CN104574529A - 提高车载单元唤醒性能的方法及实现该方法的车载单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高车载单元唤醒性能的方法和车载单元，方法包括对车载单元进行如下配置：唤醒方波频率设置过程：设定车载单元中射频芯片的唤醒方波频率，唤醒方波频率为12kHZ～20kHZ；唤醒方波个数设置过程：设定车载单元中射频芯片的唤醒方波个数，唤醒方波个数为3～8个；优化晶振起振时间过程：射频芯片的外围电路选用2～17PF的负载电容、6～22PF的外接电容与晶振配合。设定射频芯片的唤醒方波频率为12kHZ～20kHZ、射频芯片的唤醒方波个数为3～8个并优化晶振起振时间，三者相结合，从根本上去除了车载单元“唤醒时间”，提高车载单元的唤醒性能和抗干扰能力，改善路侧单元与车载单元的交互时间。

Description

提高车载单元唤醒性能的方法及实现该方法的车载单元

技术领域

本发明涉及智能交通领域，具体涉及一种基于专用短程通信（DedicatedShort Range Communication，简称DSRC）技术的提高车载单元（On Board Unit，简称OBU）唤醒性能的方法及实现该方法的车载单元。

背景技术

随着社会的发展，汽车用户不断增多，高速公路电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC）也随之逐渐普及。ETC在带给人们出行便利的同时，也面临着车主对他更高的要求，例如，通车速度更快，OBU更加稳定可靠。国内目前使用较多的车载单元为后装式的车载单元，即通过OBU内置电池供电的方式，但由于电池使用寿命有限及对功耗要求较为严格，对OBU的整体电路设计也更为复杂，尤其是对抗误唤醒及实现高速通车方面要求更为苛刻，而误唤醒问题是一直是OBU使用过程中的常见问题，它直接影响了OBU的稳定性和可靠性。

目前，一般ETC车道的通车速度为20km/h，该速度主要受到车道布局、路侧单元（Road Side Unit，简称RSU）的通信范围、RSU和OBU的交互时间所限制。从OBU方面来看，该交互时间主要包括唤醒时间和交易时间，交易时间由于交易逻辑所需，很难精简及优化，而唤醒时间由于技术所限，更是难以缩短或降低至“0”。因此，零唤醒时间对于提高ETC车道的通车速度和交易成功率有着重要意义。

另外，无线通信产业的日新月异，带给了我们全新的感官享受，但也对ETC的发展提出了挑战。当下，我们无时无刻都处在非常复杂的电磁环境下，如2G网络、3G网络、WIFI网络、手机通信网络和安防网络等等。作为ETC系统的重要组成部分，OBU的稳定性和可靠性至关重要，不同频率、不同信号强度的各种基站对OBU的抗干扰、抗误唤醒能力提出了更高的要求，因此稳定可靠的唤醒方式直接决定了OBU的性能和使用寿命。

发明内容

针对目前后装式车载单元唤醒时间较长，抗干扰能力较差的情况，本发明提供一种提高车载单元唤醒性能的方法及实现该方法的车载单元，通过提高车载单元的唤醒性能，以有效解决后装式车载单元误唤醒问题，提高车载单元的抗干扰能力，优化路侧单元与车载单元的交互时间。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的第一方面，本发明提供一种提高车载单元唤醒性能的方法，对车载单元进行如下配置：

唤醒方波频率设置过程：设定车载单元中射频芯片的唤醒方波频率，唤醒方波频率为12kHZ～20kHZ；

唤醒方波个数设置过程：设定车载单元中射频芯片的唤醒方波个数，唤醒方波个数为3～8个；

优化晶振起振时间过程：射频芯片的外围电路选用2～17PF的负载电容、6～22PF的外接电容与晶振配合。

优选地，唤醒方波个数设置过程中：唤醒方波个数为4～6个；优化晶振起振时间过程中：外接电容为6pF～10pF。

优选地，唤醒方波频率设置过程中：通过配置射频芯片内置的寄存器或通过频率选择芯片设定射频芯片的唤醒方波频率；

唤醒方波个数设置过程中：通过配置射频芯片内置的寄存器设定射频芯片的唤醒方波个数。

优选地，优化晶振起振时间过程中：所选用的负载电容为8.5pF，外接电容为10pF。

优选地，唤醒方波频率设置过程包括：将上位机与车载单元中的中央处理单元通信连接，中央处理单元与射频芯片通信连接，通过中央处理单元，上位机将唤醒方波频率写入射频芯片内置的寄存器。

