CN100555318C

CN100555318C - 智能双频电子标签

Info

Publication number: CN100555318C
Application number: CNB2007100539820A
Authority: CN
Inventors: 刘明豪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2027-02-12
Also published as: CN101246559A

Abstract

本发明公开了一种智能双频电子标签，它包括电路板，在同一电路板上设置有微波电路和IC天线以及IC芯片，其中，微波电路包括有电源电路、充电系统、状态指示、存储装置、SPI接口、微处理器MCU电路上、收发天线、滤波电路、射频收发器、时钟系统；本发明优点如下：1.可以同时工作在两种频率下。2.有一种模块损坏不影响使用。3.可以记录多条路经信息。4.支持编程。5.与现有系统完全兼容。6.ic卡部分得到很好的保护，工作状态稳定。

Description

智能双频电子标签

技术领域

本发明涉及一种智能双频电子标签。

背景技术

目前，市场上常用的多路经识别技术是目前智能化交通ITS领域中的重要课题，是实现车辆行使和道路管理智能化的重要手段，也是高速公路收费的重要依据。多路经识别技术因其能够实现车辆行驶路径标示的功能，使车辆行驶和道路管理智能化、信息化，在提供交通效率、改善道路交通环境和节约交通能源方面具有重要的意义。

国内外在多路经识别技术的开发和研究方面还处于起步阶段，市场上并没有相关的产品出现。多路经识别技术的主要研究方向是实现安装在车辆上、装载有车辆和交费等信息的电子标签装置与设置在道路旁的电子读写设备和收费站读写设备之间按一定规范要求的无线通讯和无线信息交互过程。

目前高速公路收费主要是依靠最短路经收费，收费的依据是车辆的上下站信息。这种收费方法简单可行，但是不能适用于路网复杂的高速公路网。由于不能精确的识别每辆车的行使路径，因此不能达到“走多少路，收多少费”的要求。现行的统一收费系统使用的收费凭证，是通过上站时发放的记录有上站信息的非接触式IC卡，下站时根据卡上的上站信息判断收费的金额。

目前高速公路收费金额的拆分没有一种有力的数据作为收费金额拆分的依据，当前的解决方法是通过一定的数学模型，进行一定的概率统计，根据模型进行拆分，当产生无法拆分金额时需要相关业主进行协商来解决。

此种方法具有以下的弊端：

1.系统参数来源准确性无法保证

2.系统参数更新滞后，误差较大

3.适用于路网状况简单的情况，当路网状况比较复杂时，会产生大量的金额拆分异议需要相关业主进行协商

4.当因为金额拆分而产生异议时无法提供有力的，令人信服的依据

5.当产生无法拆分金额时，会使大量资金滞留，影响高速公路的正常运维

另外，现有结构通行卡ic卡部分和微波电路部分分离，ic卡部分没有很好的保护，工作状态不稳定。

总之，在目前的高速公路收费实际应用中，还没有一种可以投入实用的记录车辆行驶路径信息的，同时兼容现有收费特点要求的标识设备。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种工作状态稳定、兼容现有收费特点要求的智能双频电子标签。

本发明的目的可通过以下措施来实现：

本发明包括电路板，在同一电路板上设置有微波电路和IC天线以及IC芯片，其中，微波电路包括有电源电路、充电系统、状态指示、存储装置、SPI接口、双频双微处理器MCU双电路、收发天线、滤波电路、射频收发器、时钟系统；其中电源连接到主控器双频双微处理器MCU双电路上，存储装置通过SPI接口连接到双频双微处理器MCU双电路上，双频双微处理器MCU双电路双向连接到射频收发器，射频收发器双向连接到滤波电路，滤波电路双向连接到收发天线，时钟系统电路输出端连结到双频双微处理器MCU双电路上。

本发明中微波电路设置在电路板的一面，而IC天线以及IC芯片设置在电路板的另一面。或者，微波电路与IC天线以及IC芯片均设置在电路板的同一面。微波电路的频率为433Mhz或915Mhz或2.4Ghz或5.8Ghz等开放频段。电路板采用双频双微处理器MCU双电路。在主控器双频双微处理器MCU双电路上还连接有状态指示电路。电源模块采用通用的纽扣电池，且是可充电电池。

本发明由于在同一电路板上设置有微波电路和IC天线以及IC芯片，有机集成了两套系统，两套系统可以互不干涉同时工作，可以应用于高速公路收费系统。通过本表示设备可以准确识别车辆的行驶路径，从而判断出车辆行驶的路段，然后根据路段进行收费，进行收费金额的拆分。当由于金额拆分产生异议时，可以做为业主间协商的重要依据。具体优点如下：

