā)送數(shù)據(jù)完成后，都會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)給主處理器單元，主處理器單元對(duì)中斷信號(hào)進(jìn)行判別，根據(jù)判別結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和無(wú)線通信模塊的配置。[0024]5. 8GHz無(wú)線通信模塊接收到RSU發(fā)出的喚醒信號(hào)后并向像主處理器單元發(fā)出中斷信號(hào)，主處理器單元通過(guò)IC卡交互模塊讀取雙界面CPU卡中的數(shù)據(jù)并利用5. 8GHz無(wú)線通信模塊發(fā)送給RSU ；5. 8GHz無(wú)線通信模塊接收RSU發(fā)出的命令和數(shù)據(jù)并發(fā)送中斷信號(hào)給主處理器單元，主處理器單元根據(jù)收到的數(shù)據(jù)或命令通過(guò)IC卡交互模塊更新雙界面CPU卡中的數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到信息顯示模塊進(jìn)行顯示；在完成車輛收費(fèi)后，主處理器單元、5. 8GHz無(wú)線通信模塊、IC卡交互模塊和信息顯示模塊都進(jìn)入休眠狀態(tài)。有益效果本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1)本實(shí)用新型在系統(tǒng)地研究了 5. 8GHz不停車收費(fèi)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并研制了一種5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元，以有效解決不停車收費(fèi)系統(tǒng)中5. 8GHz短距離無(wú)線通信與移動(dòng)車輛不停車實(shí)現(xiàn)收費(fèi)的問(wèn)題，并且其投資成本低、性價(jià)比高、實(shí)時(shí)性好、 安全可靠、使用和維護(hù)方便。2)本實(shí)用新型所述的車載單元可以搭載雙界面CPU卡，能實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有人工半自動(dòng)收費(fèi)方式的兼容。3)本實(shí)用新型的5. 8GHz無(wú)線通信模塊中，采用單芯片無(wú)線收發(fā)解決方案，比分離元器件方案具有更高的穩(wěn)定性和可靠性，并且成本更低、體積更小。4)本實(shí)用新型在電源管理模塊中，可充電鋰電池采用太陽(yáng)能充電管理方案，當(dāng)電池能量不足時(shí)，可自動(dòng)進(jìn)行充電，環(huán)保節(jié)能且長(zhǎng)期免維護(hù)。5)本實(shí)用新型所公布的車載單元具有防拆卸功能，一旦被非法拆卸，車載單元內(nèi)相應(yīng)信息存儲(chǔ)區(qū)中的標(biāo)志位會(huì)發(fā)生改變。6)本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)中由于采用了實(shí)用性設(shè)計(jì)，在充分考慮到其裝置在實(shí)際應(yīng)用中適用性的同時(shí)，盡量減小其成本。由于考慮到抗干擾和成本等因素而分開(kāi)制作的5. 8GHz 無(wú)線收發(fā)模塊連接部分、各部分供電電源接口的連接部分等，也注意到其牢固性，部署前焊牢，并注意焊接點(diǎn)的密封性，使得其裝置在潮濕、灰塵等環(huán)境中都能正常工作，而不會(huì)發(fā)生腐蝕、線路短路或漏電故障等現(xiàn)象。7)本實(shí)用新型由于采用的各元器件的工作溫度范圍大，使其裝置可以在_25°C到 +70°C正常工作，這樣可使本實(shí)用新型適合于世界的絕大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)。8)本實(shí)用新型由于具有上面5)、6)中所述的特點(diǎn)，能夠抵抗一般強(qiáng)度的高濕、高低溫、風(fēng)沙、撞擊和腐蝕等，極大地增強(qiáng)了其裝置在惡劣環(huán)境下的適應(yīng)能力。9)本實(shí)用新型各模塊都具有功耗控制功能，在沒(méi)有喚醒信號(hào)發(fā)生的情況下，都處于休眠狀態(tài)，有效的降低了功耗。

