CN204496540U - 兼容etc和mtc路径识别的薄型可充电双界面卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种兼容ETC和MTC路径识别的薄型可充电双界面卡，包括FPCB(柔性印刷电路板)电路板、以及设置在FPCB电路板上的接触式IC卡标准接口、充电电路、电池保护电路、主控制电路、充电电池、双界面CPU芯片模块、HF(高频)天线和UHF(特高频)天线。本实用新型能同时解决ETC车道和MTC车道车辆路径识别问题，并且将系统升级改造及运营管理成本大幅降低。

Description

兼容ETC和MTC路径识别的薄型可充电双界面卡

技术领域

本实用新型涉及智能交通(ITS,Intelligent TransportationSystem)领域，尤其涉及高速公路联网收费多义性路径识别领域的一种兼容ETC和MTC路径识别的薄型可充电双界面卡。

背景技术

目前高速公路收费站出入口基本都由电子不停车收费(ETC)车道和人工半自动收费(MTC)车道混合搭配，完成对不同类型车辆高速公路通行费用的收取。在ETC车道上，通过双片式车载单元(简称为OBU)，车辆可以不用停车而直接通过高速收费站出入口，收费信息会自动写入OBU，后台系统自动完成扣费。在MTC车道上，入口时候车主领取已经被写入信息的无源IC卡，出口时候上交IC卡并缴费。随着路网建设复杂化，越来越多省份高速公路出现多义性路径识别问题及全省联网收费、费用精确拆分等需求。

基于此，针对MTC车道的多义性路径识别系统被提出，部分省份已经开始规模使用。该方案基于有源433MHz射频识别技术，将UHF频段的电路复合到传统的无源IC卡上，实现“有源+无源”双频复合通行卡。相对传统MTC车道收费系统，升级改造该方案需要完成以下步骤：

1.将传统无源IC卡更换为“有源+无源”双频复合通行卡(简称为CPC)。

2.将MTC车道13.56MHz单频读写器更换为433MHz+13.56MHz双频复合读写器(简称为CR)。

3.在高速公路歧义性路段增设433MHz路侧标识单元(简称为RSIU)。

4.升级路段及收费中心后台软件管理系统。

从2008年至今，部分省份已经相继实施了该系统的升级改造，实现了MTC车道车辆的路径识别功能及全省高速公路联网收费，意义明显。

但是，目前采用的CPC，一般厚度在5mm至5.5mm左右，不易存储及运输。采用的是一次性电池，无法充电，当电量耗尽之后，必须返厂拆外壳、更换电池，然后重新压合新的外壳，按照严格的出厂测试流程之后才能返回高速公路继续使用。同时，5mm的厚度无法与当前主流的无源IC卡自助发卡设备兼容。当一个省份的高速公路收费系统从无源收费卡升级改造成CPC后，自助发卡设备相应也需要升级改造，造成严重浪费。

申请号为201420121106.2的中国实用新型专利公开了一种“多义性路径识别系统的薄型可充电符合通行卡及电子标签”，可以采用薄型可充电复合通行卡替代5mm厚度的常规CPC或者传统无源IC卡，实现高速公路联网收费路径识别系统的改造。该类薄型复合通行卡采用的是无线充电技术。

众所周知，无线充电技术尽管在几年前就已经被提出来，但是真正具备无线充电功能的案例进入公众视野主要还是从2014年开始的，而且仅仅体现在智能手机、便携式数码产品等个人消费类电子产品上，特别是一些新概念可穿戴设备上，充电实现方式为一对一，即一台充电器同时只能给一台设备充电，充电效率低，应用面并不广泛。针对高速公路收费卡庞大的数量级，一对一的充电方式显然不适用，而一对多的方式目前还几乎实现不了。

另一方面，随着高速公路网建设复杂化，ETC车道入口的车辆一样面对多义性路径识别问题。当前ETC系统已经拥有国家标准，采用的是5.8GHz频段。

初期，因为ETC用户不多，所以其多义性路径识别问题一直被搁置或者通过采取简单的管理手段辅助解决。但是近两年来，随着经济发展及国家相关部门的大力推广，以及ETC全国联网要求的提出，ETC用户成爆发性增长，针对ETC车辆的路径识别问题被重新提到了新的高度。

许多研究机构和企业都针对ETC车辆的路径识别问题进行了研究和测试，并推出了相应设备。申请号为200820082560.6的中国实用新型专利和申请号为200820070106.9的中国实用新型专利等都提出了解决该问题的方案，基本都是在现有OBU基础上，增加路径识别功能模块，实现ETC车辆的多义性路径识别。

