CN102682485B - 电子车载单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子车载单元，包括供电单元、第二电子开关、唤醒电路、微处理器和系统电路、供电切断检测电路，唤醒电路与微处理器连接，微处理器与系统电路连接，供电单元向唤醒电路、微处理器供电，通过第二电子开关向系统电路供电；唤醒电路在收到唤醒信号时，触发微处理器打开第二电子开关以接通供电单元向系统电路的供电，供电单元包括一次性电池供电支路，一次性电池供电支路包括串联连接的一次性电池供电电路、第一电子开关，供电切断检测电路在检测到环境参数满足预设切断条件时，关闭第一电子开关以截止一次性电池供电电路对唤醒电路、微处理器的供电。本发明能够延长电子车载单元的一次性电池的使用寿命，避免频繁更换一次性电池。

Description

电子车载单元

技术领域

本发明涉及一种电子车载单元，尤其涉及一种用于不停车收费的车载单元。

背景技术

不停车收费（Electronic Toll Collection，简称ETC）是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过一般安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通信，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。其中，安装在车辆上的车载电子标签称为车载单元（On Board Unit，简称OBU），收费站一侧的读写设备称为路侧单元（Road Side Unit，简称RSU），ETC正是由路侧单元识别车辆上的车载单元，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用账户中扣除通行费。

目前的电子车载单元主要为有源器件，即电子车载单元自身含有电源。车载单元主要有两种状态：交易状态和待机状态。待机状态指的是车载单元未与路侧单元通信但其可以随时被路侧单元唤醒，交易状态则是车载单元与路侧单元进行通信以完成扣费操作的状态。无论是交易状态还是待机状态都需要消耗电子车载单元的电源，交易状态尽管耗电较大，然而其是瞬时的，相较之下，待机状态尽管静态损耗电流较小，但由于电子车载单元在不工作时一直处于待机状态，累积下的耗电是相当可观的。

电子车载单元通常体积较小，同时考虑到成本等因素，一般采用容量比较小的一次性电池进行供电。一次性电池会对环境造成污染，而且因为一次性电池容量小，使用寿命短，所以电子车载单元需频繁更换电池。如何延长一次性电池的使用寿命就成为电子车载单元研究中的一个重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种电子车载单元，能够有效减少一次性电池的耗能，延长其使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种电子车载单元，包括供电单元、第二电子开关、唤醒电路、微处理器和系统电路、供电切断检测电路，唤醒电路与微处理器连接，微处理器与系统电路连接，供电单元向唤醒电路、微处理器供电，通过第二电子开关向系统电路供电；唤醒电路在收到唤醒信号时，触发微处理器打开第二电子开关以接通供电单元向系统电路的供电，供电单元包括一次性电池供电支路，一次性电池供电支路包括串联连接的一次性电池供电电路、第一电子开关，供电切断检测电路在检测到环境参数满足预设切断条件时，关闭第一电子开关以截止一次性电池供电电路对唤醒电路、微处理器的供电。

优选地，所述供电切断检测电路包括太阳能检测电路，所述供电单元包括与所述一次性电池供电支路并联连接的太阳能电池供电支路，所述太阳能电池供电支路包括太阳能电池供电电路，所述太阳能检测电路在检测到太阳能具有足够供唤醒电路、微处理器工作的强度时，关闭所述第一电子开关以截止所述一次性电池供电电路对所述唤醒电路、微处理器的供电。

优选地，所述的电子车载单元，所述太阳能电池供电支路还包括与所述太阳能电池供电电路串联连接的稳压电路，以对所述太阳能电池供电电路的供电输出进行稳压。

优选地，所述的电子车载单元，还包括车辆无人状态检测电路，用以检测车辆的无人状态并在车辆处于无人状态时控制所述第一电子开关关闭以截止所述一次性电池供电电路的供电。

优选地，所述的电子车载单元，所述车辆无人状态检测电路为红外检测电路。

优选地，所述的电子车载单元，还包括人工指令控制电路，用以接受人工控制指令以打开或者关闭所述第一电子开关。

优选地，所述的电子车载单元，所述供电单元还包括可充电池供电支路，所述可充电池供电支路包括可充电池供电电路，其中，所述可充电池供电支路与所述太阳能电池供电支路、一次性电池供电支路并联连接，所述可充电池供电电路与太阳能电池供电电路、第一电子开关连接。