优选地，唤醒方波频率设置过程包括：微带天线接收空间微波唤醒信号，并输入到唤醒支路中的输入整形电路进行信号检波，经过信号检波后的空间微波唤醒信号再输入到频率选择芯片，频率选择芯片进行唤醒方波频率的选择，并输入到射频芯片内。

优选地，唤醒方波个数设置过程包括：将上位机与车载单元中的中央处理单元通信连接，中央处理单元与射频芯片通信连接，通过中央处理单元，上位机将唤醒方波个数写入射频芯片内置的寄存器。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种提高唤醒性能的车载单元，车载单元包括射频芯片和与其相连的外围电路，射频芯片的唤醒方波频率为12kHZ～20kHZ，唤醒方波个数为3～8个，外围电路包括负载电容、外接电容和连接在负载电容和外接电容之间的晶振，负载电容为2～17PF，外接电容为6～22PF。

优选地,车载单元连接汽车电源，由汽车电源供电，并集成安装于后视镜或仪表盘中。

优选地，射频芯片为东芝TC32168FTG。

本发明的有益效果是：

1.配置射频芯片的唤醒方波频率为12kHZ～20kHZ、射频芯片的唤醒方波个数为3～8个并优化晶振起振时间，三者相结合，从根本上去除了“唤醒时间”，提高车载单元的唤醒性能，对RSU与OBU的交互时间改善明显，对于提高ETC车道的通行速度与通车成功率意义深远；

2.将射频芯片的唤醒方波频率设置为12kHZ～20kHZ、唤醒方波个数设置为3～8个，从而利用射频芯片自身特点提高OBU的抗干扰能力，抗干扰方案灵活性强且效果明显，调试比较简单、方便，同时，而对于OBU，大大降低了由于误唤醒导致的OBU耗电量大问题。

附图说明

图1为本发明实施例一中OBU的BST帧的组成示意图；

图2为本发明实施例一中OBU唤醒过程示意图；

图3为本发明实施例一中OBU内射频芯片晶振原理示意图；

图4是本发明实施例二中OBU零唤醒流程示意图。

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。

实施例一：

OBU的唤醒过程中，唤醒方波的频率影响OBU的唤醒性能，唤醒方波的个数影响OBU的唤醒灵敏度及抗误唤醒能力，晶振起振时间是由晶体振荡器本身性质决定的，主要由负载电容、阻抗和静态的外接电容决定，同时，射频芯片内部的起振电路也对晶振起振时间影响较大，通过采用特定频率容限和负载电容的晶体，以及在绘制印刷电路板的时候，充分考虑印制电路板上的杂散电容的影响。理论上，负载电容越小，晶振起振时间越快，但此时频率容限受杂散电容的影响也越大，易造成晶振不能稳定工作，故选择负载电容时，要综合考虑起振时间和晶振工作稳定性两个因素。现有技术中，后装式车载单元的晶振起振时间都较长，这非常不利于实现车载单元唤醒性能的提高，更不用提实现零唤醒。因而，本发明将特定晶振起振时间与特定唤醒方波的频率和特定唤醒方波的个数相配合，来提高OBU的唤醒性能，进而实现零唤醒功能。

本实施例根据目前后装式OBU唤醒时间较长，抗干扰能力较差的情况，并配合前装式OBU具有的可靠电源系统及射频芯片（包括其外围晶振电路）提出了一种OBU的零唤醒配置方法。通过设定射频芯片唤醒方波的频率和个数，并优化晶振的起振时间，在稳定、可靠、有效抗干扰的前提下，实现唤醒时间为“0”，从而有效解决误唤醒问题，提供OBU的抗干扰能力，并且优化了RSU与OBU的交互时间，提高了ETC车道的通车速度和交易成功率。

