CN209642651U - 具有兼容协议的射频识别车载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有兼容协议的射频识别车载装置,包括ETC模块，所述ETC模块包括顺次连接的ETC天线、ETC射频收发单元及处理单元，所述处理单元通过ETC射频收发单元、ETC天线对收发的射频识别信号进行处理；连接所述处理单元的OBE‑SAM，用于ETC计费交互的安全控制；连接所述处理单元的ESAM，用于机动车电子标识信息交互的安全控制；电源单元，用于为所述ETC模块提供工作电源。本实用新型可以同时支持ETC和机动车电子标识的射频识别，实现了信息共享，拓展了应用场景。

Description

具有兼容协议的射频识别车载装置

技术领域

本实用新型涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种具有兼容协议的射频识别车载装置。

背景技术

ETC(Electronic Toll Collection，电子不停车收费系统)是通过安装在车辆前挡风玻璃上的OBU（On Board Unit，车载单元）与在收费站 ETC 车道上的RSU（Road SideUnit，路侧单元）之间的微波专用短程通讯实现信息交互，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。目前，国务院发文要求深化收费公路制度改革，在国家取消高速公路省界收费站的大趋势下，交通部门正在大力推广ETC的全国普及。

但是，ETC目前还存在相应的缺陷，首先ETC普遍还采用的是5.8GHz+ICC(Integrated Circuit Card，集成电路卡)金融支付卡的双片式预付费的计费模式，整个交互过程影响识别速度，车辆必须减速通过。更重要的是，ETC采用有源技术，如果长期在城市拥堵道路行驶，车辆前挡风玻璃上安装的OBU可能会被经过的RSU不断唤醒导致非正常耗电，影响OBU的使用寿命，因此不太适合城市应用场景。另外，ETC不支持机动车电子标识标准，不能对车辆的法定注册信息进行直接处理，因此不能满足车辆管理、车辆年检等功能需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有兼容协议的射频识别车载装置，解决了现有技术中ETC应用场景单一，不支持机动车电子标识标准射频识别的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种具有兼容协议的射频识别车载装置，包括ETC模块，所述ETC模块包括顺次连接的ETC天线、ETC射频收发单元及处理单元，所述处理单元通过ETC射频收发单元、ETC天线对收发的射频识别信号进行处理；

连接所述处理单元的OBE-SAM，用于ETC计费交互的安全控制；

连接所述处理单元的ESAM，用于机动车电子标识信息交互的安全控制；

电源单元，用于为所述ETC模块提供工作电源。

作为本实用新型上述具有兼容协议的射频识别车载装置的进一步改进，所述ETC模块还包括连接所述处理单元的接口单元，用于接收外部的激活信号，透过处理单元对所述OBE-SAM和/或ESAM进行激活。

作为本实用新型上述具有兼容协议的射频识别车载装置的进一步改进，所述接口单元包括USB通信接口电路和/或蓝牙通信电路。

作为本实用新型上述具有兼容协议的射频识别车载装置的进一步改进，所述电源单元还包括太阳能充电电路，在车辆处于光照时，为所述电源单元进行充电。

作为本实用新型上述具有兼容协议的射频识别车载装置的进一步改进，所述机动车电子标识信息交互的安全控制包括实现非对称密钥身份验证及调用存储的车辆注册信息。

作为本实用新型上述具有兼容协议的射频识别车载装置的进一步改进，所述处理单元还连接所述ETC模块外部设置的按键，以接收相应的唤醒和/或复位触发指令。

作为本实用新型上述具有兼容协议的射频识别车载装置的进一步改进，所述射频识别车载装置还包括机动车电子标识模块，所述机动车电子标识模块包括标签芯片及连接所述标签芯片的机动车电子标识天线，与所述标签芯片联动设置有安全控制单元、存储单元，以实现机动车电子标识的射频识别。

