專利名稱：應用于不停車收費系統的車載單元的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及射頻識別技術領域，特別涉及應用于不停車收費系統的射頻識別技術領域。
背景技術：
不停車收費系統(ElectronicToll Collection System，簡稱 ETC 系統)，又稱道路電子收費系統，該系統屬于專用短程通信(Dedicated Short Range Communication, DSRC)設備。不停車收費系統利用車輛自動識別技術完成收費站與車輛之間的無線數據通信并從預先與用戶或汽車綁定的金融集成電路卡內的帳戶扣除資費。不停車收費系統由固定安裝在收費處的路側單元(Road-Side Units, RSU)和安裝在移動物體(如車輛、集裝箱等)上的車載單元(On-Board Units, 0BU)組成。路側單元是一種具有微波通信功能和信息存儲功能的移動設備識別裝置，通常采用射頻識別(RFID)讀寫器，車載單元是種具有微波通信功能和信息存儲功能的電子設備，通常采用射頻識別電子標簽，路側單元和車載單元之間采用DSRC協議的數據交換方式和微波(如5. 8GHZ)無線傳遞手段，實現車載單元與路側單元之間安全可靠的信息交換目的。現有的不停車收費系統的車載單元功耗大且采用電池供電，因此使用過程中需要不斷的更換電池和充電，造成使用不變。
實用新型內容本實用新型的目的是為了克服現有的不停車收費系統的車載單元功耗過大且采用電池供電的不足，提出了一種應用于不停車收費系統的車載單元。為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種應用于不停車收費系統的車載單元，包括基帶處理模塊、微波天線模塊、喚醒模塊、微波收發模塊和電源控制模塊，其特征在于，還包括太陽能充電模塊；所述基帶處理模塊分別和喚醒模塊、微波收發模塊和電源控制模塊連接，用以實現對上述模塊的控制和通信；所述微波天線模塊分別與喚醒模塊和微波收發模塊連接，用于接受和發射微波信號；所述喚醒模塊分別與微波天線模塊、基帶處理模塊和電源控制模塊連接，用于從微波天線模塊接收到微波信號后產生一個喚醒信號將基帶處理模塊喚醒；微波收發模塊分別與微波天線模塊、基帶處理模塊和和電源控制模塊連接， 用于產生和處理微波信號并將產生的微波信號送入微波天線模塊和從微波天線模塊接收到的微波信號送入基帶處理模塊；太陽能充電模塊分別和電源控制模塊和基帶處理模塊連接，用于在基帶處理模塊的控制下向電源控制模塊供電；電源控制模塊分別和太陽能充電模塊、喚醒模塊、微波收發模塊和基帶處理模塊連接，用于為喚醒模塊、微波收發模塊和基帶處理模塊供電。上述一種應用于不停車收費系統的車載單元，還包括觸發開關模塊，所述觸發開關模塊直接和基帶處理模塊連接用于人工開啟基帶處理模塊。上述一種應用于不停車收費系統的車載單元，還包括人機接口模塊，所述人機接口模塊分別和基帶處理模塊連接用于和上位機通信。[0007]本實用新型的有益效果是由于設置了太陽能充電模塊，因此使用過程中不需要不斷的更換電池和充電，使用很方便。
