CN107016743A - 集成车载装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集成车载装置，包括：MCU、短距离通信模块、读卡模块、GPS模块、GPRS模块和供电模块。通过MCU、短距离通信模块和读卡模块完成ETC交易，通过GPS模块获取车辆位置信息，通过GPRS模块将车辆位置信息和ETC交易记录发送给管理中心。采用上述装置，不仅可以对车辆进行实时的监控和管理，而且减少了车辆内部车载设备的数量，降低了车载设备成本，同时减少了车内占用空间，使得车辆内部更整洁。

Description

集成车载装置

技术领域

本发明涉及道路收费技术领域，尤其涉及一种集成车载装置。

背景技术

车辆监控系统是为了加强车辆的可视性运行管理而建立的集成系统。车辆监控系统采用全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)技术、地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)技术、移动通信技术以及计算机处理技术等构建而成，通过管理中心和车载终端来实现车辆的监控调度管理。车辆监控调度系统的建设，使得对车辆的管理更加科学、合理，在提高管理水平的同时，也减少了很多不必要的开支，为越来越多的集体单位所使用。

车辆监控系统的车载终端主要包括：ETC车载单元、车载GPS单元和通用分组无线服务(General Packet Radio Service，简称GPRS)单元，ETC车载单元用于与路侧单元(Road Side Unit，简称RSU)之间通信完成车辆不停车收费，车载GPS单元用于接收、发送卫星定位信息，对车辆进行定位，GPRS单元用于车辆与管理中心之间进行通信。现有的车辆监控系统中，上述各车载终端独立安装在车辆内部的不同位置，不仅增加了车载设备成本，还增加了车内占用空间，而且使得车辆内部总线增加，造成车内布线不便，影响车内整洁度。

发明内容

本发明提供一种集成车载装置，以降低车载设备成本，减少车内占用空间。

本发明提供一种集成车载装置，包括：

微控制单元MCU、短距离通信模块、读卡模块、全球定位系统GPS模块、通用分组无线服务GPRS模块和供电模块，所述短距离通信模块、所述读卡模块、所述GPS模块、所述GPRS模块和所述供电模块均与所述MCU连接；

所述供电模块，用于为所述短距离通信模块、所述读卡模块、所述GPS模块、所述GPRS模块和所述MCU供电；

所述读卡模块，用于读取不停车收费ETC智能卡的信息；

所述GPS模块，用于获取车辆位置信息；

所述MCU，用于当车辆进入入口收费站时，生成进站请求消息，所述进站请求消息包括所述ETC智能卡的信息、用户信息和车辆信息；

所述短距离通信模块，用于向入口路侧单元RSU发送所述进站请求消息，并接收所述入口RSU根据所述进站请求消息发送的进站响应消息，所述进站响应消息中包括进站信息；

所述MCU，还用于当车辆进入出口收费站时，生成出站请求消息，所述出站请求消息包括所述ETC智能卡的信息、用户信息、车辆信息和所述进站信息；

所述短距离通信模块，还用于向出口RSU发送出站请求消息，并接收所述出口RSU根据所述出站请求消息发送的出站响应消息，所述出站响应消息中包括交易记录和出站信息；

所述GPRS模块，用于将所述车辆位置信息、进站响应消息和出站响应消息发送给管理中心。

可选的，所述GPRS模块，还用于接收所述管理中心发送的所述MCU的软件升级数据。

可选的，上述装置还可以包括：

安全控制模块，用于根据预设的认证算法与所述入口RSU和所述出口RSU进行互相认证。

可选的，所述读卡模块还用于监测所述ETC智能卡的状态信息，将所述状态信息发送给MCU；

所述MCU，还用于将所述ETC智能卡的状态信息发送给所述GPRS模块；

所述GPRS模块，还用于将所述ETC智能卡的状态信息发送给所述管理中心。

可选的，上述装置还可以包括：

显示模块，用于显示以下信息中的至少一个：所述ETC智能卡的信息、所述ETC智能卡的状态信息、所述MCU的软件的版本信息、所述车辆的位置信息、所述用户信息、所述车辆信息和集成车载装置的状态信息。