作为本实用新型上述具有兼容协议的射频识别车载装置的进一步改进，所述存储单元至少包括用于存储车辆注册信息的第一存储区及用于存储支付代号的第二存储区。

作为本实用新型上述具有兼容协议的射频识别车载装置的进一步改进，所述ETC模块与机动车电子标识模块固定设置、交错布局，以隔离相互之间的干扰。

作为本实用新型上述具有兼容协议的射频识别车载装置的进一步改进，所述ETC模块通过抵靠在车辆前挡风玻璃上的微动开关检测拆卸状态，所述机动车电子标识模块通过设置拆卸即毁结构实现防拆。

与现有技术相比，本实用新型通过在原有空口交互的基础上，设置ESAM、OBE-SAM与处理单元联动，保证对ETC和机动车电子标识两种射频识别模式的支持。本实用新型可以同时支持ETC和机动车电子标识的射频识别，实现了信息共享，拓展了应用场景。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本实用新型一实施方式中具有兼容协议的射频识别车载装置示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

需要说明的是，在不同的实施方式中，可能使用相同的标号或标记，但这些并不代表结构或功能上的绝对联系关系。并且，各实施方式中所提到的“第一”、“第二”等也并不代表结构或功能上的绝对区分关系，这些仅仅是为了描述的方便。

如图1所示，本实用新型一实施方式中具有兼容协议的射频识别车载装置示意图。具有兼容协议的射频识别车载装置主要包括两部分，分别是ETC模块10及机动车电子标识模块20。ETC模块10可以与ETC对应的RSU进行射频识别交互，采用的是5.8GHz频段，机动车电子标识模块20可以与对应的机动车电子标识读写器进行射频识别交互，采用的是920-925MHz频段。ETC采用的是有源技术，因此ETC模块10本身需要通过电源单元进行供电，而机动车电子标识技术采用的是无源技术，因此机动车电子标识模块20本身不需要额外的电源，它是借助于机动车电子标识读写器发射的载波提供能量。机动车电子标识模块20可以作为ETC模块10的有利补充，特别是在ETC模块10缺少电量支持的情况下，可以通过机动车电子标识模块20获得对应车辆的身份等信息及实现相应的计费操作，以下将详述两者配合的好处及应用场景拓展。

在ETC模块10中，采用了有别于现有技术中的双片式电路结构，而是单片式电路结构，将双片式中ICC金融支付卡去除，处理单元11与OBE-SAM（On Board Equipment -Security Access Module，车载设备安全控制模块）14联动获得支付代号，支付代号包括有信用支付功能的信用卡号、金融账户、支付宝或微信账户等。支付代号通过RSU发往后台进行相应的付费操作，实现记账式的后付费模式。具体地，ETC模块10包括顺次连接的ETC天线17、ETC射频收发单元13及处理单元11，ETC天线17的匹配阻抗适应ETC的5.8GHz频段，ETC射频收发单元13主要实现射频信号处理，完成相应的空口交互，具体可以采用博通的BK5870，处理单元11是ETC模块10的控制中心，处理收到的信息或者决定发送的信息等，可以采用MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）或者FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等处理芯片。处理单元11通过ETC射频收发单元13、ETC天线17对收发的射频识别信号进行处理。

连接处理单元11的还包括两个重要的芯片，分别是OBE-SAM14及ESAM（EmbeddedSecurity Access Module，嵌入式安全控制模块）15，它是为处理单元11提供ETC射频识别及机动车电子标识射频识别的计费信息或身份信息等，同时还会做相应的认证，即OBE-SAM14用于ETC 计费交互的安全控制，ESAM15用于机动车电子标识信息交互的安全控制。在优选的实施方式中，处理单元11、OBE-SAM14、ESAM15可以集成在一个ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路）中，在更多的实施方式中，ETC射频收发单元13也集成在一起。如上所述，ETC技术采用有源技术，因此ETC模块10是通过内部设置的电源单元12来提供电源，电源单元12包括电池及电源管理电路等，通过设置为ETC模块10提供稳定的工作电源。为了提高电源单元12乃至ETC模块10的工作寿命，还可以在电源单元12中增加相应的充电电路，为电源单元12提供额外的电量支持，例如太阳能充电电路，在车辆处于光照时，为电源单元12进行充电，使电源单元12恢复一定的电量。

