CN202976222U

CN202976222U - 一种具有智能安全模块的嵌入式车载电子标签

Info

Publication number: CN202976222U
Application number: CN 201220742724
Authority: CN
Inventors: 赵昱阳; 房颜明; 朱胜超; 尤文艳
Original assignee: Beijing Wanji Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Wanji Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2022-12-28

Abstract

本实用新型提供一种具有智能安全模块的嵌入式车载电子标签。通过引入智能安全模块，将设备划分为车载电子标签主机和智能安全模块两部分。包括：设备由主控制器，射频模块，非接触读卡模块，数据接口，电源及智能安全模块构成。其中，主控制器、射频模块、非接触读卡模块、数据接口、电源构成嵌入式车载标签主机，智能安全模块作为独立部件安装于主机上，二者通过专用接口连接。其中，智能安全模块包含ESAM芯片及安全模块控制器，可实现防拆卸功能，防止作弊行为。智能安全模块中的ESAM芯片与应用区域对应，与嵌入式车载标签主机装配后可实现完整电子标签功能。本实用新型解决了车载电子标签前装应用与区域应用需求的矛盾，提高了车载电子标签生产方便性，并可以拓展车载电子标签应用区域。

Description

一种具有智能安全模块的嵌入式车载电子标签

技术领域

本实用新型关于智能交通领域，关于不停车收费技术，具体的讲是一种具有智能安全模块的嵌入式车载电子标签。

背景技术

车载电子标签是不停车收费系统关键设备之一，与路侧单元（RSU），车道计算机共同实现不停车收费应用。不停车收费系统采用专用短程无线通信（DSRC：Dedicated Short-Range Communication）技术实现整个收费过程，以使车辆在整个收费过程中保持行驶状态而不用停车。目前这一技术在高速公路收费中已经得到广泛应用。现有的高速公路不停车收费系统的主要包括下列设备：

（1）车道计算机：负责对车道状态进行控制，并完成信息处理。

（2）路侧单元（RSU，Road Side Unit）：由RSU天线和RSU控制器组成，内含PSAM消费安全访问模块，对车载单元进行安全认证并完成信息采集并将信息传送给车道计算机。

（3）车载电子标签（OBU，On Board Unit）：车载单元OBU安装在用户车辆上，装载用户身份信息和ESAM嵌入式安全模块，在交易时进行安全认证，对用户IC卡进行读写并将信息发送至路侧单元。

车载电子标签安装于车辆前风挡内测，通常处于休眠状态，当进入路侧设备RSU信号范围时，被唤醒并与路侧设备完成微波无线通信，实现非现金交易。由于道路通行费用与车辆类型相关，因此要求车载电子标签内存贮所安装车辆的相关数据，称为车辆信息，并保证车辆信息的正确性。为保证车辆信息存储安全，车载电子标签采用具有TDES加密功能的ESAM芯片作为车辆信息存储介质，车辆信息的写入与读取均采取密文方式，必须使用省级交通部门统一管理的PSAM卡才能实现信息加密和解密，可有效防止对ESAM芯片内车辆信息的篡改。为杜绝通过更换车载电子标签，使用其他标签信息代替本车信息的作弊行为，车载电子标签具备防拆卸功能。标签正常安装后，ESAM芯片内部防拆卸标识信息为01H。一旦出现拆卸行为，防拆卸机构即触发，电子标签将ESAM芯片内部防拆卸标识设置为00H。当电子标签与路侧单元建立数据连接时，将防拆卸标识数据发送到路侧单元，路侧单元判断到该标识为00H是，即中断不停车收费过程，并给出警示信息。ESAM芯片由省级交通部门统一管理，生成ESAM内部密钥系统，因此对ESAM的初始化及车辆信息写入必须在省内完成，此过程称为车载电子标签发行。一旦发行完成，车载电子标签可以跨省使用。

现有的车载电子标签设备一般包括以下特征：

（1）车载电子标签设计完全与车辆独立，产品采用后装方式安装（车辆出售后进行安装），采用高强度双面胶粘贴安装在风挡玻璃表面。独立设计存在的问题包括：双面胶粘贴可靠性低；产品安装对驾驶员视野有一定影响；安装规范可控制性差；与车辆结合度低。

