本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，具體涉及對(duì)通信優(yōu)化的一種復(fù)合通行卡及其通信方法。

背景技術(shù)：

多義路徑識(shí)別系統(tǒng)是高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的一個(gè)子系統(tǒng)。高速公路網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，高速入口和出口之間往往具有不同的路徑選擇，CPC(Compound Pass Card，復(fù)合通行卡)的目的就是判斷出車輛的具體形式路徑，以實(shí)現(xiàn)精確收費(fèi)，方便高速管理。

它的實(shí)現(xiàn)方法是，在存在二異性的道路上架設(shè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)，基于5.8GHzDSRC技術(shù)實(shí)現(xiàn)ETC車輛和MTC車輛的多義性路徑識(shí)別。MTC車輛在高速公路入口處領(lǐng)取路徑識(shí)別卡，即復(fù)合通行卡(簡稱CPC卡)，車輛經(jīng)過架設(shè)在路上的標(biāo)識(shí)點(diǎn)時(shí)，標(biāo)識(shí)點(diǎn)天線把路徑信息寫入到放在車?yán)锏腃PC上。車輛駛離高速時(shí)，在收費(fèi)站交還CPC卡，系統(tǒng)可讀出CPC卡內(nèi)的入口信息和路徑信息，并計(jì)算費(fèi)用。

高速上的車輛具有速度快的特點(diǎn)，經(jīng)過標(biāo)識(shí)點(diǎn)天線的時(shí)間極短，這就對(duì)CPC卡與天線的通信距離和通信時(shí)間提出了較高的要求。而且車主在領(lǐng)到CPC卡后，有可能會(huì)把卡片放在車內(nèi)任意地方，在座位下方等距前擋風(fēng)玻璃較遠(yuǎn)的位置上，對(duì)天線信號(hào)的衰減較大，并且CPC卡的放置角度是隨意的。有鑒于此，CPC卡的微波喚醒和接收需要達(dá)到較高的靈敏度，同時(shí)CPC卡微波天線的方向圖應(yīng)該做到全向。

目前，集成芯片的技術(shù)可以保證CPC的喚醒靈敏度和接收靈敏度，但是微波天線的角度很難做到全向性特別好。

CPC卡屬于電池供電設(shè)備，平時(shí)的休眠功耗很低，在低電流消耗的情況下，集成芯片的喚醒靈敏度(-60dbm)比正常工作時(shí)的接收靈敏度(-80dbm左右)差很多。CPC卡上的微波天線是封裝在卡片內(nèi)的，其存在增益優(yōu)勢方向和增益劣勢方向，如圖4所示為一個(gè)封裝在CPC卡上的微波喚醒天線示意圖，X軸為垂直于天線振子的方向，Y軸為平行于天線振子的方向，該天線在圖示的X軸方向以及垂直天線所在平面的Z軸方向接收微波信號(hào)的增益較好，為增益優(yōu)勢方向，而在圖示的Y軸方向接收微波信號(hào)的增益較差，為增益劣勢方向(同一天線的增益優(yōu)勢方向和增益劣勢方向的靈敏度差值能夠達(dá)到10dbm以上)。因此，在CPC卡休眠時(shí)若存在天線微波信號(hào)的衰減較大并且天線微波信號(hào)沿著CPC卡增益劣勢方向被接收的情況，則可能導(dǎo)致休眠的CPC卡不被喚醒，無法正常進(jìn)行路徑信息通信。因此，相比接收靈敏度而言，如果解決提高CPC卡的喚醒靈敏度，和優(yōu)化喚醒天線的方向圖，更為重要，也更有難度。

為解決上述喚醒靈敏度不高的問題，現(xiàn)有技術(shù)方案一是基于集成芯片的接收靈敏度可以達(dá)到較高水平設(shè)計(jì)的。由于接收靈敏度-80db左右的范圍，正常工作狀態(tài)下，即使微波天線的某一面增益較小，也可以滿足CPC卡的接收微波信號(hào)的要求。因此產(chǎn)生了定時(shí)喚醒的方案，即在車主領(lǐng)到CPC卡后，卡上的微波收發(fā)芯片便開始每隔一段時(shí)間自主喚醒一次，使CPC卡處于正常工作狀態(tài)，以接收靈敏度去接收微波信號(hào)，如果收到微波信號(hào)，微波芯片再去喚醒MCU，開啟通信的交互。這樣，CPC卡以接收靈敏度代替喚醒靈敏度，即使微波天線的增益劣勢方向，也可以滿足CPC卡高喚醒靈敏度的要求。

