一種具有路徑識別功能的etc用復合式車載單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種具有路徑識別功能的ETC用復合式車載單元。車載單元包括：MCU、GSM模塊5.8G射頻模塊、雙界面CPU卡、ESAM模塊、電源模塊，在車載單元內嵌入定制的專用GSM芯片，形成復合式車載單元。本實用新型實現多義性路徑識別，無需在高速公路的路徑識別點安裝識別站，無需插入SIM卡，也無需向運營商繳納任何費用，實現“走多少路，繳多少費”及在高速公路不同業主之間公平、合理的拆賬、清分。
【專利說明】
一種具有路徑識別功能的ETC用復合式車載單元
技術領域
[0001]本實用新型屬于智能交通技術領域，涉及一種具有路徑識別功能的ETC用復合式車載單元。
【背景技術】
[0002]ETCCElectronic Toll Collect1n，電子不停車收費)系統是目前國際上主要研究和推廣的自動電子收費系統，適用于高速公路以及交通繁忙的橋梁隧道環境下的車輛收費解決方案。0BU(0n-Board Unit，車載設備)是ETC系統的標準配件，用于安裝在車輛的前擋風玻璃上，當車輛通過ETC車道時，OBU與RSlXRoadside Unit，路側單元)等設備通訊，不需停車即可完成ETC收費。目前我國高速公路的路網結構越來越復雜，環網也越來越多，投資主體多元化，同時高速公路ETC已大部分實現了全國聯網。這樣就需要對在高速公路行駛的車輛進行精確的路徑識別，以實現在高速公路行駛的車輛“走多少路，交多少錢”，及在高速公路不同業主之間對所收取的通行費實現公平、合理的清分和拆帳。路徑識別技術是目前智能化交通領域的重要課題，不僅可以實現車輛和道路管理的信息化智能化，能有效提高交通效率并節約交通能源，而且對通行費額的計算和通行費的精確拆分有重要意義。目前我國高速公路ETC采用的路徑識別方法是在路徑識別點架設龍門架，上面按每車道安裝一個5.8G的微波天線(RSU)，在裝有ETC專用車載單元(OBU)的車輛經過時，將標識站的編碼寫入OBU和插入OBU的CPU卡內，來實現路徑識別，存在著需要在高速公路的路徑識別點安裝識別站。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，在車載單元內嵌入定制的專用GSM芯片，形成復合式車載單元(composie on-board unit，簡稱C-0BU)利用采集到的所經過的高速公路沿途的GSM基站的LAC和CELL ID代碼，就可進行路徑識別而無需在高速公路的路徑識別點安裝識別站。
[0004]本實用新型提供了一種具有路徑識別功能的ETC用車載單元，包括MCU、5.SG射頻模塊、雙界面CPU卡、ESAM模塊、電源模塊，其特征在于，還包括GSM模塊；MCU控制著車載單元的工作流程，協調各模塊的協同工作;GSM模塊連接M⑶，采集GSM基站信息;5.8G射頻模塊連接MCU，采集設置于龍門架上的路側單元發送的信息;雙界面CPU卡存儲用戶電子錢包、高速公路進出站信息及交易記錄;ESAM模塊與所述路側單元的相互認證;電源模塊提供電力。
[0005]優選地是，電源模塊包括高容量的磷酸鐵鋰電池、太陽能充電板及電源管理芯片，電源管理芯片連接MCU，磷酸鐵鋰電池連接電源管理芯片，太陽能充電板連接磷酸鐵鋰電池。
[0006]優選地是，還包括防拆卸模塊，防拆卸模塊具有機械觸點和軟件觸發的雙重防拆判斷機制，能有效地防止車載單元從所安裝的車輛上非法拆卸及車載單元本身的非法開蓋，確保設備正常、安全、可靠的工作。
[0007]優選地是，還包括加速度傳感器，加速度傳感器用于激活車載單元。
[0008]優選地是，還包括顯示模塊，顯示模塊采用OLED液晶屏。
[0009]本實用新型的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果:多種技術手段搭配使用，基本解決了MTC車道及ETC車道入口車輛的多義性路徑識別問題，實現路徑的精確識另IJ，做到“走多少路，繳多少費”及在高速公路不同業主之間公平、合理的拆賬、清分，只需要現有的ETC路徑標識設備即可同時對MTC和ETC車輛進行路徑標識，充分利用通信網絡中的GSM基站，就可實現多義性路徑識別，而無需在高速公路的路徑識別點安裝識別站。節約了建設費用，方便了用戶，提高了高速公路收費處車輛通行效率。