需要说明的是，本实施例中是以前装式OBU的零唤醒为例进行说明，因为通过使用车载供电系统，并配合软件逻辑和优化硬件设计来实现抗误唤醒功能和高速通车效果的前装OBU，不仅在大幅度延长OBU使用寿命，增强抗误唤醒能力，而且在减少交互时间，提高通车速度及交易成功率都有着优于后装式OBU的作用。当然，实际使用中，采用本实施例中的方法进行OBU的零唤醒时，OBU包括但不限于前装OBU，如也可以使用在后装式OBU中。

以下，通过三个过程对OBU进行如下配置。

（一）唤醒方波频率设置过程

OBU中，由于射频芯片内置了十分充裕的寄存器，因此，根据ETC的通讯特点，设定OBU中射频芯片的唤醒方波频率为12kHZ～20kHZ，使射频芯片输出唤醒中断到中央处理单元，使OBU工作起来。唤醒方波频率设置可以优选通过配置射频芯片内置的寄存器（射频芯片内置寄存器：RF IC）或通过频率选择芯片设定。

当通过软件配置射频芯片内置的寄存器时，将上位机与OBU中的中央处理单元通信连接，中央处理单元与射频芯片通信连接，通过中央处理单元，上位机将唤醒方波频率写入射频芯片内置的寄存器；配置射频芯片内置的寄存器采用现有技术中软件程序即可实现。其中，上位机与中央处理单元通过串口通信连接，借由中央处理单元，上位机利用现有技术中的软件程序及携带的唤醒方波频率参数通过SPI（Serial Peripheral Interface--串行外设接口）总线与射频芯片进行数据传输，实现将唤醒方波频率写进射频芯片内置的寄存器内部的目的，当射频芯片处于休眠状态时，也可保留这些预置信息，通过这种方式，可以实现射频芯片唤醒信号频率的设置。

当通过频率选择芯片设定射频芯片的唤醒方波频率时，在唤醒支路增加频率选择芯片，微带天线接收空间微波唤醒信号，并输入到唤醒支路中的输入整形电路进行信号检波，经过信号检波后的空间微波唤醒信号再输入到频率选择芯片，频率选择芯片进行唤醒方波频率的选择，并输入到射频芯片内。其中，有一些频率选择芯片可以实现特定频率（段）的输出，比如AS3933，即微带天线将空间微波信号接收进来后输入到输入整形电路后，进行信号检波，信号检波后输入到频率选择芯片AS3933，AS3933进行特定的频率选择并输入到射频芯片中，AS3933的这个特定频率（段）需配合现有软件配置到射频芯片内部的唤醒信号频率（段）。

（二）唤醒方波个数设置过程

OBU中，设定OBU中射频芯片的唤醒方波个数为3～8个，在其中一具体实施例中，唤醒方波个数优选为4～6个，唤醒方波个数设置可以优选通过配置射频芯片内置的寄存器设定。当通过配置射频芯片内置的寄存器设定时，将上位机与车载单元中的中央处理单元通信连接，中央处理单元与射频芯片通信连接，通过中央处理单元，上位机将唤醒方波个数写入射频芯片内置的寄存器；配置射频芯片内置的寄存器采用现有技术中软件程序即可实现。

本实施例中，以16个14K唤醒信号的持续时间1.14ms为例进行介绍。此时，RSU用于唤醒OBU的BST帧由15～17个（一般为16个）周期为14kHZ的方波和数据帧构成，请参考图1。因此，OBU应在14kHZ唤醒信号持续时间内，即1.07ms～1.21ms内，进入到接收模式，才能保证接收到完整的数据帧，从而实现零唤醒。

RSU开始发送BST帧后，OBU中的射频芯片和中央处理单元（MCU）需做一定的准备动作，才能进入接收模式，如图2所示。分析图2可知，通过调整OBU的射频芯片唤醒方波的个数，可控制射频芯片给出唤醒信号中断的时刻。若唤醒信号中断能在600us内给出，即可完成零唤醒。不同唤醒方波个数下，射频芯片给出唤醒信号中断的时刻如下表1，表1给出了唤醒方波个数与唤醒中断时刻对应关系。由于通常情况下，射频芯片可设置的唤醒方波个数至少为3个，因此表1中给出3～14个唤醒方波对应的唤醒中断时刻，具体参见下表1。