該方案的平均功耗較大，且與標(biāo)識(shí)點(diǎn)天線的信號(hào)發(fā)送間隔有較大關(guān)系。因?yàn)槲⒉ㄐ酒〞r(shí)喚醒后保持接收的時(shí)間必須大于標(biāo)識(shí)點(diǎn)天線的信號(hào)發(fā)送間隔，才能保證每次定時(shí)喚醒都能收到一幀標(biāo)識(shí)點(diǎn)天線的下發(fā)數(shù)據(jù)幀。這樣，如果標(biāo)識(shí)點(diǎn)天線的信號(hào)發(fā)送間隔較大，則CPC卡的功耗會(huì)更大。實(shí)際測試數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)定時(shí)喚醒的間隔是1s，喚醒后保持接收的時(shí)間是20ms時(shí)，CPC卡的平均功耗大于40uA。又因?yàn)殡姵厝萘康南拗疲@樣的待機(jī)功耗，很難保證CPC卡5年的使用時(shí)間。

現(xiàn)有技術(shù)方案二則是在喚醒天線經(jīng)過檢波后輸出的信號(hào)上增加運(yùn)算放大器電路，使信號(hào)增強(qiáng)，再送入微波集成芯片，這樣可以提高CPC卡的喚醒靈敏度，保證增益劣勢方向也能滿足高靈敏度的要求。但這種方法成本高，功耗大，而且CPC卡所有方向的靈敏度都得到了提高，本來滿足要求的那個(gè)方向上的靈敏度也提高了很多，容易造成誤喚醒。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種成本較低、功耗增加較少、PCB布板面積增加較少的復(fù)合通行卡及其通信方法，以解決因微波天線接收收益劣勢方向和微波信號(hào)衰減造成喚醒靈敏度低、全向性差，休眠狀態(tài)無法正常喚醒進(jìn)行路徑信息通信的問題。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種復(fù)合通行卡，包括：

第一微波接收喚醒天線，用于以第一角度接收微波信號(hào)；

第二微波接收喚醒天線，用于以第二角度接收同一微波信號(hào)；

第一檢波電路，用于對(duì)第一微波接收喚醒天線以第一角度接收的微波信號(hào)進(jìn)行檢波；

第二檢波電路，用于對(duì)第二微波接收喚醒天線以第二角度接收的微波信號(hào)進(jìn)行檢波；

微波收發(fā)芯片，接收檢波后的微波信號(hào)，根據(jù)微波信號(hào)喚醒MCU模塊進(jìn)行通信；

微波收發(fā)天線，用于MCU模塊進(jìn)行通信時(shí)根據(jù)微波收發(fā)芯片的信號(hào)接收/發(fā)送微波信號(hào)；

MCU模塊，用于在微波收發(fā)模塊接收到微波信號(hào)時(shí)進(jìn)行通信；

所述第一角度的接收增益優(yōu)勢方向彌補(bǔ)所述第二角度的接收增益劣勢方向。

進(jìn)一步地，上述復(fù)合通行卡，所述第一檢波電路包括第一檢波二極管，所述第一檢波二極管與所述第一微波接收喚醒天線集成設(shè)置；

所述第二檢波電路包括第二檢波二極管，所述第二檢波二極管與所述第二微波接收喚醒天線集成設(shè)置。

進(jìn)一步地，上述復(fù)合通行卡，所述第一檢波二極管集成在所述第一微波接收喚醒天線的阻抗匹配點(diǎn)上，該阻抗匹配點(diǎn)的阻抗與所述第一檢波二極管的輸入阻抗共軛匹配；

所述第二檢波二極管集成在所述第二微波接收喚醒天線的阻抗匹配點(diǎn)上，該阻抗匹配點(diǎn)的阻抗與所述第二檢波二極管的輸入阻抗共軛匹配。

進(jìn)一步地，上述復(fù)合通行卡，第一檢波電路的輸出和第二檢波電路的輸出直接合為一路后與微波收發(fā)芯片的輸入連接。

進(jìn)一步地，上述復(fù)合通行卡，第一檢波電路的輸出和第二檢波電路的輸出經(jīng)過運(yùn)算放大器合路后與微波收發(fā)芯片的輸入連接。

進(jìn)一步地，上述復(fù)合通行卡，以第一角度接收微波信號(hào)的第一微波接收喚醒天線，和以第二角度接收同一微波信號(hào)的第二微波接收喚醒天線之間的夾角為60°至120°。