可选的，所述MCU，还用于从车载诊断系统OBD获取车辆监控信息；

所述GPRS模块，还用于将所述车辆监控信息发送给所述管理中心。

可选的，所述读卡模块包括接触读卡单元和/或非接触读卡单元。

可选的，所述短距离通信模块为5.8G微波通信模块。

可选的，所述进站信息包括进站时间、进站地点和进站车道；

所述出站信息包括出站时间、出站地点和出站车道；

所述交易记录包括缴费时间、缴费地点和实缴费用。

可选的，所述ETC智能卡信息包括卡号和余额；

所述用户信息包括用户姓名、证件类型和证件号码；

所述车辆信息包括车牌号、车型、发动机号码和车身颜色。

可选的，所述GPS模块包括：天线单元和定位单元；

所述天线单元，用于接收卫星导航系统的卫星发送的定位数据，并将所述定位数据发送至所述定位单元；

所述定位单元，用于解码所述定位数据获取所述车辆位置信息，并将所述车辆位置信息发送给所述MCU。

本发明提供的集成车载装置，包括微控制单元MCU、短距离通信模块、读卡模块、GPS模块、GPRS模块和供电模块，通过MCU、短距离通信模块和读卡模块完成ETC交易，通过GPS模块获取车辆位置信息，通过GPRS模块将车辆位置信息和ETC交易记录发送给管理中心。该集成车载装置，不仅可以对车辆进行实时的监控和管理，而且减少了车辆内部车载设备的数量，降低了车载设备成本，同时减少了车内占用空间，使得车辆内部更整洁。

附图说明

图1为本发明提供的集成车载装置的一种结构示意图；

图2为本发明提供的集成车载装置的另一种结构示意图。

附图标记说明：

1：MCU； 2：短距离通信模块； 3：读卡模块；

4：GPS模块； 41：天线单元； 42：定位单元；

5：GPRS模块； 6：供电模块； 7：安全控制模块；

8：显示模块。

具体实施方式

图1为本发明提供的集成车载装置的一种结构示意图，如图1所示，本实施例的装置可以包括：MCU1、短距离通信模块2、读卡模块3、GPS模块4、GPRS模块5和供电模块6，短距离通信模块2、读卡模块3、GPS模块4、GPRS模块5和供电模块6均与MCU1连接。

其中，供电模块6，用于为短距离通信模块2、读卡模块3、GPS模块4、GPRS模块5和MCU1供电。

读卡模块3，用于读取ETC智能卡的信息。

GPS模块4，用于获取车辆位置信息。

MCU1，用于当车辆进入入口收费站时，生成进站请求消息，进站请求消息包括ETC智能卡的信息、用户信息和车辆信息。

短距离通信模块2，用于向入口路侧单元RSU发送进站请求消息，并接收入口RSU根据进站请求消息发送的进站响应消息，进站响应消息中包括进站信息。

MCU1，还用于当车辆进入出口收费站时，生成出站请求消息，出站请求消息包括ETC智能卡的信息、用户信息、车辆信息和进站信息。

短距离通信模块2，还用于向出口RSU发送出站请求消息，并接收出口RSU根据出站请求消息发送的出站响应消息，出站响应消息中包括交易记录和出站信息。

GPRS模块5，用于将车辆的位置信息、进站响应消息和出站响应消息发送给管理中心。

具体的，供电模块6包括电池、输入端、输出端和分压电阻。供电模块6的输入端连接汽车车载诊断系统(On-Board Diagnostic，简称OBD)的输出端。当OBD的输出端不输出电压时，供电模块6采用自身的电池为短距离通信模块2、读卡模块3、GPS模块4、GPRS模块5和MCU1供电。当OBD的输出端输出电压时，供电模块6采用OBD的输出电压供电，同时，OBD的输出电压开始对供电模块6的电池进行充电。供电模块6的输出端分别连接MCU1、短距离通信模块2、读卡模块3、GPS模块4和GPRS模块5的输入端以对其进行供电。分压电阻用于将OBD输入的电压进行分压，以满足MCU1、短距离通信模块2、读卡模块3、GPS模块4和GPRS模块5各自的工作电压。