圖1是本實(shí)用新型5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元總體框圖。圖2是本實(shí)用新型5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元主處理器單元(1)、 JTAG調(diào)試接口(6)和防拆卸模塊(7)的原理圖。圖3是本實(shí)用新型5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元5. 8GHz無(wú)線通信模塊 O)原理圖。圖4是本實(shí)用新型5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元IC卡交互模塊(3)原理圖。[0039]圖5是本實(shí)用新型5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元信息顯示模塊(4)原理圖。圖6是本實(shí)用新型5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元電源管理模塊(5)原理圖。圖7是本實(shí)用新型5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元主處理器單元(1)中微處理器芯片Ul處理5. 8GHz無(wú)線數(shù)據(jù)通信的工作流程圖。圖8是本實(shí)用新型5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元主處理器單元(1)中微處理器芯片Ul實(shí)現(xiàn)車輛收費(fèi)的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。本實(shí)用新型所述用于道路收費(fèi)的5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元包括主處理器單元1、5. 8GHz無(wú)線通信模塊2、IC卡交互模塊3、信息顯示模塊4、電源管理模塊5、 JTAG調(diào)試接口 6和防拆卸模塊7，其工作原理如下主處理器單元1由微處理器芯片Ul及其外圍電路組成。它主要完成信號(hào)控制、數(shù)據(jù)處理、協(xié)議通信和算法處理，同時(shí)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各模塊的正常運(yùn)行。5. 8GHz無(wú)線通信模塊2主要由射頻收發(fā)芯片U2、射頻開(kāi)關(guān)芯片U46、U47及其他外圍電路組成。射頻收發(fā)芯片U2為工作在5. 8GHz頻段、符合中國(guó)ETC標(biāo)準(zhǔn)GB/T 208512007 的工業(yè)級(jí)短距離無(wú)線通信芯片。5. 8GHz無(wú)線通信模塊2的數(shù)據(jù)信號(hào)“GPI03_MCU、M0SI_MCU、 MIS0_MCU、SCK_MCU、CSN_MCU、CE_MCU、IRQ_MCU、WK0_MCU” 通過(guò)連接端口 J41 與微處理器芯片Ul的同步串行端口、外部中斷端口、通用I/O端口相連，5. 8GHz無(wú)線通信模塊2的控制信號(hào)“RX_0N_MCU、TX_0N_MCU、RX_R_0N_MCU、RX_W_0N_MCU”通過(guò)連接端口 J42 與微處理器芯片 Ul的通用I/O端口相連。天線采用PCB印制天線。5. 8GHz無(wú)線通信模塊2主要用于實(shí)現(xiàn)符合中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DSRC協(xié)議的短距離無(wú)線通信，通信數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)和編解碼都由其實(shí)現(xiàn)。IC卡交互模塊3主要由IC卡插座J3、ESAM安全控制芯片U3、三極管Ql及其他外圍電路組成，該模塊的時(shí)鐘信號(hào)“IC_CLK”由微處理器芯片Ul的“SMCLK”經(jīng)過(guò)與非門(mén)芯片 U14驅(qū)動(dòng)后提供，IC卡插入檢測(cè)信號(hào)“IC_SW”與微處理器芯片Ul的外部中斷端口相連，其他信號(hào)與Ul的通用I/O端口相連。IC卡交互模塊3用于實(shí)現(xiàn)雙界面CPU卡與主處理器單元1之間的數(shù)據(jù)流通。信息顯示模塊4主要由8階串行移位寄存器芯片U6 U9和數(shù)碼管DSl DS4組成，該模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)“DIS_DATA、DIS_ST、DIS_SH”和控制信號(hào)“DIS_0E”與微處理器芯片 Ul的通用I/O端口相連。信息顯示模塊4用于顯示收費(fèi)交易信息以及IC賬戶余額。電源管理模塊5主要由太陽(yáng)能電池BTl_Sloar、鋰電池充電管理芯片U4、電壓轉(zhuǎn)換芯片U5、可充電鋰電池BT2及其他外圍電路組成。芯片U4實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)BT2的輸出電壓，當(dāng) BT2電壓過(guò)低時(shí)，U4利用太陽(yáng)能BTl_Sloar提供的能量對(duì)BT2進(jìn)行充電；BT2的輸出電壓經(jīng)過(guò)芯片U5轉(zhuǎn)換為VCC_3. 