CN101290662A - 新型多频段多功能电子标签 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新型多频段多功能电子标签。包括微处理器，与微处理器的I/O端相连的存储器，电源通过电源控制电路与微处理器相连接，微处理器I/O端还连接有上电复位电路，上电复位电路分别与电源和电源控制电路相连，其特征在于，所述的微处理器I/O端还连接有微波发射单元、微波接收单元、单频段微波控制单元、多频段微波控制单元、触发控制单元、以及用于同IC卡进行信息交互并将IC卡内信息读入存储器内的IC卡读写单元；上述的多频段微波控制单元、触发控制单元和微波接收单元均与电源控制电路相连接。微处理器的I/O端固化符合短程无线通信协议规范的运算及逻辑程序。其优点为：成本低、工作效率高、体积小巧。

Description

新型多频段多功能电子标签

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其是涉及一种基于专用短程通信协议并适用于高速公路电子不停车收费及多义性路径识别的新型多频段多功能电子标签。

背景技术

电子不停车收费ETC)技术和多义性路径识别技术是目前智能交通领域的重点发展项目，是实现道路智能化、信息化的重要手段。其中电子不停车收费技术在保证车辆快速通过收费站同时，能够确保可靠付费，从而有效改善目前普遍存在的城市出入口收费站的交通瓶颈状况。而多义性路径识别技术能完善、清晰地提供车辆的行车数据，为通行费的精确拆分和结算提供依据。国内外在电子不停车收费ETC)技术方面做了长期的研究和开发应用工作。目前，电子不停车收费ETC)技术已经基本发展成熟，并在多个省市得到了全面的推广应用，取得了良好的社会效应和经济效益。而多义性路径识别技术，是随着我国高速公路建设的快速发展，多义性路径路环的不断增多，开始从理论、实践角度进行研究。基于射频识别技术与集成电路卡IC卡)技术的多义性路径识别系统是目前最先进、最有效的解决方案。

中国专利文献公开了一种用于多义性路径识别的路侧基站[CN200720052812.6]，包括唤醒基站和通信基站，所述唤醒基站持续发送唤醒信号，用于唤醒进入唤醒区域的车载单元装置，使车载单元装置与通信基站建立通信连接；所述通信基站持续广播路径信息，与被唤醒的车载单元装置进行数据交互，将路径信息保存在车载单元装置内。两片式电子标签加双界面CPU卡电子不停车收费装置[CN02271536.3]，它包括微处理控制器，与微处理控制器的I/O端相连的存储器和显示及指示电路，在固化短程通讯协议规范运算程序的微处理控制器的I/O端接有微波接收电路、微波发射电路和IC卡读写接口电路。通过增设微处理控制器与双界面CPU卡之间的数据专用读写接口装置，将其卡内的电子钱包交易信息事先转移至电子装置的存储器内，并采用传输的速率高达500KBit/s的专用短程通讯协议规范来实现高速、实时的电子不停车收费过程。

采用基于射频识别技术与IC卡技术的多义性路径识别系统的电子不停车收费必须要解决如何实现现有电子不停车收费车载单元与多义性路径识别系统的路侧天线通信的问题。目前采用的解决方案为：不停车收费车辆同普通车道通行的车辆同步更换通行卡，即分别将现有的非接触式13.56M微波天线)IC卡更换成双界面含13.56M微波天线和433M/915M/2.4G微波天线)，或将现有的双界面含13.56M微波天线和接触式)IC卡更换成三界面含13.56M微波天线、433M/915M/2.4G微波天线和接触式)IC卡。已安装车载单元的车辆由于IC卡结构的改变，原有的车载单元需更换以适应IC卡尺寸的变化。

上述解决方案存在以下不足：

1、对于IC卡的全面更换，势必会造成资源的严重浪费。由于将实施多义性路径识别系统，目前所采用的IC卡内的13.56M微波天线和接触式界面已不能满足需要，需在IC卡内增加433M/915M/2.4G微波天线。而一方面现有IC卡的外形尺寸无法容纳现有技术的433M/915M/2.4G微波天线，另一方面根据目前市场的情况如对现有IC卡进行回收改造，其成本将远高于全新生产。因此一旦实施多义性路径识别系统，必然需要对现有的IC卡进行全面更换，不但会造成资源的严重浪费，也会造成资金的浪费。

