CN201955821U

CN201955821U - 应用于不停车收费系统的车载单元

Info

Publication number: CN201955821U
Application number: CN2010206850064U
Authority: CN
Inventors: 文光俊; 王忠焰; 李沈飞
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2020-12-28

Abstract

本实用新型涉及一种应用于不停车收费系统的车载单元，包括基带处理模块、微波天线模块、唤醒模块、微波收发模块和电源控制模块，其特征在于，还包括太阳能充电模块；所述太阳能充电模块分别和电源控制模块和基带处理模块连接，用于在基带处理模块的控制下向电源控制模块供电；电源控制模块分别和太阳能充电模块、唤醒模块、微波收发模块和基带处理模块连接，用于为唤醒模块、微波收发模块和基带处理模块供电。本实用新型的有益效果是：由于设置了太阳能充电模块，因此使用过程中不需要不断的更换电池和充电，使用很方便。

Description

应用于不停车收费系统的车载单元

技术领域

本实用新型涉及射频识别技术领域，特别涉及应用于不停车收费系统的射频识别技术领域。

背景技术

不停车收费系统(Electronic Toll Collection System，简称ETC系统)，又称道路电子收费系统，该系统属于专用短程通信(Dedicated Short Range Communication，DSRC)设备。不停车收费系统利用车辆自动识别技术完成收费站与车辆之间的无线数据通信并从预先与用户或汽车绑定的金融集成电路卡内的帐户扣除资费。不停车收费系统由固定安装在收费处的路侧单元(Road-Side Units，RSU)和安装在移动物体(如车辆、集装箱等)上的车载单元(On-Board Units，OBU)组成。路侧单元是一种具有微波通信功能和信息存储功能的移动设备识别装置，通常采用射频识别(RFID)读写器，车载单元是种具有微波通信功能和信息存储功能的电子设备，通常采用射频识别电子标签，路侧单元和车载单元之间采用DSRC协议的数据交换方式和微波(如5.8GHZ)无线传递手段，实现车载单元与路侧单元之间安全可靠的信息交换目的。现有的不停车收费系统的车载单元功耗大且采用电池供电，因此使用过程中需要不断的更换电池和充电，造成使用不变。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有的不停车收费系统的车载单元功耗过大且采用电池供电的不足，提出了一种应用于不停车收费系统的车载单元。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种应用于不停车收费系统的车载单元，包括基带处理模块、微波天线模块、唤醒模块、微波收发模块和电源控制模块，其特征在于，还包括太阳能充电模块；所述基带处理模块分别和唤醒模块、微波收发模块和电源控制模块连接，用以实现对上述模块的控制和通信；所述微波天线模块分别与唤醒模块和微波收发模块连接，用于接受和发射微波信号；所述唤醒模块分别与微波天线模块、基带处理模块和电源控制模块连接，用于从微波天线模块接收到微波信号后产生一个唤醒信号将基带处理模块唤醒；微波收发模块分别与微波天线模块、基带处理模块和和电源控制模块连接，用于产生和处理微波信号并将产生的微波信号送入微波天线模块和从微波天线模块接收到的微波信号送入基带处理模块；太阳能充电模块分别和电源控制模块和基带处理模块连接，用于在基带处理模块的控制下向电源控制模块供电；电源控制模块分别和太阳能充电模块、唤醒模块、微波收发模块和基带处理模块连接，用于为唤醒模块、微波收发模块和基带处理模块供电。

上述一种应用于不停车收费系统的车载单元，还包括触发开关模块，所述触发开关模块直接和基带处理模块连接用于人工开启基带处理模块。

上述一种应用于不停车收费系统的车载单元，还包括人机接口模块，所述人机接口模块分别和基带处理模块连接用于和上位机通信。

本实用新型的有益效果是：由于设置了太阳能充电模块，因此使用过程中不需要不断的更换电池和充电，使用很方便。

附图说明

图1是本发明实施例1的原理框图。

图2是本实用新型实施例2的原理框图。

图3是本实用新型基带处理模块的电路原理框图。

图4是本实用新型微波收发模块的电路原理图。

图5是本实用新型电源控制模块的电压变换原理图。

图6本实用微波收发模块中PD5000的供电系统原理图。

图7本实用新型太阳能充电模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实例对本实用新型做进一步的说明：

实施例1：如图1所示，一种应用于不停车收费系统的车载单元，包括基带处理模块、微波天线模块、唤醒模块、微波收发模块和电源控制模块，其特征在于，还包括太阳能充电模块；