（2）将ESAM芯片安装于设备主电路板上，不可分离。应用于不同地区的车载电子标签需要安装特定的 ESAM安全模块。该设计难以实现不同地区产品统一生产，无法实现未知应用区域的产品制造。

（3）将车载电子标签整体作为防拆卸目标，物理防拆卸装置通过检查电子标签与粘贴面的分离触发防拆卸功能，并在ESAM安全模块中进行记录。

随着不停车收费应用的普及，嵌入式车载电子标签前装应用方式（车辆生产过程中安装，随车辆销售）成为重要发展方向。与后装应用方式相比，前装嵌入式车载电子标签具有诸多优势：

（1）嵌入式车载电子标签与车辆结构整合，安装方式灵活，不遮挡风挡玻璃，不影响驾驶员及乘客视野。

（2）嵌入式车载电子标签采取嵌入式设计与车辆电子设备整合，可利用车载设备提供良好的人机界面，实现功能拓展，提升用户体验。

（3）嵌入式车载电子标签采用车辆电源供电，不存在传统车载电子标签电池供电系统的寿命问题。

（4）嵌入式车载电子标签有利于降低产品成本，有利于批量生产批量配备，推动车载电子标签普及。

现有车载电子标签无法满足嵌入式前装应用要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种具有智能安全模块的嵌入式车载电子标签，通过引入智能安全模块，实现电子标签主机与安全模块分离，解决嵌入式车载电子标签前装应用问题。嵌入式车载电子标签主机采用设计，可实现与车辆电子设备整合，与安全模块分离后，车载电子标签主机与应用区域无关，可实现批量生产，批量前装，随车辆进行销售。智能安全模块按区域生产，可解决嵌入式车载电子标签区域应用问题，同时可以满足防拆卸功能要求。

本实用新型大幅度提高车载电子标签批量生产方便性，有效拓展车载电子标签应用地区，实现车辆电子标签与车辆整合，实现前装应用。

本实用新型所述一种具有智能安全模块的嵌入式车载电子标签包括：嵌入式车载电子标签主机及智能安全模块，二者之间通过专用接口连接。其中，嵌入式主机包括主控制器、射频模块、非接触读卡模块、数据接口、电源、智能安全模块接口。

主控制器采用低功耗MCU，与射频模块及非接触读卡模块连接。射频模块由集成RFIC和射频天线组成，其中集成RFIC通过SPI总线与主控制器连接，实现5.8G射频信号处理，并通过射频天线实现5.8G射频信号的传输。非接触读卡模块由非接触读卡芯片及非接触读卡天线组成，其中非接触读卡芯片通过SPI总线与主控制器连接，实现非接触读卡信号处理，并通过非接触读卡天线实现信号传输。数据接口由通信驱动芯片实现，通信驱动芯片与主控制器连接，将主控制器产生的数据信号转换为标准通信接口信号，提供与车载电子设备的数据接口。电源由两级电压转换构成，输入电压为直流12V。输出电压为直流3.0V。

智能安全模块由ESAM芯片、安全模块控制器、备用电源、安全模块接口构成。ESAM芯片符合GB-T 20851国标技术要求，用于实现安全认证，存储车辆信息，记录拆卸状态。ESAM芯片与安全模块控制器相连接，同时与安全模块接口相连。智能安全模块未安装时，ESAM芯片受安全模块控制器控制，智能安全模块安装于嵌入式主机后，ESAM芯片受主控制器控制。安全模块控制器采用超低功耗MCU，与ESAM安全模块及安全模块接口连接。安全模块控制器可通过检测获取智能安全模块安装状态，安全模块安装于嵌入式主机时激活与ESAM芯片连接，未安装时释放与ESAM芯片连接。备用电源采用可充电储能器件实现，当智能安全模块安装与嵌入式主机时嵌入式主机通过安全模块接口为智能安全模块供电，同时为备用电源充电。当智能安全模块断开与嵌入式主机连接时，备用电源为智能安全模块各部分提供电源。安全模块接口包括电源接口、ESAM接口、安装状态检测接口。电源接口为智能安全模块供电，并为备用电源充电。ESAM接口实现主控制器与ESAM芯片连接。安装状态检测接口为嵌入式主机提供检测信号。所述嵌入式电子标签主机与智能安全模块接口定义如下表：