1.可以同时工作在两种频率下

2.有一种模块损坏不影响使用

3.可以记录多条路经信息

4.支持编程

5.与现有系统完全兼容

6.ic卡部分得到很好的保护，工作状态稳定。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明中微波电路的电路原理框图；

图3是本发明中微波电路的电路原理图；

具体实施方式

本发明以下结合附图和实施例作以详细的描述：

实施例1

如图所示，本发明包括电路板1，在同一电路板上设置有微波电路和IC天线2以及IC芯片3，其中，微波电路包括有电源电路、充电系统、状态指示、存储装置、SPI接口、微处理器MCU电路上、收发天线、滤波电路、射频收发器、时钟系统；其中电源连接到主控器微处理器MCU电路上，存储装置通过SPI接口连接到微处理器MCU电路上，微处理器MCU电路双向连接到射频收发器，射频收发器双向连接到滤波电路，滤波电路双向连接到收发天线，时钟系统电路的输出端连结到微处理器MCU电路上。

实施例2

本发明包括电路板1，在同一电路板上设置有微波电路和IC天线2以及IC芯片3，其中，微波电路包括有电源电路、充电系统、状态指示、存储装置、SPI接口、微处理器MCU电路上、收发天线、滤波电路、射频收发器、时钟系统；其中电源连接到主控器微处理器MCU电路上，存储装置通过SPI接口连接到微处理器MCU电路上，微处理器MCU电路双向连接到射频收发器，射频收发器双向连接到滤波电路，滤波电路双向连接到收发天线，时钟系统电路的输出端连结到微处理器MCU电路上。本发明中微波电路设置在电路板的一面，而IC天线以及IC芯片设置在电路板的另一面。或者，微波电路与IC天线以及IC芯片均设置在电路板的同一面。

实施例3

微波电路的频率为433Mhz或915Mhz或2.4Ghz或5.8Ghz等开放频段。电路板采用双频双微处理器MCU双电路。在主控器微处理器MCU电路上还连接有状态指示电路。电源模块采用通用的纽扣电池，且是可充电电池。。

本发明的工作原理如下：本发明通过卡盒内部设计，以及电路板的设计相结合，最大范围内提供两套天线可以同时使用。

电路结构详细说明如下：

系统采用双频双微处理器MCU双电路，其中433MHz高频标示系统芯片采用Nordic VLSI公司的系统级RF芯片nRF9E5，其内置nRF905433/868/915MHz收发器、8051兼容微控制器和4输入10位80ksps A/D转换器。可以工作于ShockBurst(自动处理前缀、地址和CRC)方式。内置电压调整模块，最大限度地抑制噪音，系统的工作电压为1.9～3.6V，载波检测。nRF905具有功耗低，工作可靠的优点。它不仅在内部固化了按照专用短程通讯协议规范的无线数据收发程序，而且通过接口电路完成对微波收发电路，时钟电路，存储电路，电池供电控制电路的电气连接。

EEPROM为25AA320，25AA320是32Kb串行EEPROM，通过SPI接口与nRF9E5进行通信，作为系统的程序存储载体。总线信号需要时钟输入(SCK)，数据输入(SI)和数据输出(SO)，采用低功耗CMOSA技术，具有区块写入的保护和内置写入保护，高可靠性，100万次擦除/写入，数据保存200年。

上电复位电路是系统微处理器的专用复位电路，只有在电池装入时，通过电源控制器向微处理器和主电路提供电源，同时向微处理器提供复位脉冲，以满足微处理器启动运行的复位要求，随之，微处理器完成初始化，一段延时之后，系统进入省电休眠模式，上电复位的作用随之结束。除非更换电池，否则上电复位电路不再启动。

电源模块采用通用的圆形纽扣电池，向系统提供3伏电源并且可以充电。正常使用时J6(BAT)通过J4和J5向智能卡提供电源，其中J4为VCC，J5为GND。在充电时，充电+极J2通过三极管T1电阻R1向BAT充电J1，J3均为负极，再配有电源的卡箱中存放时实现存储管理和充电保养的同步性，而且负极对称的设计可以防止卡插错误造成损坏，外壳超声波技术封装可以确保防水防潮防止短路。