3V為除電源模塊以外的其他所有模塊供電。JTAG調(diào)試接口 6由連接端口 J4及其外圍電路組成，J4的數(shù)據(jù)線與微處理器芯片 Ul的1^6接口相連，它們之間的10(、11^、100、101”引腳互連。它作為對(duì)微處理器芯片Ul內(nèi)部FLASH進(jìn)行編程的接口，以及從硬件上控制Ul運(yùn)行流程的調(diào)試接口。防拆卸模塊7主要由常閉微動(dòng)開(kāi)關(guān)S2及其外圍電路組成，S2與微處理器芯片Ul 的外部中斷端口相連，正常情況下S2斷開(kāi)，當(dāng)車載單元遭到拆卸時(shí)，S2閉合，Ul的中斷引腳電平發(fā)生變化產(chǎn)生中斷，并根據(jù)控制程序?qū)χ袛噙M(jìn)行處理。實(shí)施例1 上述主處理器單元1、JTAG調(diào)試接口 6和防拆卸模塊7見(jiàn)圖2。主處理器單元1中的微處理器芯片Ul選用TI公司的高性能、低功耗MSP43016 位高檔微處理器MSP430F149。它采用了精簡(jiǎn)指令集RISC結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式、簡(jiǎn)潔的內(nèi)核指令以及大量的模擬指令，大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算， 還有高效的查表處理指令；在8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下，可實(shí)現(xiàn)125ns指令周期，同時(shí)具有豐富的外設(shè)、中斷以及I/O資源；具有5鐘低功耗模式，在低功耗模式下，系統(tǒng)最低功耗可降低至 uA級(jí)，并且所有的中斷都可以將系統(tǒng)從低功耗模式喚醒，喚醒時(shí)間只需6us ；具有與IEEE 1149. 1標(biāo)準(zhǔn)兼容的JTAG接口。JTAG調(diào)試接口 6中連接端口 J4的“ 1、3、5、7、11”引腳分別與微處理器芯片Ul的 “54、55、56、57、58” 引腳連接。防拆卸模塊7中常閉微動(dòng)開(kāi)關(guān)S2的“1”腳經(jīng)過(guò)電阻“R6”上拉后與微處理器芯片 Ul的“20”腳相連。5. 8GHz無(wú)線通信模塊2見(jiàn)圖3。5. 8GHz無(wú)線通信模塊2中的射頻收發(fā)芯片U2選用博通公司生產(chǎn)BK5822。它符合ETC中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20851-2007 ；采用ASK調(diào)制、FMO編解碼；接收靈敏度_60dBm，喚醒靈敏度-42dBm ；低供電電壓2. 6V 3. 6V ；睡眠電流13uA，極低功耗；工作在 5. 8GHz 頻段。U2 的“22、20、19、18、17、16、15、14”引腳經(jīng)過(guò)電阻“1 31、1 33、 R36 R41”后通過(guò)連接端口 J41分別與Ul的“44、45、46、47、43、42、18、19”引腳相連。射頻開(kāi)關(guān)芯片U46、U47選用HEXAWAVE公司生產(chǎn)的HWS468砷化鎵單刀雙擲開(kāi)關(guān)，HWS468適用于DC 6GHz的應(yīng)用場(chǎng)合，在5. 8GHz只有0. 8dB的插入損耗，切換時(shí)間30ns，并且具有極低的功耗。U46的“4、6”引腳以及U47的“4、6”引腳經(jīng)過(guò)電阻“R42、R43、R45、R44”后通過(guò)連接端口 J42分別與Ul的“41、40、39、38”引腳相連。IC卡交互模塊3見(jiàn)圖4。ESAM單元3-2中的ESAM安全控制芯片U3選用Broadstar 公司開(kāi)發(fā)的通用ESAM芯片，它支持標(biāo)準(zhǔn)DES和三重DES算法并可以根據(jù)密鑰程度自動(dòng)選擇算法；支持包括明文、密文、加密及MAC三種方式的文件和密鑰操作通信線路保護(hù)；支持主工作密鑰功能，可以對(duì)用戶卡分散的密鑰進(jìn)行認(rèn)證；支持明文、密文、加密及MAC三種密鑰安裝和更新方式；工作電壓2. 7V 5. 5V ；等待接收命令時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)，最大電流為 IOOuA, U3的“3、7”引腳與微處理器芯片Ul的“37、36”引腳相連，U3的“6”引腳與與非門(mén)芯片U14的“3”引腳相連。與非門(mén)芯片U14采用NXP公司生產(chǎn)的74HC00芯片，它具有4個(gè) 2輸入與非門(mén)，工作電壓2. OV 6. OV。U14的“ 1、2、4”引腳與微處理器芯片Ul的“49、23” 引腳相連，“9、10”引腳與J3的“10”腳相連，“6”引腳通過(guò)電阻“R39”與三極管Ql的基極相連。