進(jìn)一步地，上述復(fù)合通行卡，以第一角度接收微波信號(hào)的第一微波接收喚醒天線，和以第二角度接收同一微波信號(hào)的第二微波接收喚醒天線之間的夾角為90°。

進(jìn)一步地，上述復(fù)合通行卡，還包括：

非接線圈，用于驅(qū)動(dòng)MCU檢波電路，還用于非接芯片的通信；

非接芯片，用于存儲(chǔ)入口信息文件；

MCU檢波電路，用于非接線圈離開磁場時(shí)喚醒MCU模塊，還用于在非接線圈處于磁場中時(shí)給電池充電；

MCU模塊，還用于被MCU檢波電路喚醒時(shí)讀取非接芯片的入口信息文件，開啟/關(guān)閉微波收發(fā)芯片；

微波收發(fā)芯片，還用于響應(yīng)MCU模塊的信號(hào)開啟或關(guān)閉，在開啟的狀態(tài)下根據(jù)微波信號(hào)喚醒的MCU模塊進(jìn)行通信；

電池模塊，用于給MCU模塊供電和微波收發(fā)芯片供電。

同時(shí)，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供了一種復(fù)合通行卡的通信方法，用于路徑信息的通信，包括以下步驟：

(1)在復(fù)合通行卡中設(shè)置兩個(gè)不同角度的微波接收喚醒天線，分別以第一角度和第二角度接收同一微波信號(hào)；

(2)第一角度接收的微波信號(hào)和第二角度接收的微波信號(hào)分別波檢后，發(fā)送至微波收發(fā)芯片；

(3)微波收發(fā)芯片根據(jù)收到的微波信號(hào)喚醒MCU進(jìn)行通信；

所述第一角度的接收增益優(yōu)勢方向彌補(bǔ)所述第二角度的接收增益劣勢方向。

進(jìn)一步地，第一微波接收喚醒天線和第二微波接收喚醒天線之間的夾角為60°-120°。

更進(jìn)一步，第一微波接收喚醒天線和第二微波接收喚醒天線之間的夾角為90°。

進(jìn)一步地，上述復(fù)合通行卡的通信方法，第一角度接收的微波信號(hào)和第二角度接收的微波信號(hào)分別波檢后經(jīng)過運(yùn)算放大電路整合成一路發(fā)送給微波收發(fā)芯片。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明通過兩個(gè)微波接收喚醒天線以不同角度接收標(biāo)記點(diǎn)天線發(fā)送的微波信號(hào)，通過相互以信號(hào)接收收益優(yōu)勢方向彌補(bǔ)信號(hào)接收收益劣勢方向的不足，實(shí)現(xiàn)喚醒靈敏度的全向性滿足；

2、檢波二極管與微波接收喚醒天線集成設(shè)置，簡化了天線和檢波二極管匹配電路的設(shè)計(jì)；

3、檢波二極管集成在微波接收喚醒天線的阻抗匹配點(diǎn)，保證天線的阻抗與二極管的輸入阻抗共軛匹配，以保證二極管檢波效率最大，喚醒靈敏度也最高；

4、兩路微波信號(hào)直接合路發(fā)送給微波收發(fā)芯片，輸出信號(hào)較高者，成本更低，相比背景技術(shù)方案的功耗增加較少，PCB布板面積增加較??；

5、通過運(yùn)算放大器合路的方案能夠獲得更好的波形輸出。

附圖說明

圖1為本發(fā)明復(fù)合通行卡一個(gè)具體實(shí)施例的器件布局圖。

圖2為本發(fā)明復(fù)合通行卡一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明復(fù)合通行卡通信方法的流程圖。

圖4為復(fù)合通行卡的微波接收喚醒天線的結(jié)構(gòu)示意圖。

上述附圖中，1、第一微波接收喚醒天線；2、第二微波接收喚醒天線；3、第一檢波管；4、第二檢波管；5、微波收發(fā)芯片；6、微波收發(fā)天線；7、MCU模塊；8、非接線圈；9、非接芯片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供了一種復(fù)合通行卡，適用于高速公路網(wǎng)的多義路徑識(shí)別系統(tǒng)，其中包括：