圖1是本發明實施例1的原理框圖。圖2是本實用新型實施例2的原理框圖。圖3是本實用新型基帶處理模塊的電路原理框圖。圖4是本實用新型微波收發模塊的電路原理圖。圖5是本實用新型電源控制模塊的電壓變換原理圖。圖6本實用微波收發模塊中PD5000的供電系統原理圖。圖7本實用新型太陽能充電模塊的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體的實例對本實用新型做進一步的說明實施例1 如圖1所示，一種應用于不停車收費系統的車載單元，包括基帶處理模塊、微波天線模塊、喚醒模塊、微波收發模塊和電源控制模塊，其特征在于，還包括太陽能充電模塊；所述基帶處理模塊分別和喚醒模塊、微波收發模塊和電源控制模塊連接，用以實現對上述模塊的控制和通信；基帶處理芯片采用TI公司的430系列單片機——MSP430F149。基帶處理模塊作為車載單元的核心，執行內部程序，用于控制整個車載單元的運行，協調各模塊的工作。車載單元被初始化后，基帶處理模塊進入睡眠模式，而喚醒模塊一直處于供電狀態。當車載單元進入路邊設備的通信區域時，喚醒模塊從微波天線模塊接收微波信號，并產生一個喚醒脈沖，喚醒基帶處理模塊使之進入工作模式。然后，基帶處理模塊中的微處理器通過總線來控制微波收發模塊，建立通信鏈路并接收、處理路邊設備發來的微波信號。在各模塊正常工作的情況下，MCU根據通信協議和路邊設備發來的指令對自身內部儲存的信息進行讀、寫等操作，并將操作是否成功的信息返回給路邊設備。最后，路側單元根據操作情況發出通信結束的指令，基帶處理模塊重新進入睡眠模式，同時微波收發模塊也停止收發信號。在通信的過程中，基帶處理模塊通過電源控制模塊控制蜂鳴器、LED 燈給出車載單元通信狀態的提示。如圖3所示，基帶處理模塊主要由MSP430F149以及其外圍電路構成。其中，外圍電路包括供電電路，晶振Yl、Y2, JATG接口，RESET (復位)電路，USB通訊接口和IXD顯示屏。所述微波天線模塊分別與喚醒模塊和微波收發模塊連接，用于接受和發射微波信號；所述喚醒模塊分別與微波天線模塊、基帶處理模塊和電源控制模塊連接，用于從微波天線模塊接收到微波信號后產生一個喚醒信號將基帶處理模塊喚醒；喚醒模塊由電容、電阻、二極管等組成，用于車載單元進入路側單元的通信區域時產生喚醒脈沖。[0024]微波收發模塊分別與微波天線模塊、基帶處理模塊和和電源控制模塊連接，用于產生和處理微波信號并將產生的微波信號送入微波天線模塊和從微波天線模塊接收到的微波信號送入基帶處理模塊；微波收發模塊的功能是車載單元進入路邊設備的通信區域后，接收微波信號。對于符合DSRC通信協議的數據信息，對其進行解調、整形、濾波后，通過1 總線(SDA和SCL) 送往基帶處理模塊。同時，根據協議和指令發射射頻載波，將調試于載波的數據信息返回到路邊設備。本實用新型的微波射頻芯片PD5000是一款5. 8GHz頻段的專用射頻收發芯片，內部集成了 ASK解調器、電壓可控振蕩器、IF濾波器、鎖相環，擁有片上溫度傳感器和補償電路，可以做到自動頻道掃描，發射功率控制且調制指數可以通過軟件設置來控制，主要應用在ETC和ITS等無線通信系統中。圖4所示的是微波收發模塊。由PD5000芯片內部的5. 8GHz FractionalPLL電路和外部提供的16. 384MHZ的溫度補償晶體振蕩器U20 (第34腳)來構成載波合成電路。載波合成后的信號經過驅動放大器放大后從發射端(第8腳或第10腳)輸出，輸出方式有兩種差分輸出或者直接輸出。本實用新型采用的是直接輸出(第8腳)到射頻開關U21，U21 是一個單刀雙擲開關，由基帶處理模塊發出的TX_EN信號通過邏輯控制芯片U22產生兩個反相信號來控制其開關方向。然后經過50Ω的傳輸線匹配送至微波天線。同樣，接收電路經過天線接收到的信號經射頻開關U21到達PD5000的接收端(第4腳或第5腳)，經過芯片內部的低噪聲放大器、下變頻調制和帶通濾波器，最后通過I2C總線(第23、對腳)和數據端口 TX_DT和RX_DT (第27J8腳)到達基帶處理模塊。