本实施例的集成车载装置可以完成ETC交易。具体的，当安装有本实施例的集成车载装置的车辆预驶入收费型高速公路时，在车辆进入入口RSU覆盖的通信区域后，集成车载装置的短距离通信模块2接收到入口RSU发送的微波信号，表明车辆已进入入口收费站，MCU1根据ETC智能卡信息、用户信息和车辆信息生成进站请求消息，并将进站请求消息发送给短距离通信模块2，短距离通信模块2将进站请求消息发送给入口RSU。其中，ETC智能卡信息由读卡模块3实时读取，用户信息和车辆信息在安装集成车载装置时预先存储到MCU1中。ETC智能卡信息包括卡号和余额。用户信息包括用户姓名、证件类型和证件号码。车辆信息包括车牌号、车型、发送机号码和车身颜色等信息。

入口RSU根据进站请求消息生成进站信息，该进站信息包括进站时间、进站地点和进站车道等信息。入口RSU将该进站信息携带在进站响应消息中发送给集成车载装置，同时入口RSU控制入口收费站的道闸升起，以允许车辆驶入高速公路。

集成车载装置的短距离通信模块2接收进站响应消息，将进站响应消息发送给MCU1，MCU1将进站响应消息发送给GPRS模块5。

当该车辆预驶离该高速公路时，在车辆进入出口RSU覆盖的通信区域后，短距离通信模块2接收到出口RSU发送的微波信号，表明车辆已进入出口收费站，MCU1根据ETC智能卡信息、用户信息、车辆信息和进站信息生成出站请求消息，并将出站请求消息发送给短距离通信模块2，短距离通信模块2将出站请求消息发送给出口RSU。

出口RSU根据出站请求消息中包括的ETC智能卡的信息、用户信息、车辆信息和进站信息，计算应缴费用，从ETC智能卡对应的账户中扣除相应的费用。当账户余额大于或等于应缴费用时，实缴费用等于应缴费用，ETC交易成功，否则，实缴费用等于零，ETC交易失败，此时车辆驾驶员可以选择传统的人工缴费方式进行交易。ETC交易或人工交易完成后，出口RSU生成出站信息，该出站信息包括出站时间、出站地点和出站车道等信息，并将交易记录和出站信息携带在出站响应消息中发送给集成车载装置，该交易记录包括缴费时间、缴费地点、实缴费用等信息，同时出口RSU控制出口收费站的道闸升起，允许车辆驶离高速公路。

集成车载装置的短距离通信模块2接收出站响应消息，将出站响应消息发送给MCU1。MCU1将出站响应消息发送给GPRS模块5，同时将出站响应消息中包括的交易记录的实缴费用发送给读卡模块3。读卡模块3根据实缴费用更新ETC智能卡的余额。

可选的，读卡模块3还可以用于监测ETC智能卡的状态信息，将该状态信息发送给MCU1。MCU1还用于将接收到的ETC智能卡的状态信息发送给GPRS模块5。GPRS模块5还用于将接收到的ETC智能卡的状态信息发送给管理中心。具体的，当ETC智能卡被拔出时，读卡模块3向MCU1发送ETC智能卡已被拔出的消息，MCU1将该消息发送给GPRS模块5，GPRS模块5再将该消息发送给管理中心，从而使得管理中心可以远程监控车辆的ETC智能卡状态信息。

可选的，读卡模块3可以包括接触读卡单元和/或非接触读卡单元。接触读卡单元对应的ETC智能卡为接触式ETC智能卡，接触读卡单元必须与接触式ETC智能卡的芯片接触才能读写数据。非接触读卡单元对应的ETC智能卡为非接触式ETC智能卡，非接触读卡单元可以通过非接触式ETC智能卡的芯片的无线电波与非接触式ETC智能卡芯片在非接触状态下读写数据。可见，与接触式ETC智能卡相比，非接触读卡单元更为便捷。同时，非接触式ETC智能卡保密性更好，安全性能更高，储存量更大，传递速度更快，因此，非接触式ETC智能卡越来越普遍，相应的，读卡模块3也越来越多的采用非接触卡单元。