2、IC卡的成本高，标识率不够高。由于IC卡尺寸的限制，其电池容量相对较小，为满足相同使用时间的要求，势必会要求IC卡降低被路侧天线唤醒时的使用功率。降低使用功率一方面会使成本大幅提高，另一方面由于使用功率的降低，其天线的，势必会影响其标识率。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的上述技术问题；提供一种基于专用短程通讯协议的规范要求，同时支持现有的双界面IC卡和单界面IC卡，一方面在可能出现多义性的路径上建设的路侧天线设备的支持下实现车辆行驶路径的精准判别，另一方面在收费车道路侧单元及收费计算机系统的支持下实现车辆的较高通行速度的不停车收费的新型多频段多功能电子标签。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的上述技术问题；提供一种安全性能高，能源消耗少，体积小巧，可实现远距离、高速率、高可靠性数据通信的新型多频段多功能电子标签。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：新型多频段多功能电子标签，包括微处理器，与微处理器的I/O端相连的存储器，电源通过电源控制电路与微处理器相连接，微处理器I/O端还连接有上电复位电路，上电复位电路分别与电源和电源控制电路相连，其特征在于，所述的微处理器I/O端还连接有微波发射单元、微波接收单元、单频段微波控制单元、多频段微波控制单元、触发控制单元、以及用于同IC卡进行信息交互并将IC卡内信息读入存储器内的IC卡读写单元；上述的多频段微波控制单元、触发控制单元和微波接收单元均与电源控制电路相连接。微处理器的I/O端固化符合短程无线通信协议规范的运算及逻辑程序。

作为优选，所述的微波发射单元为5.8G微波发射单元，它包括依次串联的微波发射电路、放大电路一和发射天线，微波发射电路连接在微处理器I/O端。

作为优选，所述的微波接收单元为5.8G微波接收单元，它包括依次串联的接收天线、放大电路二和微波接收电路，微波接收电路分别连接在微处理器I/O端和电源控制电路上。

作为优选，所述的单频段微波控制单元为13.56M微波控制单元，它包括依次串联的射频模块一、放大电路三和天线单元一，射频模块一连接在微处理器I/O端。

作为优选，所述的多频段微波控制单元为433M/915M/2.4G微波控制单元，它包括依次串联的射频模块二、放大电路四和天线单元二，射频模块二分别连接在微处理器I/O端和电源控制电路上。

本发明充分利用现有的收费系统和多义性路径识别解决方案，克服现有的电子不停车收费及基于射频识别技术与集成电路IC卡技术的多义性路径识别共存应用要求的缺陷，有效提升多义性路径识别的成功率及效率。通过13.56M微波电路和或)IC卡读写电路与IC卡进行信息交互，并将IC卡内信息读入存储器内包括“电子钱包信息”)，通过433M/915M/2.4G微波控制电路根据多义性路径识别系统采用的微波频段不同分别采用433MHz、或915MHz、或2.4GHz频段的微波天线及控制电路)将标识信息写入存储器，并采用5.8G的专用频段微波实现完全实际路径的电子不停车收费。

作为优选，触发控制单元包括拆卸触发器和插/拔卡触发器，所述的拆卸触发器连接有驱动电路一和放大电路五，拆卸触发器信号输出端一路经驱动电路一输出控制信号至电源控制电路，另一路经放大电路五输出触发信号数据至微处理器I/O端；所述的插/拔卡触发器连接有驱动电路二和放大电路六，插/拔卡触发器信号输出端一路经驱动电路二输出控制信号至电源控制电路，另一路经放大电路六输出触发信号数据至微处理器I/O端。

作为优选，所述的微处理器I/O端还连接有显示及指示单元；所述的显示及指示单元包括液晶显示屏和声光指示装置，液晶显示屏和声光指示装置分别连接在微处理器上。

作为优选，所述的IC卡读写单元包括IC卡插座，所述的IC卡插座通过IC卡匹配电路与微处理器相连。

因此，本发明具有如下优点：

1、全面支持现有的不停车收费系统和基于射频识别技术与集成电路卡IC卡)技术的多义性路径识别系统，并且可以支持目前已经在高速公路收费领域广泛采用的双界面IC卡和单界面IC卡，因此可以充分利用现有的收费设备，在解决多义性路径识别前提下节省投资。