双频智能标示卡的通信实现

圆形纽扣电池通过电极(J4为正极，J5为负极)向系统供电，系统上电时，上电复位电路POWER RESET启动，SPI自动和片外25AA320相连，在nRF9E5上电后，处理器自动执行ROM引导区中的代码，系统根据引导程序，通过引脚MISO(接收EEPROM的SDO送来的数据)、SCK(给EEPROM的SCK提供时钟信号)、MOSI(送数据到EEPROM的SDI)、EECSN(给EEPROM的CSN送使能信号)把EEPROM(25AA320)中的程序代码拷贝到nRF9E5的4KB RAM中。上电复位完成以后，经过一段延时系统进入省电休眠模式。当卡系统通过入口感应区时，nRF9E5内置433/868/915MHz收发器通过收发天线和匹配电路收到入口设备发出的433MHz唤醒微波信号，载波检测(cd)变高，微处理器MCU自激周期由1分钟变为1秒，由入库状态变为工作状态并清空4K的数据存储RAM，自动检测电池电量，电量不足时提示，当收到一个有效地址，地址匹配(am)被置高，同时触发工作于ShockBurst接收方式下，收到有效地址(crc校验正确)的射频数据包(入口站信息以及实时时间信息)时，nRF9E5去掉前导码地址和crc位，地址匹配寄存器位(AM)和数据准备好寄存器位(DR)置高，微处理器MCU把TRX|_CE置底，进入低功耗模式，微处理器MCU以合适的速率通过SPI接口读出数据。nRF9E5地址匹配寄存器位(AM)和数据准备好寄存器位(DR)置低。微处理器MCU把要发送的接点的地址和数据写入nRF9E5，微处理器MCU设置TRX|_CETX|_EN为高来激活nRF9E5ShockBurst进行数据传输，nRF9E5给要发送的自身数据加上前缀和CRC校验，通过天线转换为微波辐射信号发射出去，当数据发送完后，数据准备好寄存器位(DR)置高并通知微处理器MCU数据已经处理完毕，nRF9E5进入待机省电模式。在nRF9E5与入口设备进行433MHz的信息交换时，IC卡与入口读写设备进行13.56MHz的同步通信，两者之间由于工作于相差较远的频率互不干扰。

当卡系统通过标示站感应区时，nRF9E5同样以433MHz的工作频率与标示站进行信息交换，标示站发出的射频数据包包括标示站信息以及实时时间信息，此数据包存储于入口站数据包之后形成数据累加存储。由于标示站没有IC卡读写设备，因此IC卡不参与通信。也就是在标识站系统只有433MHz的单频率设备工作。

当卡系统通过出口感应区时，出口感应设备发出的433MHz微波信号被nRF9E5侦测到，载波检测(cd)变高，转变工作状态进行电量检测，ShockBurst接收方式下nRF9E5通过ANT1，ANT2连接的天线以及匹配电路接收出口站信息。ShockBurst发送方式nRF9E5把4K的数据存储RAM中存储的出入口信息和标示站信息以及各自时间信息发送给出口站设备，出口站设备接受到数据结束标志把接收信息转交微机网络后，处于等待状态，等待下一次触发。而nRF9E5发送完数据以后，结束信号触发程序自动把自激周期由1秒变为1分钟，自身状态由工作状态变为入库状态，以降低功耗。。

Claims

1、一种智能双频电子标签，它包括电路板(1)，其特征在于：在同一电路板上设置有微波电路和IC天线(2)以及IC芯片(3)，其中，微波电路包括有电源电路、充电系统、状态指示、存储装置、SPI接口、双频双微处理器MCU双电路、收发天线、滤波电路、射频收发器、时钟系统；其中电源连接到主控器双频双微处理器MCU双电路上，存储装置通过SPI接口连接到双频双微处理器MCU双电路上，双频双微处理器MCU双电路双向连接到射频收发器，射频收发器双向连接到滤波电路，滤波电路双向连接到收发天线，时钟系统电路的输出端连结到双频双微处理器MCU双电路上。

2、根据权利要求1所述的智能双频电子标签，其特征在于：所述微波电路设置在电路板的一面，而IC天线以及IC芯片设置在电路板的另一面。

3、根据权利要求1所述的智能双频电子标签，其特征在于：所述微波电路与IC天线以及IC芯片均设置在电路板的同一面。

4、根据权利要求1所述的智能双频电子标签，其特征在于：所述微波电路的频率为433Mhz或915Mhz或2.4Ghz或5.8Ghz。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的智能双频电子标签，其特征在于：在所述主控器双频双微处理器MCU双电路上还连接有状态指示电路。

6、根据权利要求1或2或3或4所述的智能双频电子标签，其特征在于：所述的电源模块采用通用的纽扣电池，且是可充电电池。