可选的，短距离通信模块2可以为5.8G微波通信模块。

可选的，MCU1还用于从OBD获取车辆监控信息。当MCU1从OBD获取到车辆监控信息时，GPRS模块5还用于将车辆监控信息发送给管理中心。其中，车辆监控信息包括车辆发送机的运行信息和尾气后处理系统的工作状态等信息。管理中心根据车辆监控信息可以远程监控车辆，当管理中心根据车辆监控信息确定车辆出现故障时，若该故障车辆仍处于行驶状态，管理中心的工作人员可以向车辆驾驶员打电话提醒其停止行驶，从而避免驾驶员在车辆出现故障的状况下继续驾驶车辆，对车辆驾驶员的安全构成威胁。

可选的，GPS模块4包括：天线单元41和定位单元42。天线单元41用于接收卫星导航系统的卫星发送的定位数据，并将定位数据发送至定位单元42。定位单元42，用于解码定位数据获取车辆位置信息，并将车辆位置信息发送给MCU1。可选的，卫星导航系统可以为GPS和/或北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)。优选的，天线单元42设置为内置天线单元。与外置天线单元相比，内置天线单元具有不易被损坏、占用体积小的优势。

GPRS模块5用于和管理中心进行数据交互，以便管理中心对车辆的ETC交易进行远程监控，以及对车辆的运行情况进行远程监控。可选的，GPRS模块5还用于接收管理中心发送的MCU1的软件升级数据。当MCU1的软件需要升级时，管理中心向集成车载装置发送软件升级数据，集成车载装置的GPRS模块5接收到软件升级数据后，将该软件升级数据发送给MCU1，MCU1根据软件升级数据对原来的软件进行升级。从而使得管理中心可以远程对MCU1的软件进行升级，车辆驾驶员无需再将车辆驾驶到管理中心进行软件升级，提高了MCU1的软件升级速度，节约了维护成本。

需要说明的是，本实施例的集成车载装置，不仅可以在车辆启动过程中工作，还可以在车辆未启动时工作。当车辆未启动时，MCU1、短距离通信模块2、读卡模块3、GPS模块4和GPRS模块5处于待机状态。当管理中心需要获取车辆位置信息时，向GPRS模块5发送请求获取位置消息，GPRS模块5、MCU1和GPS模块4先后被启动，GPS模块4获取车辆位置信息，将获取到的车辆位置信息通过MCU1发送给GPRS模块5，GPRS模块5将接收到的车辆位置信息发送给管理中心。当GPRS模块5持续一段时间未接收到管理中心发送的消息时，GPS模块4、GPRS模块5和MCU1先后恢复待机状态。可选的，该持续时间可以为30s(秒)。

当车辆启动后，MCU1、GPS模块4和GPRS模块5先进入工作状态，GPS模块4实时获取车辆位置信息，将获取到的车辆位置信息发送给MCU1，MCU1再将车辆位置信息发送给GPRS模块5。GPRS模块5可以将车辆位置信息实时发送给管理中心，也可以周期性将车辆位置信息发送给管理中心，还可以在接收到管理中心发送的请求获取位置消息时将车辆位置信息发送给管理中心。此时，短距离通信模块2和读卡模块3仍处于待机状态，当车辆行驶至高速公路入口收费站的入口RSU所覆盖的通信区域内时，短距离通信模块2和读卡模块3被启动，短距离通信模块2与入口RSU进行通信，通过GPRS模块5将进站响应消息发送给管理中心。当车辆驶出入口RSU所覆盖的通信区域内后，短距离通信模块2和读卡模块3恢复待机状态。当车辆行驶至高速公路出口收费站的出口RSU所覆盖的通信区域内时，短距离通信模块2和读卡模块3再次被启动，短距离通信模块2与出口RSU进行通信，通过GPRS模块5将出站响应消息发送给管理中心。

本实施例中，管理中心可以对安装有集成车载装置的所有车辆进行定位、追踪、轨迹查看、监视即维护等操作，并且可以查看车辆行驶的历史交易记录，以便车辆管理人员掌控所有车辆的实时信息，提升车辆使用效率。