[0010]應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本實用新型。
【附圖說明】
[0011]此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本實用新型的實施例，并與說明書一起用于解釋本實用新型的原理。
[0012]圖1是根據一示例性實施例示出的具有路徑識別功能的ETC用車載單元結構圖。
[0013]圖2是根據一示例性實施例示出的電源模塊結構圖。
[0014]圖3是根據一示例性實施例示出的具有路徑識別功能的ETC用車載單元結構圖。
【具體實施方式】
[0015]這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本實用新型相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本實用新型的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
[0016]在進行實施例描述之前，需要說明的是，為了說明的方便及具體化，本組實施例面向具有路徑識別功能的ETC用車載單元，但并不僅限于實施例中列舉所限定的范圍。
[0017]以下示例性實施例中的具有路徑識別功能的ETC用車載單元僅僅是示例性描述，與ETC具有相同特點的其他也同樣適用。
[0018]所有的移動網絡基站(包括中國移動、中國電信、中國聯通)都有它自己唯一的全球代碼，這些代碼包括MCC (Mobile Country Code )移動設備國家代碼、MNC(MobileNetwork Code )移動設備網絡代碼(運營商)、LAC(Locat1n Area Code)位置區碼、CELLID (Cell Identificat1n)小區標識碼等等。為解決高速公路多義性路徑識別問題，只要將高速公路沿線的移動網絡基站的LAC(Locat1n Area Code)位置區碼和CELL ID (CellIdentificat1n)小區標識碼與相應的高速公路路段名稱對應。當裝有本車載單元(composie on-board unit，C_0BU)的車輛在高速公路行駛時，定時采集GSM基站的LAC和CELL-1D，并保存在車載單元(C-0BU)和雙界面CPU卡內，在駛離高速公路時，無論是走ETC車道還是走MTC車道，均可讀出保存在C-OBU或雙界面CPU卡內的一系列GSM基站的LAC和CELLID信息，通過收費系統里已構建的數學模型的計算，查找對應的高速公路路段名稱，即可得到車輛實際行駛路徑，從而實現路徑的精確識別，做到“走多少路，繳多少費”及在高速公路不同業主之間公平、合理的拆賬、清分。
[0019]圖1是本實用新型實施例所述的具有路徑識別功能的ETC用車載單元結構圖。車載單元C-OBU是一種復合式，車載單元包括M⑶1、631模塊2、5.86射頻模塊3、雙界面CPU卡
4、ESAM模塊 5。
[0020]MCU I為微處理器模塊，M⑶是車載單元C-OBU的核心模塊，裝載有固件程序，控制著車載單元C-OBU的工作流程，協調各模塊的協同工作。由于車載單元C-OBU需要遠程與RSU(路側單元)及GSM基站進行數據交換，必須在有源模式下工作，因此在設計時要考慮C-OBU的低功耗問題，C-OBU的微處理器選擇低功耗的M⑶。M⑶為51單片機、MSP430單片機、AVR單片機、ARM系列等。
[0021]GSM模塊2為定制的專用GSM芯片。通用GSM芯片功能強大，包括了通話、短信收發、MP3、GPS定位等諸多功能，而且必須插入S頂卡，向運營商繳納費用才能工作。另外功耗也很大，價格高，不適合在C-OBU里采用。專門設計了專用GSM芯片，只具備采集GSM基站LAC和CELL ID信息功能，無需插入S頂卡，也無需向運營商繳納任何費用既能正常工作，功耗成本大大降低。實現在現有ETC用車載單元中嵌入定制的GSM芯片，形成ETC用復合式車載單元(C-OBU)0