2、433M/915M/2.4G微波电路采用高灵敏度、高集成度的射频芯片，除了具有小体积、低功耗的特点外，还可实现远距离、高速率、高可靠性的数据通信。在车辆行驶过程中所接收到的路径信息先被写入存储器，再通过13.56M的微波信号唤醒IC卡进行快速的数据写入和校验，然后进入休眠模式。通过休眠模式和工作模式的相互转换，降低设备的功耗。

3、通过采用机卡分离、拆卸触发电路，确保本发明的使用安全。在使用中存储器内的车辆信息将自动与IC卡内的车辆信息进行比对，以确认是否存在盗用、错卡等情况，防止该装置在安装固定后的非法拆卸。

4、具有插(拔)卡触发电路。通过识别插卡动作，唤醒设备与IC卡进行信息比对、交互，并将IC卡内信息读入存储器内；通过识别拔卡动作，唤醒设备清除存储器内除车辆信息外其它所有信息。

附图说明

附图1是本发明的一种结构框图。

附图2是本发明的一种结构详图。

图中，微处理器1、存储器2、电源3、电源控制电路4、上电复位电路5、微波发射单元8、微波发射电路81、放大电路一82、发射天线83、微波接收单元9、微波接收电路91、放大电路二92、接收天线93、单频段微波控制单元10、射频模块一101、放大电路三102、天线单元一103、多频段微波控制单元11、射频模块二111、放大电路四112、天线单元二113、触发控制单元12、拆卸触发器121、驱动电路一121a、放大电路五121b、插/拔卡触发器122、驱动电路二122a、放大电路六122b、IC卡读写单元13、IC卡插座131、IC卡匹配电路132、显示及指示单元14、液晶显示屏141、声光指示装置142。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图1和图2所示，新型多频段多功能电子标签，包括微处理器1，与微处理器1的I/O端相连的存储器2，电源3通过电源控制电路4与微处理器1相连接，微处理器1的I/O端还连接有上电复位电路5，上电复位电路5分别与电源3和电源控制电路4相连。微处理器1的I/O端还连接有微波发射单元8、微波接收单元9、单频段微波控制单元10、多频段微波控制单元11、触发控制单元12、以及用于同IC卡进行信息交互并将IC卡内信息读入存储器2内的IC卡读写单元13；上述的多频段微波控制单元11、触发控制单元12和微波接收单元9均与电源控制电路4相连接。

微波发射单元8为5.8G微波发射单元，它包括依次串联的微波发射电路81、放大电路一82和发射天线83，微波发射电路81连接在微处理器1的I/O端。微波接收单元9为5.8G微波接收单元，它包括依次串联的接收天线93、放大电路二92和微波接收电路91，微波接收电路91分别连接在微处理器1的I/O端和电源控制电路4上。

单频段微波控制单元10为13.56M微波控制单元，它包括依次串联的射频模块一101、放大电路三102和天线单元一103，射频模块一101连接在微处理器1的I/O端。多频段微波控制单元11为433M/915M/2.4G微波控制单元，它包括依次串联的射频模块二111、放大电路四112和天线单元二113，射频模块二111分别连接在微处理器1的I/O端和电源控制电路4上。

触发控制单元12包括拆卸触发器121和插/拔卡触发器122，所述的拆卸触发器121连接有驱动电路一121a和放大电路五121b，拆卸触发器121信号输出端一路经驱动电路一121a输出控制信号至电源控制电路4，另一路经放大电路五121b输出触发信号数据至微处理器1的I/O端；所述的插/拔卡触发器122连接有驱动电路二122a和放大电路六122b，插/拔卡触发器122信号输出端一路经驱动电路二122a输出控制信号至电源控制电路4，另一路经放大电路六122b输出触发信号数据至微处理器1的I/O端。

微处理器1的I/O端还连接有显示及指示单元14；所述的显示及指示单元14包括液晶显示屏141和声光指示装置142，液晶显示屏141和声光指示装置142分别连接在微处理器1上。IC卡读写单元13包括IC卡插座131，IC卡插座131通过IC卡匹配电路132与微处理器1相连。