本实施例提供的集成车载装置，包括微控制单元MCU、短距离通信模块、读卡模块、GPS模块、GPRS模块和供电模块，通过MCU、短距离通信模块和读卡模块完成ETC交易，通过GPS模块获取车辆位置信息，通过GPRS模块将车辆位置信息和ETC交易记录发送给管理中心。该集成车载装置，不仅可以对车辆进行实时的监控和管理，而且减少了车辆内部车载设备的数量，降低了车载设备成本，同时减少了车内占用空间，使得车辆内部更整洁。

图2为本发明提供的集成车载装置的另一种结构示意图，如图2所示，在图1所示装置的基础上，集成车载装置还可以包括：

安全控制模块7，用于根据预设的认证算法与入口RSU和出口RSU进行互相认证。即集成车载装置验证入口RSU和出口RSU是否为合法RSU，同时，入口RSU和出口RSU也会验证集成车载装置是否为合法装置，当集成车载装置与入口RSU和出口RSU互相认证通过后，二者可以进行短距离通信，从而能够保证ETC交易的安全性。

显示模块8，用于显示以下信息中的至少一个：ETC智能卡的信息、ETC智能卡的状态信息、MCU1的软件的版本信息、车辆的位置信息、用户信息、车辆信息和集成车载装置的状态信息。

可选的，集成车载装置上分别为ETC智能卡的信息、ETC智能卡的状态信息、MCU1的软件的版本信息、车辆的位置信息、用户信息和车辆信息设置一个显示按钮，该显示按钮可以为物理按钮，还可以为虚拟按钮。当驾驶员需要查看上述某一个信息时，按下该信息对应的按钮，MCU1将按下的按钮对应的信息发送给显示模块8。显示模块8由待机状态转为启动状态，持续显示该信息一段时间后结束显示，重新进入待机状态。可选的，该持续时间可以为30s。例如，车辆驾驶员需要查看ETC智能卡的余额时，按下ETC智能卡的信息的按钮，显示模块8显示ETC智能卡的卡号和余额，当驾驶员发现卡内余额较少时，可以及时对其充值，避免余额不足影响ETC交易。通过显示模块8，车辆驾驶员可以方便的ETC智能卡的信息、ETC智能卡的状态信息、MCU1的软件的版本信息、车辆的位置信息、用户信息和车辆信息。此外，当ETC智能卡的信息、ETC智能卡的状态信息或MCU1的软件的版本信息发生改变时，无需驾驶员按下任何按钮，MCU1主动向显示模块8发送改变后的信息，显示模块8显示改变后的信息，以便驾驶员立即查看发生改变的信息。例如，当ETC交易完成时，ETC智能卡的余额发生了改变，MCU1主动将ETC智能卡的卡号和交易完成后的余额信息发送给显示模块8，驾驶员通过显示模块8显示的卡号和余额查看当前的余额。

一般的，集成车载装置安装在前挡风玻璃内侧，集成车载装置上靠近玻璃的一侧设置有一个微动开关，MCU1可以根据微动开关的开启或关闭检测集成车载装置的状态信息。集成车载装置的状态信息包括安装与拆离。当集成车载装置安装在前挡风玻璃上时，微动开关被开启，集成车载装置处于安装状态，MCU1将集成车载装置已成功安装的信息发送给显示模块8，显示模块8被启动，显示接收到的信息，持续显示一段时间后结束显示，显示模块8进入待机状态。可选的，该持续时间可以为30s。当集成车载装置从前挡风玻璃卸下后，微动开关自动关闭，集成车载装置处于拆离状态，MCU1将集成车载装置已拆离的信息发送给显示模块8，显示模块8由待机状态转为启动状态，持续显示接收到的已拆离信息，直到集成车载装置被重新安装或供电模块6不再对其供电时结束显示。

MCU1将集成车载装置的状态信息发送给显示模块8的同时，也将其发送给GPRS模块5，GPRS模块5将接收到的集成车载装置的状态信息发送给管理中心，从而使得管理中心可以远程监控车辆的集成车载装置的状态信息。