优选地，所述的电子车载单元，所述系统电路包括IC卡读写电路、RF收发电路、声光电路、显示电路以及安全模块。

优选地，所述的电子车载单元，所述唤醒电路为独立形式的唤醒电路或集成形式的唤醒电路。

本发明的有益效果在于：通过设置供电切断检测电路和第一开关，由供电切断检测电路进行环境参数的检测，当检测到环境参数满足切断条件时，利用第一开关切断一次性电池的输出，从而减少了一次性电池的消耗，延长了一次性电池的使用寿命。

进一步的，可以通过自动控制或者人工控制的方式在不需要待机时关闭电子车载单元，从而进一步减少了电子车载单元的一次性电池不必要的消耗，延长了一次性电池的使用寿命，避免频繁更换一次性电池。

附图说明

图1是本发明实施例1的电子车载单元的电路原理框图；其中，图1a示出的唤醒电路为独立形式；图1b示出的唤醒电路为集成形式；

图2是本发明实施例2的电子车载单元的电路原理框图；

图3是本发明实施例3的电子车载单元的电路原理框图；

图4是本发明实施例4的电子车载单元的电路原理框图；

图5是本发明实施例5的电子车载单元的电路原理框图；

图6是本发明实施例6的电子车载单元的电路原理框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如前文所述，本发明所要解决的问题是延长电子车载单元的一次性电池的使用寿命，从而无需频繁更换电池。由于一次性电池的容量是一定的，延长其使用寿命的思路在于最大化一次性电池的有效输出，而尽量减少其无效输出的时间，即在电子车载单元的非交易状态关闭电池输出。实际使用中，电子车载单元在大部分时间内都处在待机状态，等待唤醒信号，大量的电能都在等待中白白损耗，尤其在车子无人使用而停在车库、停车场时。只有在通过收费站口时，整个电子车载单元才开始工作，交易状态的持续时间不大于1秒。通过对比计算，一般情况下，待机状态的损耗电能是交易状态损耗电能的5-10倍。如果能够减少待机状态的电能损耗，那么就将大大延长电池的寿命。本发明的主要构思是通过检测手段，设定触发条件，判断是否关闭电池的输出，从而可以减少电池的无效输出，延长电池的使用寿命，所以电子车载单元无需频繁更换电池。

实施例1

如图1所示，本实施例的电子车载单元100，可与路侧单元200交互完成不停车收费。电子车载单元100的主电路主要包括供电单元110、第二电子开关120、唤醒电路130、微处理器（简称MCU）140、系统电路150。其中，供电单元110包括一次性电池供电电路111。唤醒电路130则一般具有两种形式，一种即图1a示出的独立形式的唤醒电路，也就是单独的唤醒电路；另一种即图1b示出的集成形式的唤醒电路，也就是RF（即射频）收发电路中集成的唤醒电路。

系统电路150为完成电子车载单元100的各种系统功能的电路总称，包括但不限于用于完成RF发射和接收的RF收发电路，完成通行费交易的IC卡读写电路、用于进行提示的声光电路、显示各种信息的显示电路，以及保证系统安全的安全模块等等。

电子车载单元100多数时间处于待机状态，这种状态下，系统电路150关闭而不耗电，但微处理器140、唤醒电路130需要通电维持工作以保证随时被唤醒，待机状态下的微处理器140和唤醒电路130的耗电称为静态耗电，静态耗电的电流一般为几个μA到几十μA，尽管电流量并不大，但由于需要不间断用电，常年累月之后的累积量也是非常大的。当电子车载单元100靠近（注：距离数米或稍远）电子收费车道时，唤醒电路130收到车道上的路侧单元200发出的唤醒信号，触发微处理器140工作，打开第二电子开关120，控制系统电路150开始工作，与路侧单元200进行交易，此种状态称为交易状态。