太陽能充電模塊分別和電源控制模塊和基帶處理模塊連接，用于在基帶處理模塊的控制下向電源控制模塊供電；本實用新型的供電模式采用太陽能充電方式，利用太陽能充電模塊內的太陽能電池板為電源控制模塊內的鋰電池充電。且由基帶處理模塊對太陽能充電模塊進行管理，太陽能充電模塊利用太陽能光“電板+鋰電池+MCU控制”來構成不間斷的低功耗電源系統。太陽能光電板從光/伏轉換成微量的電能，經由充電電路變換成直流輸出并對鋰進行充電。同時穩壓電路輸出3. 3V電壓供給系統使用。這樣的電路非常適合于低功耗的戶外設備中使用，具有環保、高效的特點。如圖7所示，太陽能電池板BT2的輸出經過開關電路后給鋰電池BTl充電，其中開關電路由三極管Ql和Q2組成的開關控制電池板BT2 是否對BTl充電。三極管Ql的基極受到基帶處理模塊的I/O 口 CHARGE_EN的控制，當需要充電時，MCU把CHARGE_EN設置為高電平，三極管Q2導通太陽能電池板BT2開始對鋰電池 BTl充電；充電完成時，基帶處理模塊將CHARGE_EN設置為低電平，三極管Q2截止，太陽能電池板BT2停止對鋰電池BTl充電。同時，Q2的基極連接有防止鋰電池BTl對太陽能電池板BT2反沖的肖特基二極管D40。鋰電池BTl的電壓通過兩組分壓電路進入雙運放比較器 U40,與穩壓二極管D42提供的基準電壓進行比較。由R404、R406、R408組成的分壓電路用于鋰電池電壓高的比較，由R403、R407、R405組成的分壓電路用于鋰電池電壓低的比較。調節電阻R407的阻值選擇適當的分壓比，使U40中的運放1在電壓低時BATT_L0W為低電平， 基帶處理模塊檢測到BATT_L0W為低電平時置CHARGE_EN為高電平，開始充電。同理，調節電阻R408的阻值選擇適當的分壓比，使U40中的運放2在電壓高時BATT_HIGH為低電平，基帶處理模塊檢測到BATT_HIGH為低電平時置CHARGE_EN為低電平，停止充電。這樣利用基帶處理模塊根據鋰電池的電量對充電進行控制有利于提高鋰電池的使用壽命和電路的穩定性。另外，當太陽能電池板BT2儲存的電能不夠時，可以用P4接入車載電源，通過電壓調節器U42(LM2576)轉換為系統需要的電壓來維持系統的正常運行。電源控制模塊分別和太陽能充電模塊、喚醒模塊、微波收發模塊和基帶處理模塊連接，用于為喚醒模塊、微波收發模塊和基帶處理模塊供電。本實用新型的電源控制模塊可以為基帶處理模塊提供3. 3V和5V的電源，為微波收發模塊提供1. 8V和3. 3V的電源。且對整個車載單元的各個模塊進行電源管理，使其能高效穩定的工作本實用新型的電源控制模塊為基帶處理模塊和微波收發模塊提供穩定的工作電壓。電源控制模塊采用鋰電池供電，供電電壓為5V。如圖5示電池電源BTl輸出電源BATT_ OUT經過低功耗LDO(U30)輸出為可用的5V電壓，用來給基帶處理模塊中的IXD顯示屏供電。同時，5V電壓經過三端引腳穩壓器U31后，輸出電壓為3. 3V，為基帶處理模塊的微處理器MSP430F149(和微波收發模塊中的PD5000及其功率放大部分供電。最后，3. 3V的電壓經過電壓調節器U32及濾波電路后，為PD5000的射頻部分、PLL部分和TxBB部分提供1. 8V 的電壓。PD5000芯片的供電系統如圖6所示。實施例2 如圖2所示，在實施例1的基礎上，為了擴展本實用新型的功能，還包括了 觸發開關模塊，所述觸發開關模塊直接和基帶處理模塊連接用于人工開啟基帶處理模塊。人機接口模塊，所述人機接口模塊分別和基帶處理模塊連接用于和上位機(如 PC，圖中未示出)通信。