微处理器1是整个设备的核心，它通过单频段微波控制单元10(13.56M微波单元)和(或)IC卡读写单元13将IC卡内的车辆信息读入，与存储器2内的车辆信息进行比对确认，然后将IC卡内的除车辆信息外其它信息(甚至包含“电子钱包信息”)读入并转存入存储器2；微处理器1内固化的符合短程无线通信协议规范的运算及逻辑程序通过5.8G微波发射单元8和5.8G微波接收单元9将存储器2内按专用短程通讯(DSRC)协议规定的数据结构和编码规则进行数据编码的信息传输到不停车收费系统入口路侧设备(RSE)上，由入口路侧设备(RSE)对相关的信息进行读取并认证，并将通行信息传输到本新型多频段多功能电子标签。由微处理器1存入存储器2，同时通过单频段微波控制单元10(即13.56M微波单元)和/或IC卡读写单元13将通行信息传输至IC卡内。微处理器1通过多频段微波控制单元11(即433M/915M/2.4G微波单元)接收多义性路径识别系统路侧天线的标识信息，并将信息转存入存储器2，同时通过单频段微波控制单元10(即13.56M微波单元和/或IC卡读写单元13将标识信息传输至IC卡内。微处理器1的运算及逻辑程序通过5.8G微波发射单元8和5.8G微波接收单元9将存储器2内的车辆信息、通行信息、标识信息(甚至包含“电子钱包信息”)传输到出口路侧设备(RSE)上，由出口路侧设备(RSE)对相关的信息进行读取并认证，并由后台系统完成相应的扣款操作，从而实现完全实际路径识别的电子不停车收费。如信息内包含“电子钱包信息”，则由出口路侧单元(RSE)对“电子钱包信息”内容进行校验和认证；通过认证后，出口路侧单元(RSE)将扣款信息传输回新型多频段多功能电子标签，由新型多频段多功能电子标签内的微处理器1完成转存在存储器2内的“电子钱包信息”的扣款操作；随后微处理器1再将完成扣款交易的“电子钱包信息”通过微波控制单元10(即13.56M微波单元)和/或IC卡读写单元13返回至IC卡内。

触发控制单元12通过拆卸触发器121、放大电路五121b、驱动电路一121a来防止该装置在安装固定后的非法拆卸。只要触动防拆卸开关，拆卸触发器121输出触点信号至驱动电路一121a输出高电平控制电源控制器4开始供电，以唤醒微处理器1对放大电路五121b输入的电平信号进行判断，并清除存储器内的所有信息(包括车辆信息)从而达到防拆卸目的。触发控制单元12通过插/拔卡触发器122、放大电路六122b、驱动电路二122a对IC卡的插入/拔出进行响应。通过识别插卡动作，唤醒设备与IC卡进行信息比对确认，并将IC卡内除车辆信息外其它信息读入并转存入存储器2；通过识别拔卡动作，唤醒设备清除存储器2内除车辆信息外其它所有信息。

本发明设置有具有休眠模式的电源3和电源控制电路4。电源3的电源输出端接于微处理器1的电源端，5.8G微波接收单元9的控制信号输出端接于电源控制电路4的电源控制端，多频段微波控制单元11(即433M/915M/2.4G微波单元)的控制信号输出端接于电源控制电路4的电源控制端，触发控制单元12的控制信号输出端接于电源控制电路4的电源控制端，触发控制单元12的触发信号输出端接于微处理器1的I/O端，微处理器1的I/O控制信号端接电源控制电路4的控制端，电源控制电路4的复位信号输出端接于微处理控制器1的I/O端。

本发明新型多频段多功能电子标签采用电源3(电池)供电，只要装入电池，电池将会通过电源控制电路4给整个电路供电，同时上电复位电路5就会给微处理器1的复位端输出高电平复位信号，使微处理器1内部的运算及逻辑程序从规定的起点开始执行。为了保证在电池供电情况下长期稳定的工作，本发明采用可休眠的电路结构，只有当电源控制电路4收到任意一路输出的控制信号的触发时才会开始向整个电路供电，并唤醒微处理器1；微处理器1进入工作模式后通过I/O输出控制信号控制电源控制电路4，在整个操作完成后，微处理器1通过I/O输出控制信号控制电源控制电路4停止供电，整个设备转入休眠模式，等待下一次的触发唤醒。