所述基带处理模块分别和唤醒模块、微波收发模块和电源控制模块连接，用以实现对上述模块的控制和通信；

基带处理芯片采用TI公司的430系列单片机——MSP430F149。

基带处理模块作为车载单元的核心，执行内部程序，用于控制整个车载单元的运行，协调各模块的工作。车载单元被初始化后，基带处理模块进入睡眠模式，而唤醒模块一直处于供电状态。当车载单元进入路边设备的通信区域时，唤醒模块从微波天线模块接收微波信号，并产生一个唤醒脉冲，唤醒基带处理模块使之进入工作模式。然后，基带处理模块中的微处理器通过总线来控制微波收发模块，建立通信链路并接收、处理路边设备发来的微波信号。在各模块正常工作的情况下，MCU根据通信协议和路边设备发来的指令对自身内部储存的信息进行读、写等操作，并将操作是否成功的信息返回给路边设备。最后，路侧单元根据操作情况发出通信结束的指令，基带处理模块重新进入睡眠模式，同时微波收发模块也停止收发信号。在通信的过程中，基带处理模块通过电源控制模块控制蜂鸣器、LED灯给出车载单元通信状态的提示。

如图3所示，基带处理模块主要由MSP430F149以及其外围电路构成。其中，外围电路包括供电电路，晶振Y1、Y2，JATG接口，RESET(复位)电路，USB通讯接口和LCD显示屏。

所述微波天线模块分别与唤醒模块和微波收发模块连接，用于接受和发射微波信号；

所述唤醒模块分别与微波天线模块、基带处理模块和电源控制模块连接，用于从微波天线模块接收到微波信号后产生一个唤醒信号将基带处理模块唤醒；

唤醒模块由电容、电阻、二极管等组成，用于车载单元进入路侧单元的通信区域时产生唤醒脉冲。

微波收发模块分别与微波天线模块、基带处理模块和和电源控制模块连接，用于产生和处理微波信号并将产生的微波信号送入微波天线模块和从微波天线模块接收到的微波信号送入基带处理模块；

微波收发模块的功能是：车载单元进入路边设备的通信区域后，接收微波信号。对于符合DSRC通信协议的数据信息，对其进行解调、整形、滤波后，通过I²C总线(SDA和SCL)送往基带处理模块。同时，根据协议和指令发射射频载波，将调试于载波的数据信息返回到路边设备。

本实用新型的微波射频芯片PD5000是一款5.8GHz频段的专用射频收发芯片，内部集成了ASK解调器、电压可控振荡器、IF滤波器、锁相环，拥有片上温度传感器和补偿电路，可以做到自动频道扫描，发射功率控制且调制指数可以通过软件设置来控制，主要应用在ETC和ITS等无线通信系统中。

图4所示的是微波收发模块。由PD5000芯片内部的5.8GHz FractionalPLL电路和外部提供的16.384MHZ的温度补偿晶体振荡器U20(第34脚)来构成载波合成电路。载波合成后的信号经过驱动放大器放大后从发射端(第8脚或第10脚)输出，输出方式有两种：差分输出或者直接输出。本实用新型采用的是直接输出(第8脚)到射频开关U21，U21是一个单刀双掷开关，由基带处理模块发出的TX_EN信号通过逻辑控制芯片U22产生两个反相信号来控制其开关方向。然后经过50Ω的传输线匹配送至微波天线。同样，接收电路经过天线接收到的信号经射频开关U21到达PD5000的接收端(第4脚或第5脚)，经过芯片内部的低噪声放大器、下变频调制和带通滤波器，最后通过I2C总线(第23、24脚)和数据端口TX_DT和RX_DT(第27、28脚)到达基带处理模块。