为延长一次性电池供电电路111中的一次性电池的使用寿命，如图1所示，在上述电子车载单元100的基础上增加供电切断检测电路160，以及在供电单元110中增加第一电子开关112。供电切断检测电路160用于在检测到环境参数满足预设切断条件时，关闭第一电子开关112以截止一次性电池供电电路111对所述唤醒电路130、微处理器140的供电。其中，环境参数主要指反映电子车载单元的外界工作环境的参数，例如太阳能强度是否充足、车辆是否处于无人状态等。在图1中，环境参数指的是外界的太阳能强度。因而，供电切断检测电路160包括太阳能检测电路161，并且电子车载单元100中包括太阳能电池供电电路113。太阳能检测电路161检测太阳能电池供电电路113提供的电流大小从而判断太阳能强度，当太阳能强度足够强，也就是说，太阳能电池供电电路113提供的电流足以供唤醒电路130和微处理器140工作，即环境参数满足预设切断条件时，则控制关闭第一电子开关112，一次性电池供电电路111输出截止。由于在待机状态下，电子车载单元100耗电非常少，在白天只要有光线的情况下，太阳能电池供电电路113一般能提供几μA到一千μA的电流（注：光线亮度不同，电流也不同），已可满足唤醒电路130和微处理器140待机状态下的耗能需求。而当通过收费站口时，唤醒电路130收到唤醒信号，一方面控制第一电子开关112打开一次性电池供电电路111的输出，另一方面触发微处理器140工作，打开第二电子开关120，控制系统电路150开始工作，电子车载单元100与路侧单元200完成整个交易。当交易完成，电子车载单元100返回待机状态，第一电子开关112关闭，一次性电池供电电路111被切断，继续由太阳能电池供电电路113提供电流给唤醒电路130、微处理器140。

实施例2

参见图2，由于太阳能供电稳定性较差，本实施例给出的技术方案是，在实施例1的基础上增加稳压电路114对太阳能电池供电电路113的输出进行稳压处理。

本实施例的电子车载单元100，其供电单元110包括并联连接的太阳能电池供电支路和一次性电池供电支路，太阳能电池供电支路包括太阳能电池供电电路113，一次性电池供电支路包括串联连接的一次性电池供电电路111和第一电子开关112，利用太阳能检测电路161在检测到太阳能具有足够供唤醒电路130、微处理器140工作的强度时，关闭第一电子开关112以截止一次性电池供电电路111对唤醒电路130、微处理器140的供电，而由太阳能电池供电电路113为唤醒电路130和微处理器140供电，保证唤醒电路130和微处理器140处于待机状态的耗电需求，从而有效减少了一次性电池的无效输出（即非交易状态下的输出）时间，延长了一次性电池的使用寿命。本发明的供电单元110中的一次性电池供电电路111和太阳能电池供电电路113，直接向唤醒电路130、微处理器140进行供电，避免储能器件的中继，即首先输入到储能器件再由储能器件向唤醒电路130、微处理器140进行供电，一方面避免中继时的能量损耗，另一方面，可以避免在电子车载单元100中设置储能器件，从而可以节约成本。

同时，由于利用太阳能检测电路161进行太阳能检测并由第一开关112进行一次性电池的供电切断，使得对一次性电池的供电切断更为准确、快速，最大程度上确保了一次性电池的供电处于有效输出状态。

在电子车载单元的实际使用中，电子车载单元并不需要一直处于待机状态，例如，当汽车停止，驾驶人员离开驾驶台的情况下，电子车载单元仍然保持待机状态实际上是一种能源的浪费。又或者，车内驾驶人员确认离收费路口尚有相当长的距离，此时保持电子车载单元的待机状态同样是一种能源的浪费。为此，在本发明的其他实施例中，还提供了关闭电子车载单元工作的方案，关闭电子车载单元工作后，无需再提供电流给唤醒电路和微处理器，从而电子车载单元甚至不存在待机状态下的静态耗电，有效延长了一次性电池的使用寿命，将电子车载单元的这种状态称为关闭状态。下面对关闭电子车载单元工作的方案予以说明。