[0022]5.8G射頻模塊3將5.8G的高頻信號解調到基帶或者將基帶信號調制至5.8G的高頻，基于5.SGHz頻段專用短距離通訊(DSRC)技術，采用了“兩片式電子標簽+雙界面CPU卡”的技術方案，完全兼容現有的ETC用車載單元(OBU)，遵循國家標準《GB/T 20851電子收費專用短程通信》及《收費公路聯網電子不停車收費技術要求》(交通運輸部2011年第13號)。
[0023]雙界面CPU卡4存儲用戶電子錢包、高速公路進出站信息及交易記錄等，具有接觸和非接觸兩個和外界進行信息交換的界面，當車輛走ETC車道時，它通過接觸界面和C-OBU的微處理器進行信息交換，如果車輛走的是MTC(人工收費)車道，則雙界面CPU卡通過非接觸界面和收費崗亭內的非接觸式讀卡器進行信息交換。
[0024]ESAM模塊5主要是用來與RSU的相互認證、存儲系統和車輛信息，確保交易安全可靠，符合PB0C2.0規范。
[0025]電源模塊7提供電力。
[0026]圖2是本實用新型實施例所述的電源模塊結構圖。電源模塊7包括電源管理芯片71、高容量的磷酸鐵鋰電池72及太陽能充電板73。電源管理芯片71在MCUl的控制下為其他模塊供電，當其中某些模塊無需工作時，及時將其斷電，以最大限度的節約電能。太陽能充電板73在有太陽的情況下即可為鋰電池補充電能。
[0027]磷酸鐵鋰電池，容量大，壽命長，外置太陽能充電板，并配置了電源管理芯片，具有低電壓保護、電池“過充過放”保護功能。
[0028]車載電源充電接口，在緊急情況下，可通過車載電源對C-OBU充電。
[0029]圖3是本實用新型實施例所述的具有路徑識別功能的ETC用車載單元結構圖。車載單元C-OBU是一種復合式，車載單元包括M⑶1、631模塊2、5.86射頻模塊3、雙界面CPU卡
4、ESAM模塊5、顯示模塊6、電源模塊7、防拆卸模塊8、加速度傳感器9。
[0030]MCU I為微處理器模塊，M⑶是車載單元C-OBU的核心模塊，裝載有固件程序，控制著車載單元C-OBU的工作流程，協調各模塊的協同工作。由于車載單元C-OBU需要遠程與RSU(路側單元)及GSM基站進行數據交換，必須在有源模式下工作，因此在設計時要考慮C-OBU的低功耗問題，C-OBU的微處理器選擇低功耗的M⑶。M⑶為51單片機、MSP430單片機、AVR單片機、ARM系列等。
[0031]GSM模塊2為定制的專用GSM芯片。通用GSM芯片功能強大，包括了通話、短信收發、MP3、GPS定位等諸多功能，而且必須插入S頂卡，向運營商繳納費用才能工作。另外功耗也很大，價格高，不適合在C-OBU里采用。專門設計了專用GSM芯片，只具備采集GSM基站LAC和CELL ID信息功能，無需插入S頂卡，也無需向運營商繳納任何費用既能正常工作，功耗成本大大降低。
[0032]5.8G射頻模塊3將5.8G的高頻信號解調到基帶或者將基帶信號調制至5.8G的高頻，基于5.SGHz頻段專用短距離通訊(DSRC)技術，采用了“兩片式電子標簽+雙界面CPU卡”的技術方案，完全兼容現有的ETC用車載單元(OBU)，遵循國家標準《GB/T 20851電子收費專用短程通信》及《收費公路聯網電子不停車收費技術要求》(交通運輸部2011年第13號)。
[0033]雙界面CPU卡4存儲用戶電子錢包、高速公路進出站信息及交易記錄等，具有接觸和非接觸兩個和外界進行信息交換的界面，當車輛走ETC車道時，它通過接觸界面和C-OBU的微處理器進行信息交換，如果車輛走的是MTC(人工收費)車道，則雙界面CPU卡通過非接觸界面和收費崗亭內的非接觸式讀卡器進行信息交換。
[0034]ESAMCEmbedded Secure Access Module)模塊5主要是用來與RSU的相互認證、存儲系統和車輛信息，確保交易安全可靠，符合PB0C2.0規范。C-OBU通過內嵌嵌入式加密認證模塊，具有安全的文件密鑰管理，完善的安全機制、標準的加解密運算功能等特性，身份識別功能，與RSU進行雙向身份認證，完成數據的安全存儲，加密解密，訪問權限控制等，符合中國金融集成電路(IC)卡規范(PB0C2.0)。