第一微波接收喚醒天線1，用于以第一角度接收微波信號(hào)；

第二微波接收喚醒天線2，用于以第二角度與第一微波接收喚醒天線接收同一微波信號(hào)；

第一檢波電路3，用于對(duì)第一微波接收喚醒天線以第一角度接收的微波信號(hào)進(jìn)行檢波；

第二檢波電路4，用于對(duì)第二微波接收喚醒天線以第二角度接收的微波信號(hào)進(jìn)行檢波；

微波收發(fā)芯片5，接收檢波后的微波信號(hào)，根據(jù)微波信號(hào)喚醒的MCU模塊進(jìn)行通信；

微波收發(fā)天線6，用于MCU模塊進(jìn)行通信時(shí)根據(jù)微波收發(fā)芯片的信號(hào)接收/發(fā)送微波信號(hào)；

MCU模塊7，用于在微波收發(fā)模塊接收到微波信號(hào)時(shí)進(jìn)行通信；

所述第一角度的接收增益優(yōu)勢方向彌補(bǔ)所述第二角度的接收增益劣勢方向。在本實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)該第一角度和第二角度增益優(yōu)勢方向互補(bǔ)的一個(gè)具體方案是以第一角度接收微波信號(hào)的第一微波接收喚醒天線，和以第二角度接收同一微波信號(hào)的第二微波接收喚醒天線之間的夾角為90°。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該夾角可以是60°至120°的任意角度。

在本實(shí)施例中，第一微波接收喚醒天線和第二微波接收喚醒天線垂直相交，第二微波接收喚醒天線在Y軸上靈敏度較差，由第一微波接收喚醒天線的X軸靈敏度來彌補(bǔ)，兩個(gè)天線優(yōu)勢互補(bǔ)。使CPC卡整體的喚醒靈敏度達(dá)到最優(yōu),實(shí)現(xiàn)喚醒靈敏度的全向性滿足。實(shí)際PCB布局時(shí)應(yīng)注意，兩天線之間的距離最好大于半個(gè)波長，以減小兩個(gè)天線之間的干擾(本實(shí)施例中兩天線之間距離2.5cm以上)。

第一檢波電路包括第一檢波二極管(如圖1所示)，所述第一檢波二極管與所述第一微波接收喚醒天線集成設(shè)置；第二檢波電路包括第二檢波二極管，所述第二檢波二極管與所述第二微波接收喚醒天線集成設(shè)置。這樣做的好處是簡化了天線和檢波二極管匹配電路的設(shè)計(jì)。

按照常規(guī)設(shè)計(jì)將天線和檢波二極管集成，需要將天線和二極管的阻抗分別匹配到50歐姆之后再級(jí)聯(lián)起來。這樣，阻抗匹配段會(huì)帶來額外的插入損耗，降低OBU的喚醒靈敏度。本實(shí)施例中，第一檢波二極管集成在所述第一微波接收喚醒天線的阻抗匹配點(diǎn)上，該阻抗匹配點(diǎn)的阻抗與所述第一檢波二極管的輸入阻抗共軛匹配；第二檢波二極管集成在所述第二微波接收喚醒天線的阻抗匹配點(diǎn)上，該阻抗匹配點(diǎn)的阻抗與所述第二檢波二極管的輸入阻抗共軛匹配。這樣能夠二極管檢波效率最大，集成后喚醒靈敏度也最高。

在本實(shí)施例中，第一檢波電路的輸出和第二檢波電路的輸出直接合為一路后與微波收發(fā)芯片的輸入連接。第一檢波電路和第二檢波電路輸出的是檢波后的低頻同相位的波形信號(hào)，且由于檢波電路輸入阻抗高，兩信號(hào)可以直接疊加，合路后輸出的是兩信號(hào)中的較高者。而由于第一角度和第二角度的增益優(yōu)勢方向和增益劣勢方向互補(bǔ)，也就不會(huì)產(chǎn)生因同一微波信號(hào)同時(shí)沿兩個(gè)角度的增益劣勢方向被接收情況，也就是說，本實(shí)施例的復(fù)合通行卡接收某微波信號(hào)時(shí)，必定會(huì)有一相對(duì)較好的微波信號(hào)輸出給微波收發(fā)芯片，從而解決個(gè)別方向喚醒靈敏度過低的問題。分別來自兩天線的經(jīng)過檢波后的低頻信號(hào)之間波形和相位相同，幅度不同。同時(shí)，檢波管的輸入阻抗很大，第一檢波的輸出信號(hào)不會(huì)流入第二檢波電路中，從而不會(huì)因?yàn)榈诙z波電路的接入而衰減了本身的輸出。同理，第二檢波電路的輸出也不會(huì)受第一檢波電路的影響而降低。