引脚号	引脚定义	功能分类	说明
				1	VCC	电源
2	GND	电源
				3	RST	ESAM接口	ESAM复位
4	CLK	ESAM接口	ESAM时钟
				5	DATA	ESAM接口	ESAM数据
6	GND	电源
				7	DET1	安装检测
8	DET2	安装检测

本实用新型所述嵌入式车载电子标签的主机部分为嵌入式设备，不存在拆卸过程。智能安全模块部分可以与嵌入式车载电子标签主机分离，存储车辆信息的ESAM芯片是智能安全模块的一部分。因此所述嵌入式车载电子标签拆卸行为是指智能安全模块与嵌入式车载电子标签主机分离。对于此拆卸行为，智能安全模块和电子标签主机通过以下流程记录拆卸过程，实现防拆卸功能：

当安全模块控制器检测到智能安全模块从车载电子标签主机拆卸，即出现拆卸行为301，安全模块控制器改变端口设置，接管ESAM数据及控制端口302，通过专用命令将ESAM防拆卸信息改写为00H 303。在此过程中，备用电源将自动为安全模块供电。

除安全模块自主完成防拆卸信息保存，本设计通过安全模块绑定实现第二重防拆卸功能。智能安全模块接口提供安装状态检测功能，主控制器可通过读取DET1及DET2引脚状态判别安全模块安装状态。当智能安全模块被安装时401，主控制器读取ESAM芯片序列号402，并判断读取的芯片序列号是否与存储器中记录的绑定ESAM序号一致403，如一致则保持ESAM防拆卸信息不变404，否则说明当前ESAM与绑定时使用的ESAM发生变化，将ESAM防拆卸信息改写为01H 405，并以当前防拆信息作为判断标准406，作出相应用户提示407或408。

由于ESAM芯片序列号具有唯一性，可作为安全模块唯一标识。本设计采用ESAM芯片序列号实现安全模块绑定。安全模块绑定过程在车载电子标签激活过程中完成。当车载电子标签成功激活，ESAM防拆信息更新为01H后501，主控制器将读取ESAM芯片序列号502，并将其保存在存储器中503，完成绑定过程。在车载电子标签应用过程中，主控制器将读取ESAM芯片序列号，并与激活时保存的芯片序列号进行比较，如果ESAM芯片序列号发生变化，即视为安全模块发生过拆卸行为。此时主控制器通过专用命令将防拆卸信息写入ESAM，实现防拆卸功能。

采用上述设计方案，可实现不用地区（要求使用不同ESAM模块）车载电子标签的统一生产，特别是前装应用中设备的统一生产装配。嵌入式车载电子标签主机统一生产601并由车辆制造商统一安装到量产车型中604。车辆通过销售网络销往任意地区605。智能安全模块按区域应用要求进行生产602，安装不同区域专用的ESAM芯片603。智能安全模块按应用区域销售或配发606，由ETC运营商或车辆售后服务商完成安装607。装入智能安全模块的嵌入之车载电子标签由ETC运营商完成发行和激活609。此时车载电子标签即可正常使用610。

附图说明

图1为本实用新型所述一种具有有智能安全模块的嵌入式车载电子标签结构图。其中101为嵌入式车载电子标签主机，102为智能安全模块。嵌入式车载电子标签主机101包括：103为主控制器，104为射频模块，105为非接触读卡模块，106为数据接口，107为电源。智能安全模块102包括：108 ESAM芯片，109安全模块控制器，110备用电源。

图2为本实用新型所述一种具有有智能安全模块的嵌入式车载电子标签智能安全模块信号连接图。其中201为ESAM芯片，202为安全模块控制器，203为备用电源，204为智能安全模块接口。

图3为本实用新型所述一种具有有智能安全模块的嵌入式车载电子标签防拆卸处理流程图。当出现拆卸行为301，安全模块控制器接管ESAM控制302，通过专用命令将ESAM防拆卸信息改写为00H 303。

图4为本实用新型所述一种具有有智能安全模块的嵌入式车载电子标签智能安全模块安装时主控制器处理流程。智能安全模块被安装时401，主控制器读取ESAM芯片序列号402，判断读取的芯片序列号是否与存储器中记录的绑定ESAM序号一致403，如一致则保持ESAM防拆卸信息不变404，否则将ESAM防拆卸信息改写为01H 405，判断当前防拆信息406，作出相应用户提示407或408。