实施例3

本实施例与实施例2区别之处是，在电子车载单元中增加车辆无人状态检测电路，也就是说，在本实施例中，环境参数指的是电子车载单元配置所在的车辆是否处于无人状态。如图3所示，该车辆无人状态检测电路为红外检测电路162，红外检测电路162检测车辆驾驶座上是否有驾驶人员，从而判断车辆是否处于无人状态，当红外检测电路162检测到车辆为无人状态时，则关闭第一电子开关112，一次性电池供电电路111的输出截止。这时，不依赖于太阳能供电的有无，即红外检测电路162发出的第一电子开关112的关闭信号具有比太阳能检测电路161发出的第一电子开关112的关闭信号更高的优先级。本领域的普通技术人员可以理解，除图3示出的红外检测方式外，其他检测车辆驾驶座上是否有驾驶人员的方式同样也可以适用。

实施例4

在某些情况下，车辆处于无人状态，但同时又有足够的太阳能强度，例如车辆停在阳光照射下的露天停车场，针对这种情况，如图4所示的本实施例，区别于实施例3之处是，在电子车载单元内增加可充电池供电电路115，由太阳能电池供电电路113在车辆无人状态下对可充电池供电电路115中的可充电池进行充电，这样，当电子车载单元处于待机状态下，太阳能强度又不足以供给唤醒电路130和微处理器140时，可由可充电池供电电路115配合太阳能电池供电电路113或者可充电池供电电路115单独为唤醒电路130和微处理器140供电以保证待机状态下的耗电需求。

实施例5

虽然可通过外界检测条件进行太阳能供电切换或者将电子车载单元切换为关闭状态从而避免一些待机状态的电流，然而图4示出的这种自动检测控制方式的精准度仍受到技术条件的制约，因此，本实施例与实施例4区别之处是，在电子车载单元中增加人工指令控制电路170，同时省去红外检测电路，参见图5。人工指令控制电路170可以接受各种形式的人工指令输入，例如按键输入、触摸屏输入、语音输入等等。以按键输入为例，操作人员可以通过按下关闭键，从而向人工指令控制电路170输入了关闭指令，以指示关闭电子车载单元，人工指令控制电路170接受到关闭指令后，则关闭第一电子开关112，一次性电池供电电路111的输出截止。类似的，人工指令控制电路170同样不依赖于太阳能供电的有无，即人工指令控制电路170发出的第一电子开关112的关闭信号具有比太阳能检测电路161发出的第一电子开关112的关闭信号更高的优先级。同样如红外检测方式，可以由太阳能电池供电电路113在电子车载单元关闭状态下对可充电池供电电路115中的可充电池进行充电，从而当电子车载单元处于待机状态下，太阳能强度又不足以供给唤醒电路130和微处理器140时，可由可充电池供电电路115配合太阳能电池供电电路113或者可充电池供电电路115单独为唤醒电路130和微处理器140供电以保证待机状态下的耗电需求。

在靠近收费站口时，人工指令控制电路170接受打开指令的控制，控制第一电子开关112打开，唤醒电路130工作，收到唤醒信号后唤醒电子车载单元进入交易状态。当交易完成，第一电子开关112关闭，一次性电池供电电路111输出截止。由于人工指令控制电路170依赖于人工指令的输入控制，为避免某些时候操作人员没能在经过收费路口时及时输入打开指令以启动电子车载单元工作，可以增加提示电路，在接近收费路口时向操作人员发出打开电子车载单元的提示。

实施例6

如图6所示，对比实施例5，本实施例的电子车载单元中同时包含红外检测电路162和人工指令控制电路170，即红外检测和人工指令控制这两种控制方式并存时，优先使用红外检测形式的自动控制方式还是优先使用人工控制方式可以根据实际需要进行设置。