本實用新型作為一個消費類電子產品，車載單元需要在交易過程中和結束時給出一定的提示信息如蜂鳴器、LED燈等，告知使用者通信成功、出錯等情況。下面以實施例1的方案為例，對本發明的工作過程做詳細的說明車載單元被初始化后，平時基帶處理模塊處于睡眠模式，而喚醒模塊一直處于供電狀態。當車載單元進入到路側單元(RSU)的通信區域時，喚醒模塊從微波天線模塊接收微波信號，并產生一個喚醒脈沖，喚醒基帶處理模塊使基帶處理模塊進入工作模式。基帶處理模塊通過1 總線來控制微波收發模塊及其數據傳輸。在車載單元和路側單元正常通信的過程中，基帶處理模塊根據操作流程及通信協議實現對車載單元內存儲的數據進行讀、寫等操作。最后，通過路側單元發來的操作成功的指令，基帶處理模塊自身重新進入睡眠模式。本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應被理解為實用新型的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。凡是根據上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認為屬于本實用新型的權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種應用于不停車收費系統的車載單元，包括基帶處理模塊、微波天線模塊、喚醒模塊、微波收發模塊和電源控制模塊，其特征在于，還包括太陽能充電模塊；所述基帶處理模塊分別和喚醒模塊、微波收發模塊和電源控制模塊連接，用以實現對上述模塊的控制和通信；所述微波天線模塊分別與喚醒模塊和微波收發模塊連接，用于接受和發射微波信號； 所述喚醒模塊分別與微波天線模塊、基帶處理模塊和電源控制模塊連接，用于從微波天線模塊接收到微波信號后產生一個喚醒信號將基帶處理模塊喚醒；微波收發模塊分別與微波天線模塊、基帶處理模塊和和電源控制模塊連接，用于產生和處理微波信號并將產生的微波信號送入微波天線模塊和從微波天線模塊接收到的微波信號送入基帶處理模塊；太陽能充電模塊分別和電源控制模塊和基帶處理模塊連接，用于在基帶處理模塊的控制下向電源控制模塊供電；電源控制模塊分別和太陽能充電模塊、喚醒模塊、微波收發模塊和基帶處理模塊連接， 用于為喚醒模塊、微波收發模塊和基帶處理模塊供電。
2.根據權利要求1所述的一種應用于不停車收費系統的車載單元，還包括觸發開關模塊，所述觸發開關模塊直接和基帶處理模塊連接用于人工開啟基帶處理模塊。
3.根據權利要求1所述的一種應用于不停車收費系統的車載單元，還包括人機接口模塊，所述人機接口模塊分別和基帶處理模塊連接用于和上位機通信。
專利摘要本實用新型涉及一種應用于不停車收費系統的車載單元，包括基帶處理模塊、微波天線模塊、喚醒模塊、微波收發模塊和電源控制模塊，其特征在于，還包括太陽能充電模塊；所述太陽能充電模塊分別和電源控制模塊和基帶處理模塊連接，用于在基帶處理模塊的控制下向電源控制模塊供電；電源控制模塊分別和太陽能充電模塊、喚醒模塊、微波收發模塊和基帶處理模塊連接，用于為喚醒模塊、微波收發模塊和基帶處理模塊供電。本實用新型的有益效果是由于設置了太陽能充電模塊，因此使用過程中不需要不斷的更換電池和充電，使用很方便。
文檔編號G07B15/06GK201955821SQ20102068500
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者文光俊, 李沈飛, 王忠焰 申請人:電子科技大學