图5为本实用新型所述一种具有有智能安全模块的嵌入式车载电子标签智能安全模块绑定流程。501车载电子标签成功激活，ESAM防拆信息更新为01H，502主控制器读取ESAM芯片序列号，503主控制器保存ESAM芯片序列号实现绑定。

图6为本实用新型所述一种具有有智能安全模块的嵌入式车载电子标签前装应用模式生产及销售流程。601嵌入式车载电子标签主机统一生产，604由车辆制造商统一安装到量产车型中，605车辆销往任意地区，602智能安全模块按区域应用要求进行生产，603智能安全模块安装不同区域专用的ESAM芯片，606智能安全模块按应用区域销售或配发，607智能安全模块ETC运营商或车辆售后服务商完成安装，609嵌入之车载电子标签由ETC运营商完成发行和激活，610车载电子标签即正常使用。

具体实施方式

本实用新型所述一种具有智能安全模块的嵌入式车载电子标签的一种具体实施方式如下：

所述设备由嵌入式车载电子标签主机101及智能安全模块102组成，二者之间通过专用接口连接。其中，嵌入式主机包括主控制器103，射频模块104，非接触读卡模块105，数据接口106，电源107。

主控制器采用低功耗MCU，通过SPI数据总线与5.8G射频接口及非接触IC卡连接，并通过OI接口实现器件选择和总线控制。射频模块由集成RFIC和射频天线组成，其中集成RFIC通过SPI总线与主控制器连接，受主控制器控制，实现5.8G射频信号处理，并通过射频天线实现5.8G射频信号的传输。非接触读卡模块由非接触读卡芯片及非接触读卡天线组成，其中非接触读卡芯片通过SPI总线与主控制器连接，受主控制器控制，实现非接触读卡信号处理，并通过非接触读卡天线实现信号传输。数据接口由通信驱动芯片实现，通信驱动芯片与主控制器连接，将主控制器产生的数据信号转换为标准通信接口信号，提供与车载电子设备的数据接口。电源由两级电压转换构成，输入电压为直流12V。第一级电压转换采用DC/DC降压电源控制芯片，其输出电压为5V。第二级电压转换采用线性稳压电源芯片，输出电压为直流3.0V。两级电压转换之间采用派型电源滤波电路。

智能安全模块由ESAM芯片201，安全模块控制器202，备用电源203，安全模块接口构成204。ESAM芯片符合GB-T 20851国标技术要求，用于实现安全认证，存储车辆信息，记录拆卸状态。ESAM芯片数据接口与安全模块控制器相连接，同时与安全模块接口相连。智能安全模块未安装时，ESAM芯片受安全模块控制器控制，智能安全模块安装于嵌入式主机后，ESAM芯片受主控制器控制。安全模块控制器采用超低功耗MCU，与ESAM安全模块及安全模块接口连接。安全模块控制器可通过检测主电源电压判别安装状态，功过切换引脚状态记过或释放与ESAM芯片连接。备用电源采用法拉电容实现。安全模块接口采用板到板连接器实现，并附加固定结构保证连接可靠性。

Claims

1.一种具有智能安全模块的嵌入式车载电子标签，其特征包括：

所述设备由主控制器、射频模块、非接触读卡模块、数据接口、电源及智能安全模块构成。其中，主控制器、射频模块、非接触读卡模块、数据接口，电源构成嵌入式车载电子标签主机。智能安全模块作为独立部件安装于主机上，二者通过专用接口连接。

所述主控制器与射频模块及非接触读卡模块连接，实现功能模块控制。所述射频模块由集成RFIC和射频天线组成，其中集成RFIC与主控制器连接，并通过射频天线实现5.8G射频信号的传输。所述非接触读卡模块由非接触读卡芯片及非接触读卡天线组成，其中非接触读卡芯片与主控制器连接，并通过非接触读卡天线实现信号传输。

2.根据权利要求1所述一种具有智能安全模块的嵌入式车载电子标签，其特征还包括：

所述智能安全模块由ESAM芯片、安全模块控制器、备用电源、安全模块接口构成。

所述ESAM芯片与所述安全模块控制器相连接，同时与安全模块接口相连。

所述安全模块控制器采用超低功耗MCU，与ESAM芯片及安全模块接口连接。安全模块控制器根据智能安全模块安装状态，激活或释放ESAM芯片连接。