表1 唤醒方波个数与唤醒中断时刻对应关系

从表1中可以看出，若射频芯片的唤醒方波个数设置在3～8个，则唤醒信号均可在600us内给出，即可做到零唤醒。

另外，3～8个唤醒方波的可调性，不仅可以实现零唤醒，也对提高OBU的抗干扰能力有着一定意义。在复杂的电磁唤醒下，唤醒方波的个数越少，OBU就越容易被唤醒，这会导致OBU耗电量增加，影响到OBU的性能。因此，将唤醒方波调整在一个合理的范围内，则可在一定程度上提高OBU的可靠性和稳定性。同时，使用稳定车载供电电源系统的前装OBU，在很大程度上延迟OBU使用寿命，又由于其电源系统相对后装式OBU更稳定高效，故其在提高稳定的射频性能方面也起到了十分有益的效果。

（三）优化晶振起振时间过程

车载单元中，射频芯片的外围电路选用2～17PF的负载电容及6～22PF的外接电容与晶振配合。在其中一优选实施例中，外接电容为6pF～10pF，更优选地，负载电容为8.5pF，外接电容为10pF。

通过调整和优化射频芯片晶振的起振时间，对OBU做到零唤醒也至关重要，OBU射频芯片晶振部分原理图如图3所示。

通过选用起振时间较短的晶振，并配合调整负载电容和外接电容的大小，可做到优化晶振起振时间的目的。晶振由一个放大器和反馈网络组成，反馈网络起到频率选择的作用。为了达到晶振稳定振荡，晶振振荡器（简称晶振）从启动到晶振频率幅度稳定是需要较长的时间，而且振荡频率的稳定度主要取决于负载电容的稳定性，这个从启动到晶体振荡器稳定的时间受外接电容的影响较大，但由于不同板材及晶振摆放位置、地平面的设计不同，其晶振端的杂散电容也不相同，当杂散电容为5pF时，若负载电容取值越小，晶体振荡器从启动到稳定震荡的时间越短，同时也越易受到杂散电容的影响，故为了综合考虑晶体起振时间及稳定性的要求，负载电容应优选设置为8.5pF左右，外接电容优选设置为10pF左右。在选用起振时间较短的晶振时，还需配合调整负载电容和外接电容的大小，这里调整负载电容和外接电容可以先从选用容值较小的负载电容，然后配合调节外接电容10pF来实现晶振的快速起振，利用示波器测量本实施例中的晶振的起振时间（指负载电容为8.5pF，外接电容为10pF时），约为378us。

另外，本实施例中，唤醒方波频率设置过程、唤醒方波个数设置过程及优化晶振起振时间过程三者不存在任何时序关系，实际中，三者中的任何一者都可首先设置。

本实施例中OBU的零唤醒配置方法具有如下有益效果：

1.配置车载单元中射频芯片的唤醒方波频率、射频芯片的唤醒方波个数并通过调整负载电容和外接电容的大小，以优化晶振起振时间，三者相结合，提供车载单元的唤醒性能，甚至还可以从根本上去除车载单元的“唤醒时间”，对RSU与OBU的交互时间改善明显，对于提高ETC车道的通行速度与通车成功率意义深远。

2.将射频芯片的唤醒方波频率设置为12kHZ～20kHZ、唤醒方波个数设置为3～8个，从而利用射频芯片自身特点提高OBU的抗干扰能力，抗干扰方案灵活性强且效果明显，调试比较简单、方便，同时，对于前装OBU，大大降低了由于误唤醒导致的OBU耗电量大问题。

实施例二：

本实施例提供一种提高唤醒性能的OBU，OBU包括射频芯片和与其相连的外围电路，射频芯片的唤醒方波频率为12kHZ～20kHZ，唤醒方波个数为3～8个，外围电路包括负载电容、外接电容和连接在负载电容和外接电容之间的晶振，负载电容为2～17PF，外接电容为6～22PF。其中，如图3所述，负载电容、外接电容和连接在负载电容和外接电容之间的晶振三者之间具体的连接关系和现有技术相同，这里不再赘述。