除了上述用于與道路標(biāo)記點(diǎn)天線通信的各個(gè)模塊，本實(shí)施例的復(fù)合通行卡還包括：

非接線圈8，用于驅(qū)動(dòng)MCU檢波電路，還用于非接芯片的通信；

非接芯片9，用于存儲(chǔ)入口信息文件；

MCU檢波電路(圖1未示出)，用于非接線圈離開磁場時(shí)喚醒MCU模塊，還用于在非接線圈處于磁場中時(shí)給電池充電；

MCU模塊，還用于被MCU檢波電路喚醒時(shí)讀取非接芯片的入口信息文件，開啟/關(guān)閉微波收發(fā)芯片；

微波收發(fā)芯片，還用于響應(yīng)MCU模塊的信號(hào)開啟或關(guān)閉，在開啟的狀態(tài)下根據(jù)微波信號(hào)喚醒的MCU模塊進(jìn)行通信；

電池模塊(圖1未示出)，用于給MCU模塊供電和微波收發(fā)芯片供電。

本實(shí)施例的CPC卡平時(shí)處于休眠狀態(tài)，并將微波收發(fā)芯片(SKY6606)掉電(不開啟微波喚醒)，使卡片功耗將至最低。MCU檢波電路(13.56M)不需要供電，由非接線圈驅(qū)動(dòng)。

當(dāng)CPC卡處于磁場中時(shí)，MCU檢波電路輸出高電平，可用于給電池模塊充電?？ㄆx開磁場時(shí)，MCU檢波電路輸出低電平，這個(gè)電平下降沿信號(hào)將MCU模塊喚醒，MCU模塊被喚醒后，通過7816接口讀非接芯片的入口信息文件，判斷是否有入口信息，如果有的話，開啟并初始化微波收發(fā)芯片(SKY6606)，使之工作在微波喚醒狀態(tài)下；相反，如果沒有入口信息，則關(guān)閉微波收發(fā)芯片(SKY6606)。

在本實(shí)施例中，鑒于PCB面積有限，因此采用一個(gè)非接線圈的方案兼顧非接芯片的通信、電池模塊的充電和MCU模塊的喚醒。當(dāng)然，也可采用兩個(gè)線圈的技術(shù)方案，一個(gè)專門用于非接芯片的通信，另一個(gè)用于電池模塊的充電和MCU模塊的喚醒，以降低充電對(duì)非接天線的影響。在本實(shí)施例中，為便于管理，MCU模塊可通過ADC直接檢測電池電壓，電壓值可通過非接讀卡器讀取，便于工作人員甄別不能正常工作的卡片。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供的復(fù)合通行卡整體構(gòu)思與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于第一檢波電路的輸出和第二檢波電路的輸出經(jīng)過運(yùn)算放大器合路后與微波收發(fā)芯片的輸入連接。如此，能夠?qū)崿F(xiàn)在CPC卡待機(jī)功耗和成本允許的條件下達(dá)到更好的波形輸出。

本實(shí)施例提供的上述復(fù)合通行卡進(jìn)行通信的方法，具體流程如圖3所示，包括以下步驟：

在復(fù)合通行卡中設(shè)置兩個(gè)不同角度的微波接收喚醒天線，分別以第一角度和第二角度接收同一微波信號(hào)，S1；

第一角度接收的微波信號(hào)和第二角度接收的微波信號(hào)分別波檢后，發(fā)送至微波收發(fā)芯片,S2；

微波收發(fā)芯片根據(jù)收到的微波信號(hào)喚醒MCU進(jìn)行通信,S3；

所述第一角度的接收增益優(yōu)勢方向彌補(bǔ)所述第二角度的接收增益劣勢方向。

當(dāng)采用實(shí)施例2中的復(fù)合通行卡時(shí)，第一角度接收的微波信號(hào)和第二角度接收的微波信號(hào)分別波檢后還要經(jīng)過運(yùn)算放大電路整合成一路才發(fā)送給微波收發(fā)芯片。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。