本发明的电子车载单元，通过供电切断检测电路对环境参数是否满足预设切断条件的检测，而相应地利用第一电子开关来切断或者打开一次性电池的供电，使得对一次性电池的供电切断更为准确、快速，最大程度上确保了一次性电池的供电处于有效输出状态，延长了一次性电池的使用寿命。在切断一次性电池供电时，一方面，可以使电子车载单元处于关闭状态而避免静态耗电。另一方面，在电子车载单元处于唤醒状态因而静态耗电不可避免时，利用太阳能供电替代一次性电池供电。并且，一次性电池和太阳能电池直接向唤醒电路、微处理器等供电，避免储能器件的中继，即首先输入到储能器件再由储能器件向唤醒电路、微处理器进行供电，一方面避免中继时的能量损耗，另一方面，可以避免在电子车载单元中设置储能器件，从而可以节约成本。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子车载单元，其特征在于，包括供电单元（110）、第二电子开关（120）、唤醒电路（130）、微处理器（140）和系统电路（150），以及供电切断检测电路（160），所述唤醒电路（130）与所述微处理器（140）连接，所述微处理器（140）与所述系统电路（150）连接，所述供电单元（110）向所述唤醒电路（130）、微处理器（140）供电，以及通过所述第二电子开关（120）向所述系统电路（150）供电；所述唤醒电路（130）在收到唤醒信号时，触发所述微处理器（140）打开所述第二电子开关（120）以接通所述供电单元（110）向所述系统电路（150）的供电，所述供电单元（110）包括一次性电池供电支路，所述一次性电池供电支路包括串联连接的一次性电池供电电路（111）、第一电子开关（112），所述供电切断检测电路（160）在检测到环境参数满足预设切断条件时，关闭所述第一电子开关（112）以截止所述一次性电池供电电路（111）对所述唤醒电路（130）、微处理器（140）的供电。

2.如权利要求1所述的电子车载单元，其特征在于，所述供电切断检测电路（160）包括太阳能检测电路（161），所述供电单元（110）包括与所述一次性电池供电支路并联连接的太阳能电池供电支路，所述太阳能电池供电支路包括太阳能电池供电电路（113），所述太阳能检测电路（161）在检测到太阳能具有足够供唤醒电路（130）、微处理器（140）工作的强度时，关闭所述第一电子开关（112）以截止所述一次性电池供电电路（111）对所述唤醒电路（130）、微处理器（140）的供电。

3.如权利要求2所述的电子车载单元，其特征在于，所述太阳能电池供电支路还包括与所述太阳能电池供电电路（113）串联连接的稳压电路（114），以对所述太阳能电池供电电路（113）的供电输出进行稳压。

4.如权利要求1-3任一所述的电子车载单元，其特征在于，所述供电切断检测电路（160）包括车辆无人状态检测电路，用以检测车辆的无人状态并在车辆处于无人状态时控制所述第一电子开关（112）关闭以截止所述一次性电池供电电路（111）的供电。

5.如权利要求4所述的电子车载单元，其特征在于，所述车辆无人状态检测电路为红外检测电路（162）。

6.如权利要求5所述的电子车载单元，其特征在于，还包括人工指令控制电路（170），用以接受人工控制指令以打开或者关闭所述第一电子开关（112）。

7.如权利要求1-3任一所述的电子车载单元，其特征在于，还包括人工指令控制电路（170），用以接受人工控制指令以打开或者关闭所述第一电子开关（112）。

8.如权利要求2-3任一所述的电子车载单元，其特征在于，所述供电单元（110）还包括可充电池供电支路，所述可充电池供电支路包括可充电池供电电路（115），其中，所述可充电池供电支路与所述太阳能电池供电支路、一次性电池供电支路并联连接，所述可充电池供电电路（115）与太阳能电池供电电路（113）、第一电子开关（112）连接。

9.如权利要求1-3任一所述的电子车载单元，其特征在于，所述系统电路（150）包括IC卡读写电路、RF收发电路、声光电路、显示电路以及安全模块。

10.如权利要求1-3任一所述的电子车载单元，其特征在于，所述唤醒电路（130）为独立形式的唤醒电路或集成形式的唤醒电路。

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