太阳能充电模块分别和电源控制模块和基带处理模块连接，用于在基带处理模块的控制下向电源控制模块供电；

本实用新型的供电模式采用太阳能充电方式，利用太阳能充电模块内的太阳能电池板为电源控制模块内的锂电池充电。且由基带处理模块对太阳能充电模块进行管理，

太阳能充电模块利用太阳能光“电板+锂电池+MCU控制”来构成不间断的低功耗电源系统。太阳能光电板从光/伏转换成微量的电能，经由充电电路变换成直流输出并对锂进行充电。同时稳压电路输出3.3V电压供给系统使用。这样的电路非常适合于低功耗的户外设备中使用，具有环保、高效的特点。如图7所示，太阳能电池板BT2的输出经过开关电路后给锂电池BT1充电，其中开关电路由三极管Q1和Q2组成的开关控制电池板BT2是否对BT1充电。三极管Q1的基极受到基带处理模块的I/O口CHARGE_EN的控制，当需要充电时，MCU把CHARGE_EN设置为高电平，三极管Q2导通太阳能电池板BT2开始对锂电池BT1充电；充电完成时，基带处理模块将CHARGE_EN设置为低电平，三极管Q2截止，太阳能电池板BT2停止对锂电池BT1充电。同时，Q2的基极连接有防止锂电池BT1对太阳能电池板BT2反冲的肖特基二极管D40。锂电池BT1的电压通过两组分压电路进入双运放比较器U40，与稳压二极管D42提供的基准电压进行比较。由R404、R406、R408组成的分压电路用于锂电池电压高的比较，由R403、R407、R405组成的分压电路用于锂电池电压低的比较。调节电阻R407的阻值选择适当的分压比，使U40中的运放1在电压低时BATT_LOW为低电平，基带处理模块检测到BATT_LOW为低电平时置CHARGE_EN为高电平，开始充电。同理，调节电阻R408的阻值选择适当的分压比，使U40中的运放2在电压高时BATT_HIGH为低电平，基带处理模块检测到BATT_HIGH为低电平时置CHARGE_EN为低电平，停止充电。这样利用基带处理模块根据锂电池的电量对充电进行控制有利于提高锂电池的使用寿命和电路的稳定性。

另外，当太阳能电池板BT2储存的电能不够时，可以用P4接入车载电源，通过电压调节器U42(LM2576)转换为系统需要的电压来维持系统的正常运行。

电源控制模块分别和太阳能充电模块、唤醒模块、微波收发模块和基带处理模块连接，用于为唤醒模块、微波收发模块和基带处理模块供电。

本实用新型的电源控制模块可以为基带处理模块提供3.3V和5V的电源，为微波收发模块提供1.8V和3.3V的电源。且对整个车载单元的各个模块进行电源管理，使其能高效稳定的工作

本实用新型的电源控制模块为基带处理模块和微波收发模块提供稳定的工作电压。电源控制模块采用锂电池供电，供电电压为5V。如图5示电池电源BT1输出电源BATT_OUT经过低功耗LDO(U30)输出为可用的5V电压，用来给基带处理模块中的LCD显示屏供电。同时，5V电压经过三端引脚稳压器U31后，输出电压为3.3V，为基带处理模块的微处理器MSP430F149(和微波收发模块中的PD5000及其功率放大部分供电。最后，3.3V的电压经过电压调节器U32及滤波电路后，为PD5000的射频部分、PLL部分和TxBB部分提供1.8V的电压。PD5000芯片的供电系统如图6所示。

实施例2：如图2所示，在实施例1的基础上，为了扩展本实用新型的功能，还包括了：

触发开关模块，所述触发开关模块直接和基带处理模块连接用于人工开启基带处理模块。

人机接口模块，所述人机接口模块分别和基带处理模块连接用于和上位机(如PC，图中未示出)通信。

本实用新型作为一个消费类电子产品，车载单元需要在交易过程中和结束时给出一定的提示信息如蜂鸣器、LED灯等，告知使用者通信成功、出错等情况。

下面以实施例1的方案为例，对本发明的工作过程做详细的说明：车载单元被初始化后，平时基带处理模块处于睡眠模式，而唤醒模块一直处于供电状态。当车载单元进入到路侧单元(RSU)的通信区域时，唤醒模块从微波天线模块接收微波信号，并产生一个唤醒脉冲，唤醒基带处理模块使基带处理模块进入工作模式。基带处理模块通过I²C总线来控制微波收发模块及其数据传输。在车载单元和路侧单元正常通信的过程中，基带处理模块根据操作流程及通信协议实现对车载单元内存储的数据进行读、写等操作。最后，通过路侧单元发来的操作成功的指令，基带处理模块自身重新进入睡眠模式。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本实用新型的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种应用于不停车收费系统的车载单元，包括基带处理模块、微波天线模块、唤醒模块、微波收发模块和电源控制模块，其特征在于，还包括太阳能充电模块；

2.根据权利要求1所述的一种应用于不停车收费系统的车载单元，还包括触发开关模块，所述触发开关模块直接和基带处理模块连接用于人工开启基带处理模块。

3.根据权利要求1所述的一种应用于不停车收费系统的车载单元，还包括人机接口模块，所述人机接口模块分别和基带处理模块连接用于和上位机通信。