三極管Ql采用通用半導(dǎo)體器件8550。IC卡接口單元3-1中的IC卡插座J3采用 IS07816標(biāo)準(zhǔn)尺寸接觸式插座，J3的“7、2”引腳與微處理器芯片Ul的“21、22”引腳相連， “3”引腳與U14的“3”引腳相連。信息顯示模塊4見(jiàn)圖5。8階串行移位寄存器芯片TO U9采用NXP公司生產(chǎn)的74HC595芯片，它是一款高速CMOS型8階串行移位寄存器，帶有存儲(chǔ)寄存器和三態(tài)輸出， 移位寄存器和存儲(chǔ)寄存器分別采用單獨(dú)的時(shí)鐘；存儲(chǔ)寄存器帶有8個(gè)三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸出。 U6 U9相互級(jí)聯(lián)，U9的“9”引腳與U8的“14”引腳相連，U8的“9”引腳與U7的“14”引腳相連，U7的“9”引腳與TO的“14”引腳相連，U9的“ 14”引腳與微處理器芯片Ul的“2” 引腳相連，U6、U7、U8、U9的"11"腳并聯(lián)同時(shí)與Ul的“5”引腳相連，U6、U7、U8、U9的“ 12” 腳并聯(lián)同時(shí)與Ul的“4”引腳相連，U6、U7、U8、U9的“ 13”腳并聯(lián)同時(shí)與Ul的“3”引腳相連；U6的“1 7”引腳經(jīng)過(guò)限流電阻“R9 Rl5"與DSl的“7 1”引腳相連，U7的“1 7”引腳經(jīng)過(guò)限流電阻“R16 R22”與DS2的“7 1”引腳相連，U8的“1 7”引腳經(jīng)過(guò)限流電阻“ R23 R28、R30 ”與DS3的“ 7 1 ”引腳相連，U9的“ 1 7 ”引腳經(jīng)過(guò)限流電阻 “R31 R37”與DS4的“7 1”引腳相連。電源管理模塊5見(jiàn)圖6。太陽(yáng)能充電管理單元5-1中的充電管理芯片U4采用 Linear公司開(kāi)發(fā)的LTC4052鋰電池充電芯片，它具有4. 5 IOV輸入電壓范圍，能提供高達(dá)IA充電電流，無(wú)需外接MOSFET和隔離二極管，具有短路保護(hù)和防鋰電池倒流功能；自動(dòng)電流監(jiān)測(cè)，充電電流小于充電終止門(mén)限電流時(shí)，自動(dòng)終止充電，進(jìn)入休眠狀態(tài)，其休眠狀態(tài)功耗僅25uA ；可以進(jìn)行限流保護(hù)，防止輸入端過(guò)流對(duì)電路造成損壞。U4的“3”引腳與太陽(yáng)能電池BTl_Sloar的正極相連，U4的“8”引腳與可充電鋰電池BT2的正極相連。電壓轉(zhuǎn)換單元5-2中的U5采用TI公司開(kāi)發(fā)的TPS73633穩(wěn)壓芯片，它是一款極低功耗、低噪聲、輸出電流400mA的低壓差線性穩(wěn)壓器，靜態(tài)功耗只有uA級(jí)，正向壓差75mV。U5的“1”引腳與鋰電池BT2的正極相連，U5的“5”引腳輸出3. 3V為各模塊供電。以上所選芯片的溫度范圍如下微處理器芯片Ul為-40°C到+85°C ；射頻收發(fā)芯片U2為-40°C到+85°C ；IC卡交互模塊3中ESAM安全控制芯片U3為-25°C到+70°C，與非門(mén)芯片U14為-40°C到+85°C ；移位寄存器芯片TO U9為-40°C到+85°C ；太陽(yáng)能充電管理單元5-1中鋰電池充電管理芯片U4為-40°C到+85°C;電壓轉(zhuǎn)換單元5_2中穩(wěn)壓器U5芯片為-40°C到+125°C°。這使得整個(gè)車載單元可工作在_25°C到+70°C的環(huán)境中，符合中國(guó) 《收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)技術(shù)要求》中對(duì)OBU工作環(huán)境溫度的要求。實(shí)施例2 根據(jù)實(shí)施例1所選用的芯片和連接方式，主處理器單元1中微處理器芯片Ul處理 5. 8GHz無(wú)線數(shù)據(jù)通信的工作流程如圖7所示，它包括步驟1進(jìn)入IRQ中斷處理程序后，關(guān)閉IRQ中斷使能。步驟2讀取各中斷寄存器的值，對(duì)中斷標(biāo)志位進(jìn)行判斷。(1)如果喚醒中斷標(biāo)志位有效，則清除喚醒中斷標(biāo)志位，轉(zhuǎn)入步驟3。(2)如果發(fā)送完成中斷標(biāo)志位有效，則清除發(fā)送完成中斷標(biāo)志位，轉(zhuǎn)入步驟3。(3)如果接收完成中斷標(biāo)志位有效，則清除接收完成中斷標(biāo)志位，讀取射頻收發(fā)芯片U2中RX_FIF0寄存器中的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)入步驟4。(4)如果上述三個(gè)中斷標(biāo)志位都無(wú)效，則接收錯(cuò)誤，清除接收錯(cuò)誤標(biāo)志位，進(jìn)行錯(cuò)誤處理，轉(zhuǎn)入步驟4。