目前，已经有部分省份实施了针对ETC车辆的多义性路径识别项目，采取的技术方案也各有差异。一些地方采取的技术方案，是在高速公路歧义性路段433MHz的RSIU旁边再增设5.8GHz的RSIU，专门对双片式车载单元进行路径标识，完成ETC车辆的路径识别功能。

另一些地方，采取的解决方式是升级双片式车载单元，使其具备433MHz路径识别功能模块，从ETC车道入口后，经过歧义性路段，被已经安装的433MHz RSIU标识，将标识信息写入到OBU。当车辆从ETC车道出口时，车辆信息及路径信息一起从5.8GHz数据通道上传到后台系统，完成扣费；当车辆从MTC车道出口，司机取出插在OBU上的双界面CPU卡交给收费员，收费员将双界面CPU卡放置于车道CR上，车辆信息及路径信息通过13.56MHz通道上传到后台系统，完成缴费。

以上方式，尽管已经实现了ETC车辆的路径识别问题，但是原有收费系统都需要做出以下变更及升级：

1、原有ETC用户车辆需要更换具备433MHz路径识别模块的OBU。

2、在高速公路歧义性路段增加5.8GHz的RSIU。

3、升级车道收费软件及后台软件管理系统。

综上所述，多种技术手段搭配使用，基本解决了MTC车道及ETC车道入口车辆的多义性路径识别问题，但是两套收费系统还是相互独立，从当前传统的无源IC卡系统升级改造起来，系统设备成本、运营管理成本都太高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种兼容ETC和MTC路径识别的薄型可充电双界面卡，能同时解决ETC车道和MTC车道入口车辆路径识别问题，并且将系统升级改造及运营管理成本大幅降低。

为解决上述技术问题，本实用新型的兼容ETC和MTC路径识别的薄型可充电双界面卡，包括一FPCB(柔性印刷电路板)电路板、以及设置在FPCB电路板上的接触式IC卡标准接口、充电电路、电池保护电路、主控制电路、充电电池、双界面CPU芯片模块、HF(高频)天线和UHF(特高频)天线。

采用本实用新型能同时解决ETC车道和MTC车道车辆路径识别问题，并且将系统升级改造及运营管理成本大幅降低，具体如下：

1.在高速公路歧义性路段增设433MHzRSIU。

2.针对MTC车道，只需要将传统无源IC卡更换为薄型可充电双界面卡，车道读写器及自助发卡设备都不需要更换，升级车道收费软件及读写器嵌入式软件即可。

3.针对ETC车道，只需要将目前在用的插在OBU上的双界面CPU卡更换为薄型可充电双界面卡，升级车道收费软件即可。

4.升级路段及收费中心后台软件管理系统。

本实用新型与现有技术相比，能够解决MTC车道普通CPC厚度较厚，不易使用及运输，传统无源IC卡不具备路径识别功能的缺陷，同时可以兼容目前大部分省份采用的无源IC卡自助发卡设备；也可解决ETC车道必须通过更换携带433MHz路径识别功能模块的OBU或者增加5.8GHzRSIU才可实现路径识别的缺陷。本实用新型通过有线连接，可实现一对多批量化可靠地充电，可促进高速公路联网收费系统多义性路径识别系统板块的快速升级改造。

本实用新型可完全替代5mm厚度的CPC和传统无源IC卡，完成MTC车道的多义性路径识别及联网收费功能，如果将该卡片插入到OBU中，也可以完成ETC车辆的路径识别功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本技术领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是MTC车道传统无源IC卡的结构示意图；

图2是MTC车道复合通行卡的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的薄型可充电双界面卡结构示意图；

图4是当前ETC系统使用的双界面CPU卡的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型实施例的一部分，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图3所示，所述兼容ETC和MTC路径识别的薄型可充电双界面卡，包括FPCB(柔性印刷电路板)电路板、以及设置在FPCB电路板上的接触式IC卡标准接口、充电电路、电池保护电路、主控制电路、充电电池、双界面CPU芯片模块、HF(高频)天线和UHF(超高频)天线。

HF天线和UHF天线分别与主控制电路相连接。HF天线和与双界面CPU芯片模块相连接，双界面CPU芯片模块与接触式IC卡标准接口相连接，主控制电路分别与双界面CPU芯片模块和电池保护电路相连接。