一优选具体实施例中，车载单元还连接汽车电源，由汽车电源供电，并集成安装于后视镜或仪表盘中。射频芯片优选采用东芝TC32168FTG。

RSU对OBU唤醒时，OBU具体可以采用实施例一所述的提高车载单元唤醒性能的方法实现零唤醒，OBU的唤醒具体实现过程参见图4，以唤醒方波频率为14KHZ的唤醒信号为例说明。RSU向前装OBU发送14kHZ的唤醒方波时，车载单元先初始化MCU，接着MCU设置RF IC端口并首次配置RF IC寄存器，对RF IC寄存器进行初始化，这里，通过设置RF IC的CE端口，可使OBU从休眠模式进入唤醒模式，之后，启动RF IC的接收功能，RF IC处理ETC逻辑，进行再次配置RF IC寄存器，OBU进入休眠模式，再次配置RF IC寄存器，可设置OBU的唤醒模式，并使OBU进入休眠模式，唤醒方波频率及个数的设置即在此次配置RF IC寄存器中写入射频芯片。这里，所谓的ETC逻辑是指OBU、RSU及卡片之间的信息交互，完成ETC功能。

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。

Claims (10)

1.一种提高车载单元唤醒性能的方法，其特征在于，对所述车载单元进行如下配置：

唤醒方波频率设置过程：设定车载单元中射频芯片的唤醒方波频率，所述唤醒方波频率为12kHZ～20kHZ；

唤醒方波个数设置过程：设定车载单元中射频芯片的唤醒方波个数，所述唤醒方波个数为3～8个；

优化晶振起振时间过程：射频芯片的外围电路选用2～17PF的负载电容、6～22PF的外接电容与晶振配合。

2.如权利要求1所述的提高车载单元唤醒性能的方法，其特征在于：

所述唤醒方波个数设置过程中：唤醒方波个数为4～6个；

所述优化晶振起振时间过程中：外接电容为6pF～10pF。

3.如权利要求1或2所述的提高车载单元唤醒性能的方法，其特征在于：

所述唤醒方波频率设置过程中：通过配置射频芯片内置的寄存器或通过频率选择芯片设定射频芯片的唤醒方波频率；

所述唤醒方波个数设置过程中：通过配置射频芯片内置的寄存器设定射频芯片的唤醒方波个数。

4.如权利要求2所述的提高车载单元唤醒性能的方法，其特征在于，所述优化晶振起振时间过程中：所选用的负载电容为8.5pF，外接电容为10pF。

5.如权利要求3所述的提高车载单元唤醒性能的方法，其特征在于，所述唤醒方波频率设置过程包括：将上位机与车载单元中的中央处理单元通信连接，中央处理单元与射频芯片通信连接，通过中央处理单元，上位机将唤醒方波频率写入射频芯片内置的寄存器。

6.如权利要求3所述的提高车载单元唤醒性能的方法，其特征在于，所述唤醒方波频率设置过程包括：微带天线接收空间微波唤醒信号，并输入到唤醒支路中的输入整形电路进行信号检波，经过信号检波后的空间微波唤醒信号再输入到频率选择芯片，频率选择芯片进行唤醒方波频率的选择，并输入到射频芯片内。

7.如权利要求3所述的提高车载单元唤醒性能的方法，其特征在于，所述唤醒方波个数设置过程包括：将上位机与车载单元中的中央处理单元通信连接，中央处理单元与射频芯片通信连接，通过中央处理单元，上位机将唤醒方波个数写入射频芯片内置的寄存器。

8.一种提高唤醒性能的车载单元，其特征在于，所述车载单元包括射频芯片和与其相连的外围电路，所述射频芯片的唤醒方波频率为12kHZ～20kHZ，唤醒方波个数为3～8个，所述外围电路包括负载电容、外接电容和连接在所述负载电容和外接电容之间的晶振，所述负载电容为2～17PF，所述外接电容为6～22PF。

9.如权利要求8所述的车载单元，其特征在于，所述车载单元连接汽车电源，由汽车电源供电，并集成安装于后视镜或仪表盘中。

10.如权利要求8或9所述的车载单元，其特征在于，所述射频芯片为东芝TC32168FTG。