[0035]顯示模塊6顯示模塊采用先進的OLED液晶屏，功耗低、清晰度高、亮度高，顯示C-OBU的工作狀態及用戶的交易狀態。在交易完成、插卡拔卡、及電池電量低等情況下，均能顯示相關信息。
[0036]電源模塊7包括高容量的磷酸鐵鋰電池、太陽能充電板及電源管理芯片。電源管理芯片在MCU的控制下為其他模塊供電，當其中某些模塊無需工作時，及時將其斷電，以最大限度的節約電能。太陽能充電板在有太陽的情況下即可為鋰電池補充電能。
[0037]防拆卸模塊8具有機械觸點和軟件觸發的雙重防拆判斷機制，能有效地防止C-OBU從所安裝的車輛上非法拆卸及C-OBU本身的非法開蓋，確保設備正常、安全、可靠的工作。
[0038]加速度傳感器9為了最大限度的延長C-OBU的工作時間，C-OBU大部分時間都是處于休眠狀態，在需要的時候將其激活，激活的方式有多種，如RSU激活、讀卡器激活、定時激活、雙界面CPU卡插入激活等。加速度傳感器是多種激活機制中的一種，其作用是當安裝有C-OBU的車輛沒有通過ETC車道進入高速公路，而是事先將CPU卡從C-OBU上拔下，從MTC(人工收費)車道進入高速公路，這樣RSU將無法激活C-OBU，沒有打開定時器，也就無法采集沿途GSM基站的CELL ID的信息。但只要車輛達到預設的行車速度時，加速度傳感器將激活C-OBU，打開定時器，使C-OBU能正常工作，將采集到的GSM基站的CELL ID保存在C-OBU內。在車輛出站時，車輛如果走ETC出站，C-OBU內已有基站的CELL ID，可據此識別路徑。若還是走MTC車道出站，收費員讀卡時，在卡內沒有讀出基站的CELL ID信息時，收費員會要求司機將⑶U卡插入到C-OBU內再取下讀卡，只要(PU卡一插入C-OBU內，事先保存在C-OBU內的基站CELL ID信息將會寫入到CPU卡內，再次讀卡時，即可讀出CELL ID，也就能精確的確定行駛路徑了。
[0039]因此，C-OBU具有路側單元RSU激活、讀卡器激活、定時激活、雙界面CPU卡插入激活等多種激活機制，平時C-OBU處于全休眠狀態，在此狀態下，C-OBU處于低功耗模式，基本不消耗電量。在進入高速公路時，安裝在收費站ETC入口車道的(RSU)，會將C-OBU激活，并將相關的收費數據:如入口站名、入口時間等寫入C-OBU內及插在C-OBU上的雙界面CPU卡上，隨之C-OBU又進入低功耗睡眠狀態，并啟動內置的定時器。
[0040]如果是通過人工車道(MTC)進站，雙界面CPU卡會被讀寫器寫入進站的收費信息，當IC卡插入C-OBU時，能根據IC卡內的進站標識短暫激活C-OBU，將IC卡內的收費信息寫入C-OBU內，并啟動C-OBU內置的定時器。如果司機未將IC卡插入C-OBU內，只要車輛進入高速，一旦車速接近預設的行車速度，加速度傳感器也將短暫激活C-0BU，并啟動內置定時器。[0041 ]車輛在高速公路行駛時，按照預先設定的定時時間，C-OBU能自動激活，并采集所行駛高速公路沿線GSM基站的CELL ID，并將其寫入C-OBU及雙界面CPU卡中，完成后C-OBU又進入休眠狀態，等待下一個定時喚醒。
[0042]車輛駛離高速公路時，進入出口站的ETC車道，安裝在ETC車道上的路側單元(RSU)將C-OBU激活，讀取保存在C-OBU及雙界面CPU卡中的收費數據及沿途采集到的GSM基站的CELL ID,經收費系統的計算、查找出對應的高速公路路段名稱，最終得出該車輛的精確行駛路徑及應繳納的通行費金額，再進行交易，交易完畢后，C-OBU再次進入全休眠狀態。
[0043]如果車輛通過人工車道駛離高速公路，則收費員通過非接觸IC卡讀寫器讀取IC卡內的收費信息和一系列的GSM基站的CELL ID，經過收費系統的計算處理，得出精確的路徑信息，再進行交易。如果IC卡內沒有GSM基站的CELL ID，收費員會要求司機將IC卡插入C-OBU內，此時C-OBU會短暫被激活，并將保持在C-OBU內的GSM基站的CELL ID寫入到IC卡內，完成上述操作后C-OBU又將進入全休眠狀態。司機可將IC卡交給收費員再次進行收費交易。