所述双界面CPU芯片模块，采用的双界面CPU芯片通过接触式IC卡标准接口与所述主控制电路连接，完成433MHz数据和13.56MHz数据的互通；同时，该接触式IC卡标准接口也用作有线充电接口。

所述主控制电路对所述UHF天线和所述HF天线进行无线数据收发控制。

针对高速公路MTC用户，在高速公路收费站MTC车道出入口，将所述薄型可充电双界面卡放置于13.56MHz单频读写器上，所述HF天线可以自动感应能量并实现车道信息、路径信息等数据交易。

针对高速公路ETC用户，司机将所述薄型可充电双界面卡插入OBU中，在高速公路ETC车道入口，OBU将车道信息写入薄型可充电双界面卡，同时唤醒该卡的433MHz路径识别模块进入工作模式。在高速公路上，薄型双界面卡接收到433MHz RSIU广播的路径信息，并通过所述主控制电路ISO-7816接口，将该信息写入所述双界面CPU芯片模块，之后将数据备份到OBU中。如果车辆从ETC车道出口，OBU将车道信息及路径信息等数据一起从5.8GHz通道上传到后台系统，完成扣费；如果车辆从MTC车道出口，司机将OBU中的薄型可充电双界面卡取出交给收费员，收费员将其放置于13.56MHz单频读写器，车道数据及路径信息等数据通过13.56MHz通道上传到后台系统，完成缴费。

进一步地，所述接触式IC卡标准接口为8pin(8针)。

进一步地，所述充电电路一端连接所述接触式IC卡标准接口，另一端连接所述充电电池，当外界充电箱或者直流适配器向所述接触式IC卡标准接口提供4.5V至10V的直流电压，即可实现对所述超薄充电电池充电，充电状态可以通过所述接触式IC卡标准接口输出，充电箱外接LED灯即可指示当前充电状态。

进一步地，所述UHF天线只需要绕成一圈，放置于所述FPCB电路板的正面外环边缘；所述HF天线绕成多圈，放置于所述FPCB电路板的反面，围绕所述充电电池外缘，二者设计上采取大圈包围小圈的方式，两根天线没有交叠部分，可将天线间的相互干扰降至最低，保证薄型可充电双界面卡可以正常工作。

优选地，所述HF天线的单圈线圈宽度小于所述UHF天线，但是整体线圈宽度大于所述UHF天线。

优选地，所述UHF天线的频率高于所述HF天线的频率；HF天线一般工作于13.56MHz，UHF天线一般工作于433MHz。

优选地，所述FPCB电路板的厚度为0.1mm至0.2mm。

优选地，所述双界面卡的厚度为0.76mm至1.2mm。

下面将对本实用新型提供的薄型可充电双界面卡如何同时解决高速公路MTC和ETC车道多义性路径识别问题，如何实现高速公路联网收费路径识别系统低成本快速升级改造，做出详细说明。

图2是目前部分高速公路MTC车道使用的CPC，一般厚度为5mm，“有源+无源”双频复合通行卡；能实现MTC车道车辆的多义性路径识别，但是需要进行如下改造：

1、更换无源IC卡为CPC。

2、更换车道13.56MHz单频读写器为CR。

3、歧义性路段增加433MHzRSIU，广播路径信息。

4、升级路段及收费管理中心后台软件管理系统。

图1是目前全国高速公路在用的传统收费卡，为无源IC卡。该卡片只能记录车辆入口及出口信息，无法实现多义性路径识别。

图4是目前ETC收费系统采用的插在OBU上的双界面CPU卡，该卡片也是无源卡，除了可以像图1所示的无源IC卡一样存储车辆出入口车道信息，该双界面CPU卡还具备金融卡功能。但是无法实现ETC车辆的路径识别功能。

图3是本实用新型提供的一种薄型可充电双界面卡，可以同时实现MTC及ETC车辆的路径识别功能。

针对MTC车道车辆，要实现路径识别系统功能，只需要：

A、在高速公路歧义性路段增加433MHz RSIU，广播路径信息。

B、将车道无源IC卡更换为薄型可充电双界面卡。

C、升级路段及收费中心后台软件管理系统。

针对MTC车辆，入口时司机从收费员那里领取或者从自助发卡设备获取已经被写入入口车道信息并且唤醒进入工作模式的薄型可充电双界面卡，放置于车内并驶入高速公路。

在途中，薄型可充电双界面卡搜索、接收、并保存RSIU广播的路径信息。

在MTC车道出口处，司机将薄型可充电双界面卡交还给收费员，收费员将其放置于车道13.56MHz单频读写器上，完成车道信息、路径信息等数据的上传，并缴费，同时13.56MHz单频读写器会将薄型可充电双界面卡设置为休眠模式或者一定时间后，薄型可充电双界面卡会自动进入休眠模式。