显示及指示单元14通过液晶显示屏141和声光指示装置142以数字、文字和声光结合的方式来提示工作过程和交易的结果。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了微处理器1、存储器2、电源3、电源控制电路4、上电复位电路5、微波发射单元8、微波发射电路81、放大电路一82、发射天线83、微波接收单元9、微波接收电路91、放大电路二92、接收天线93、单频段微波控制单元10、射频模块一101、放大电路三102、天线单元一103、多频段微波控制单元11、射频模块二111、放大电路四112、天线单元二113、触发控制单元12、拆卸触发器121、驱动电路一121a、放大电路五121b、插/拔卡触发器122、驱动电路二122a、放大电路六122b、IC卡读写单元13、IC卡插座131、IC卡匹配电路132、显示及指示单元14、液晶显示屏141、声光指示装置142等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种新型多频段多功能电子标签，包括微处理器(1)，与微处理器(1)的I/O端相连的存储器(2)，电源(3)通过电源控制电路(4)与微处理器(1)相连接，微处理器(1)的I/O端还连接有上电复位电路(5)，上电复位电路(5)分别与电源(3)和电源控制电路(4)相连，其特征在于，所述的微处理器(1)的I/O端还连接有微波发射单元(8)、微波接收单元(9)、单频段微波控制单元(10)、多频段微波控制单元(11)、触发控制单元(12)、以及用于同IC卡进行信息交互并将IC卡内信息读入存储器(2)内的IC卡读写单元(13)；上述的多频段微波控制单元(11)、触发控制单元(12)和微波接收单元(9)均与电源控制电路(4)相连接。

2.根据权利要求1所述的新型多频段多功能电子标签，其特征在于，所述的微波发射单元(8)为5.8G微波发射单元，它包括依次串联的微波发射电路(81)、放大电路一(82)和发射天线(83)，微波发射电路(81)连接在微处理器(1)的I/O端。

3.根据权利要求2所述的新型多频段多功能电子标签，其特征在于，所述的微波接收单元(9)为5.8G微波接收单元，它包括依次串联的接收天线(93)、放大电路二(92)和微波接收电路(91)，微波接收电路(91)分别连接在微处理器(1)的I/O端和电源控制电路(4)上。

4.根据权利要求3所述的新型多频段多功能电子标签，其特征在于，所述的单频段微波控制单元(10)为13.56M微波控制单元，它包括依次串联的射频模块一(101)、放大电路三(102)和天线单元一(103)，射频模块一(101)连接在微处理器(1)的I/O端。

5.根据权利要求4所述的新型多频段多功能电子标签，其特征在于，所述的多频段微波控制单元(11)为433M/915M/2.4G微波控制单元，它包括依次串联的射频模块二(111)、放大电路四(112)和天线单元二(113)，射频模块二(111)分别连接在微处理器(1)的I/O端和电源控制电路(4)上。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的新型多频段多功能电子标签，其特征在于，触发控制单元(12)包括拆卸触发器(121)和插/拔卡触发器(122)，所述的拆卸触发器(121)连接有驱动电路一(121a)和放大电路五(121b)，拆卸触发器(121)信号输出端一路经驱动电路一(121a)输出控制信号至电源控制电路(4)，另一路经放大电路五(121b)输出触发信号数据至微处理器(1)的I/O端；所述的插/拔卡触发器(122)连接有驱动电路二(122a)和放大电路六(122b)，插/拔卡触发器(122)信号输出端一路经驱动电路二(122a)输出控制信号至电源控制电路(4)，另一路经放大电路六(122b)输出触发信号数据至微处理器(1)的I/O端。

7.根据权利要求6所述的新型多频段多功能电子标签，其特征在于，所述的微处理器(1)的I/O端还连接有显示及指示单元(14)；所述的显示及指示单元(14)包括液晶显示屏(141)和声光指示装置(142)，液晶显示屏(141)和声光指示装置(142)分别连接在微处理器(1)上。

8.根据权利要求6所述的新型多频段多功能电子标签，其特征在于，所述的IC卡读写单元(13)包括IC卡插座(131)，所述的IC卡插座(131)通过IC卡匹配电路(132)与微处理器(1)相连。

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