[0044]本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里實用新型后，將容易想到本實用新型的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本實用新型的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本實用新型的一般性原理并包括本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本實用新型的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。
[0045]應當理解的是，本實用新型并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本實用新型的范圍僅由所附的權利要求來限制。
[0046]對所實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種具有路徑識別功能的ETC用復合式車載單元，包括MCU、5.8G射頻模塊、雙界面CPU卡、ESAM模塊、電源模塊，其特征在于，還包括GSM模塊； 所述MCU控制著車載單元的工作流程，協調各模塊的協同工作； 所述GSM模塊連接所述MCU，采集GSM基站信息； 所述5.SG射頻模塊連接所述MCU，采集設置于龍門架上的路側單元發送的信息； 所述雙界面CHJ卡存儲用戶電子錢包、高速公路進出站信息及交易記錄； 所述ESAM模塊與所述路側單元的相互認證； 所述電源模塊提供電力。2.根據權利要求1所述的車載單元，其特征在于，所述電源模塊包括高容量的磷酸鐵鋰電池、太陽能充電板及電源管理芯片，所述電源管理芯片連接所述MCU，所述磷酸鐵鋰電池連接所述電源管理芯片，所述太陽能充電板連接所述磷酸鐵鋰電池。3.根據權利要求1所述的車載單元，其特征在于，還包括防拆卸模塊，所述防拆卸模塊具有機械觸點和軟件觸發的雙重防拆判斷機制，能有效地防止車載單元從所安裝的車輛上非法拆卸及車載單元本身的非法開蓋。4.根據權利要求1所述的車載單元，其特征在于，還包括加速度傳感器，所述加速度傳感器用于激活車載單元。5.根據權利要求1所述的車載單元，其特征在于，還包括顯示模塊，所述顯示模塊采用OLED液晶屏。6.根據權利要求1所述的車載單元，其特征在于，所述采集GSM基站信息包括位置區碼LAC和小區標識碼CELL ID信息，將位置區碼LAC和小區標識碼CELL ID與相應的高速公路路段名稱對應。7.根據權利要求6所述的車載單元，其特征在于，車輛在高速公路行駛時，定時采集GSM基站的LAC和CELL ID，并保存在車載單元和雙界面CPU卡內；收費系統構建數學模型計算，查找對應的高速公路路段名稱，得到車輛實際行駛路徑，實現路徑的精確識別。8.根據權利要求7所述的車載單元，其特征在于，車輛通過人工車道駛離高速公路，則收費員通過雙界面CHJ卡讀寫器讀取卡內的收費信息和一系列的GSM基站的CELL ID，經過收費系統的計算處理，得出精確的路徑信息，再進行交易。9.根據權利要求7所述的車載單元，其特征在于，通過人工車道進站，所述雙界面CPU卡會被讀寫器寫入進站的收費信息，當雙界面CPU卡插入車載單元時，根據雙界面CPU卡內的進站標識短暫激活車載單元，將收費信息寫入車載單元，并啟動車載單元內置的定時器。10.根據權利要求9所述的車載單元，其特征在于，車輛在高速公路行駛時，按照預先設定的定時時間，車載單元能自動激活，并采集所行駛高速公路沿線GSM基站的CELL ID，并將其寫入車載單元及雙界面CPU卡中，完成后車載單元又進入休眠狀態，等待下一個定時喚醒。
【文檔編號】G07B15/06GK205644660SQ201620124777
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年2月17日
【發明人】錢懷風, 鄺仲平
【申請人】錢懷風, 鄺仲平