步驟3使能CE信號(hào)，配置射頻收發(fā)芯片U2進(jìn)入待機(jī)模式，轉(zhuǎn)入步驟4。步驟4(1)如果本次車輛收費(fèi)交易完成，則配置射頻收發(fā)芯片U2進(jìn)入睡眠模式，開(kāi)啟微處理器Ul的IRQ中斷使能，然后中斷返回。(2)如果本次車輛收費(fèi)交易未完成，則開(kāi)啟微處理器Ul的IRQ中斷使能，然后中斷返回。實(shí)施例3 根據(jù)實(shí)施例1所選用的芯片和連接方式，主處理器單元1中微處理器芯片Ul實(shí)現(xiàn)車輛收費(fèi)的工作流程如圖8所示，它包括步驟1清零交易完成標(biāo)志位，轉(zhuǎn)入步驟2。步驟2(1)如果CPU卡狀態(tài)正常，轉(zhuǎn)入步驟3。(2)如果CPU卡狀態(tài)異常，顯示信息提示用戶插入有效CPU卡，返回步驟2。步驟3(1)接收RSU命令，如果接收RSU命令未超時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟4。(2)如果接收命令超時(shí)，則轉(zhuǎn)入步驟10。步驟4對(duì)接收到的RSU命令進(jìn)行判讀(1)如果是讀取系統(tǒng)/車輛/交易記錄信息命令，轉(zhuǎn)入步驟5。(2)如果是接收交易記錄命令，則接收交易記錄數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)入步驟7。(3)如果是交易完成命令，則置位交易完成標(biāo)志位，轉(zhuǎn)入步驟11。(4)如果是交易失敗命令，則轉(zhuǎn)入步驟10。步驟5讀取系統(tǒng)/車輛/交易記錄信息(1)如果信息讀取失敗，則讀信息失敗次數(shù)加1，轉(zhuǎn)入步驟6。(2)如果信息讀取成功，則清零讀信息失敗計(jì)數(shù)器，將讀取的信息發(fā)送給RSU，轉(zhuǎn)入步驟11。步驟6(1)如果讀信息失敗次數(shù)未超過(guò)最大次數(shù)限制，返回步驟5。(2)如果讀信息失敗次數(shù)超過(guò)最大次數(shù)限制，則置位信息讀取失敗標(biāo)志位，發(fā)送信息讀取失敗指令給RSU，轉(zhuǎn)入步驟11。步驟7(1)如果需要扣費(fèi)，則進(jìn)行電子錢(qián)包的扣費(fèi)處理，轉(zhuǎn)入步驟8。(2)如果不需要扣費(fèi)，轉(zhuǎn)入步驟9。步驟8(1)如果扣費(fèi)成功，轉(zhuǎn)入步驟9。(2)如果扣費(fèi)失敗，則發(fā)送扣費(fèi)失敗指令給RSU，轉(zhuǎn)入步驟11。步驟9更新交易記錄文件，發(fā)送交易成功指令給RSU，信息顯示模塊顯示CPU卡賬戶余額，啟動(dòng)顯示時(shí)間控制定時(shí)器，轉(zhuǎn)入步驟U。步驟10置位交易失敗標(biāo)志，信息顯示模塊提示交易失敗，啟動(dòng)顯示時(shí)間控制定時(shí)器，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。步驟11(1)如果交易未完成，返回步驟3。(2)如果交易完成，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。[0105] 如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本實(shí)用新型，但其不得解釋為對(duì)本實(shí)用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求1.一種5. 8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元，其特征在于包括主處理器單元(1)、 5. 8GHz無(wú)線通信模塊(2)、IC卡交互模塊(3)、信息顯示模塊(4)、電源管理模塊(5)、JTAG 調(diào)試接口 (6)和防拆卸模塊(7)；所述主處理器單元(1)與所述5. 8GHz無(wú)線通信模塊( 通信連接，用于將5. 8GHz無(wú)線通信模塊(2)收到的收費(fèi)數(shù)據(jù)、命令進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果通過(guò)IC卡接口單元(3-1) 對(duì)雙界面CPU卡進(jìn)行讀寫(xiě)；所述主處理器單元(1)還與所述信息顯示模塊(4)通信連接，用于將收費(fèi)交易信息發(fā)送到信息顯示模塊(4)進(jìn)行顯示；所述5. 