可选的，显示模块8可以采用发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)显示屏或液晶显示屏(Liquid Crystal Display，简称LCD)，或其他类型的显示屏，本实施例不做具体限定。

本实施例提供的装置，与图1所示装置的实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种集成车载装置，其特征在于，包括：

微控制单元MCU、短距离通信模块、读卡模块、全球定位系统GPS模块、通用分组无线服务GPRS模块和供电模块，所述短距离通信模块、所述读卡模块、所述GPS模块、所述GPRS模块和所述供电模块均与所述MCU连接；

所述供电模块，用于为所述短距离通信模块、所述读卡模块、所述GPS模块、所述GPRS模块和所述MCU供电；

所述读卡模块，用于读取不停车收费ETC智能卡的信息；

所述GPS模块，用于获取车辆位置信息；

所述MCU，用于当车辆进入入口收费站时，生成进站请求消息，所述进站请求消息包括所述ETC智能卡的信息、用户信息和车辆信息；

所述短距离通信模块，用于向入口路侧单元RSU发送所述进站请求消息，并接收所述入口RSU根据所述进站请求消息发送的进站响应消息，所述进站响应消息中包括进站信息；

所述MCU，还用于当车辆进入出口收费站时，生成出站请求消息，所述出站请求消息包括所述ETC智能卡的信息、用户信息、车辆信息和所述进站信息；

所述短距离通信模块，还用于向出口RSU发送出站请求消息，并接收所述出口RSU根据所述出站请求消息发送的出站响应消息，所述出站响应消息中包括交易记录和出站信息；

所述GPRS模块，用于将所述车辆位置信息、进站响应消息和出站响应消息发送给管理中心。

2.根据权利要求1所述的集成车载装置，其特征在于，所述GPRS模块，还用于接收所述管理中心发送的所述MCU的软件升级数据。

3.根据权利要求1所述的集成车载装置，其特征在于，还包括：

安全控制模块，用于根据预设的认证算法与所述入口RSU和所述出口RSU进行互相认证。

4.根据权利要求1-3任一项所述的集成车载装置，其特征在于，所述读卡模块还用于监测所述ETC智能卡的状态信息，将所述状态信息发送给MCU；

所述MCU，还用于将所述ETC智能卡的状态信息发送给所述GPRS模块；

所述GPRS模块，还用于将所述ETC智能卡的状态信息发送给所述管理中心。

5.根据权利要求4所述的集成车载装置，其特征在于，还包括：

显示模块，用于显示以下信息中的至少一个：所述ETC智能卡的信息、所述ETC智能卡的状态信息、所述MCU的软件的版本信息、所述车辆的位置信息、所述用户信息、所述车辆信息和集成车载装置的状态信息。

6.根据权利要求5所述的集成车载装置，其特征在于，所述MCU，还用于从车载诊断系统OBD获取车辆监控信息；

所述GPRS模块，还用于将所述车辆监控信息发送给所述管理中心。

7.根据权利要求6所述的集成车载装置，其特征在于，所述读卡模块包括接触读卡单元和/或非接触读卡单元。

8.根据权利要求7所述的集成车载装置，其特征在于，所述短距离通信模块为5.8G微波通信模块。

9.根据权利要求1所述的集成车载装置，其特征在于，所述进站信息包括进站时间、进站地点和进站车道；

所述出站信息包括出站时间、出站地点和出站车道；

所述交易记录包括缴费时间、缴费地点和实缴费用；

所述ETC智能卡信息包括卡号和余额；

所述用户信息包括用户姓名、证件类型和证件号码；

所述车辆信息包括车牌号、车型、发动机号码和车身颜色。

10.根据权利要求7所述的集成车载装置，其特征在于，所述GPS模块包括：天线单元和定位单元；

所述天线单元，用于接收卫星导航系统的卫星发送的定位数据，并将所述定位数据发送至所述定位单元；

所述定位单元，用于解码所述定位数据获取所述车辆位置信息，并将所述车辆位置信息发送给所述MCU。