针对ETC车道车辆，要实现路径识别系统功能，只需要：

A.将插在OBU内的双界面CPU卡更换为薄型可充电双界面卡；

B.升级车道收费软件及后台软件管理系统，留出路径信息接口；

当ETC用户从ETC车道入口，路侧单元(简称为RSU)通过5.8GHz通道，将入口车道信息写入OBU中，同时唤醒薄型可充电双界面卡的路径识别模块，使其进入工作模式。

ETC车辆驶入高速公路，薄型可充电双界面卡(此时可保持插在OBU上，也可以拔出放置于车内其他位置)搜索、接收、保存RSIU广播的路径信息，同时将路径信息备份到OBU中。

如果ETC用户车辆从ETC车道出口，OBU将入口车道信息及路径信息等数据通过5.8GHz通道上传到RSU，完成扣费，同时将薄型可充电双界面卡的路径识别模块设置为休眠模式或者一定时间后，薄型可充电双界面卡会自动进入休眠模式。

如果ETC用户车辆从MTC车道出口，司机取下插在OBU中的薄型可充电双界面卡交给收费员，收费员将其放置于车道13.56MHz单频读写器上，入口车道信息及路径信息等数据通过13.56MHz通道上传到收费系统，完成缴费，同时将薄型可充电双界面卡设置为休眠模式，并将卡片归还给司机保存。

当ETC用户从MTC车道入口，司机取出插在OBU上的薄型可充电双界面卡交给收费员，后续流程和常规MTC车道入口车辆相同。

本实用新型采用高安全性及大存储容量的双界面CPU芯片替代了传统的1K或者4K字节存储容量的非接触式M1芯片，使得高速公路车辆收费信息更加安全可靠。同时，除了必要的收费信息、车辆信息外，薄型双界面卡还可以存储车牌、车头、甚至高速公路入口时司机的照片，使得通行费用较高的大型货车偷逃通行费用更加困难。

以上对本实用新型所提供的一种薄型可充电双界面卡的工作流程进行了详细说明，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型实施例的思路，在具体实施方式和应用上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种兼容ETC和MTC路径识别的薄型可充电双界面卡，其特征在于：包括一FPCB电路板、以及设置在该FPCB电路板上的接触式IC卡标准接口、充电电路、电池保护电路、主控制电路、充电电池、双界面CPU芯片模块、HF天线和UHF天线。

2.根据权利要求1所述的可充电双界面卡，其特征在于：所述双界面CPU芯片模块，其采用的双界面CPU芯片通过接触式IC卡标准接口与所述主控制电路连接，完成433MHz数据和13.56MHz数据的互通；同时，该接触式IC卡标准接口也用作有线充电接口。

3.根据权利要求1所述的可充电双界面卡，其特征在于：所述主控制电路能够对所述UHF天线和HF天线进行无线数据收发控制。

4.根据权利要求1所述的可充电双界面卡，其特征在于：所述充电电池采用超薄柔性锂离子电池。

5.根据权利要求1所述的可充电双界面卡，其特征在于：所述充电电路一端连接所述接触式IC卡标准接口，另一端连接所述充电电池，当外界充电箱或者直流适配器向所述接触式IC卡标准接口提供4.5V至10V的直流电压，即可实现对所述充电电池充电，同时，充电状态通过所述接触式IC卡标准接口输出，充电箱外接LED灯即可指示当前充电状态。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的可充电双界面卡，其特征在于：所述UHF天线只需要绕成一圈，放置于所述FPCB电路板的正面外环边缘；所述HF天线绕成多圈，放置于所述FPCB电路板的反面，围绕所述充电电池外缘，二者设计上采取大圈包围小圈的方式。

7.根据权利要求6所述的可充电双界面卡，其特征在于：所述HF天线的单圈线圈宽度小于所述UHF天线，但是整体线圈宽度大于所述UHF天线；所述HF天线一般工作于13.56MHz，UHF天线一般工作于433MHz，两根天线没有交叠部分。

8.根据权利要求1所述的可充电双界面卡，其特征在于：所述FPCB电路板的厚度为0.1mm至0.2mm。

9.根据权利要求1所述的可充电双界面卡，其特征在于：所述双界面卡的厚度为0.76mm至1.2mm。