8GHz無(wú)線通信模塊( 通過(guò)同步串行接口和外部中斷接口與主處理器單元(1) 相連用于實(shí)現(xiàn)符合中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DSRC協(xié)議的短距離無(wú)線通信以及實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)和編解碼；所述IC卡交互模塊( 包括IC卡接口單元(3-1)和ESAM單元(3- ，所述IC卡交互模塊C3)通過(guò)通用I/O端口與主處理器單元(1)相連用于實(shí)現(xiàn)雙界面CPU卡與主處理器單元⑴之間的數(shù)據(jù)流通；所述信息顯示模塊(4)通過(guò)通用I/O端口與主處理器單元(1)相連，用于顯示收費(fèi)交易信息；所述電源管理模塊( 包括用于可充電鋰電池(5- 的電壓監(jiān)測(cè)和充電管理的太陽(yáng)能充電管理單元(5-1)、用于將可充電鋰電池(5-3)輸出電壓轉(zhuǎn)換為車載單元所需的工作電壓的電壓轉(zhuǎn)換單元(5- 和可充電鋰電池(5-3)；所述電源管理模塊( 為主處理器單元 (1)、5. 8GHz無(wú)線通信模塊(2)、IC卡交互模塊(3)和信息顯示模塊(4)提供能量；所述防拆卸模塊(7)與所述主處理單元(1)信號(hào)連接，用于監(jiān)測(cè)車載單元是否被非法拆卸，當(dāng)車載單元遭到非法拆卸，該模塊將向主處理單元(1)發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，主處理單元(1)根據(jù)控制程序?qū)χ袛嘈盘?hào)進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5.8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元，其特征在于所述主處理器單元(1)采用工業(yè)級(jí)16位低功耗微控制器10^43(^149;所述5.86泡無(wú)線通信模塊(2)采用工作在5.8GHz頻段、符合中國(guó)ETC標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20851. 1-2007和GB/T 20851. 2-2007的工業(yè)級(jí)短距離無(wú)線通信芯片BK5822。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的5.8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元，其特征在于 所述5. 8GHz無(wú)線通信模塊( 實(shí)現(xiàn)DSRC協(xié)議，物理層鏈路參數(shù)符合ETC中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T20851-2007。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5.8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元，其特征在于所述信息顯示模塊⑷由8階串行移位寄存器芯片“U6”、“U7”、“U8”、“U9”和數(shù)碼管“DS1”、 “DS2”、“DS3”、“DS4” 組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5.8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元，其特征在于所述太陽(yáng)能充電管理單元(5-1)由芯片“U4”組成，利用太陽(yáng)能電池提供的能量對(duì)可充電鋰電池 (5-3)進(jìn)行充電。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種5.8GHz電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車載單元，包括主處理器單元、5.8GHz無(wú)線通信模塊、IC卡交互模塊、信息顯示模塊、電源管理模塊、JTAG調(diào)試接口和防拆卸模塊。所述5.8GHz無(wú)線通信模塊與主處理器單元相連，實(shí)現(xiàn)符合中國(guó)國(guó)家ETC標(biāo)準(zhǔn)的DSRC短距離無(wú)線通信；IC卡交互模塊搭載雙界面CPU卡，可與人工半自動(dòng)收費(fèi)方式兼容；電源管理模塊利用太陽(yáng)能電池為鋰電池充電。該車載單元的5.8GHz無(wú)線通信模塊接收RSU發(fā)出的喚醒信號(hào)和數(shù)據(jù)送給主處理器單元處理，主處理器單元根據(jù)收到的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)雙界面CPU卡，并發(fā)送車輛/交易信息給RSU，實(shí)現(xiàn)不停車電子收費(fèi)。
文檔編號(hào)G05B15/00GK202049350SQ20112006004
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者山寶銀, 陳俊杰 申請(qǐng)人:東南大學(xué)