OBE-SAM14、ESAM15可以看成射频识别的密码箱，只有在符合条件的情况下，才能将密码箱中的特定信息取出来，比如ESAM15加密存储了公安部门的车辆注册信息数据，包括号牌号码、号牌种类、车辆类型、使用性质、出厂日期、功率、排量、检验有效期、核定载客/总质量、强制报废期、车身颜色等，由公安部门维护的机动车辆管理数据库统一灌入到相应的ESAM15中，具有最高的权威性和准确性。RSU为了获得ETC模块反馈的车辆注册信息等，透过ESAM15进行相应的非对称秘钥身份验证及调用存储的车辆注册信息等安全控制。通常情况下，OBE-SAM14和ESAM15在出厂之前都是处于默认的非激活状态，即可以看成无论在任何情况下，密码箱都是不能打开的，只有激活后，才能对密码箱进行正常使用。因此，为了提高激活的便利性，处理单元11还会连接有接口单元16，接口单元16可以与外部的激活终端连接，接收激活终端的激活指令，处理单元11接收到相应的激活指令可以根据激活指令对OBE-SAM14和/或ESAM15进行激活。具体地，接口单元16包括USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）通信接口电路和/或蓝牙通信电路，外部的激活终端可以通过USB有线连接或蓝牙无线连接等与ETC模块10中的处理单元11交互激活信息。

进一步，对于具有兼容协议的射频识别车载装置，整个装置的外壳本体上还会设置相应的按键，该按键作为外部的触发开关，与ETC 模块10中的处理单元11连接，向ETC模块10内部发送相应的唤醒和/或复位触发指令。

在机动车电子标识模块20中，至少包括标签芯片21及连接标签芯片21的机动车电子标识天线24，标签芯片21作为机动车电子标识模块20实现射频识别的控制中心，至少包括机动车电子标识射频收发电路、微型控制电路等，机动车电子标识天线24具体采用微带天线，阻抗匹配符合920-925MHz频段的要求，与标签芯片21封装在PC（Polycarbonate，聚碳酸酯）或陶瓷标签基材中。在机动车电子标识模块20中还设置有安全控制单元22和存储单元23，上述器件可以是单独的ASIC，比如存储单元23采用FLASH存储器芯片，在更多的实施方式中，安全控制单元22和存储单元23一同集成在标签芯片21中，比如存储单元23采用集成的eFLASH电路。存储单元23至少包括第一存储区及第二存储区，可以采用两个独立的存储位阵列电路，亦或者采用统一的存储位阵列电路通过地址线来选通。在第一存储区中存储车辆注册信息，即可以是上述ESAM中存储的车辆注册信息等，主要为车辆注册信息验证加解密而服务。第二存储区中存储支付代号，即可以是上述OBE-SAM中存储的计费信息等，主要为高速公路电子不停车收费信息验证和加解密服务。调用上述存储单元中的信息通过一定的安全控制来实现，具体由安全控制单元22来实现，两个存储区的信息认证可以采用各自的安全控制电路或两个独立的安全芯片来完成，两个安全控制之间从工作顺序上处于先后次序，但在工作性质和功能上为并列存在的，且其相互之间或与读写器之间有相互认证及绑定关系。亦或者统一地由单个安全控制电路或安全控制芯片来实现，比如统一由机动车电子标识的非对称秘钥身份验证来实现认证。

具有兼容协议的射频识别车载装置由于同时具有ETC模块10及机动车电子标识模块20，可以应对任意一个具有RSU和/或机动车电子标识读写器的应用场景。当安装有上述射频识别车载装置的车辆经过RSU基站时，ETC模块经唤醒后（此处唤醒方式不限于14KHz方波唤醒、5.8GHz微波唤醒、920MHz射频唤醒、机身按键唤醒、蓝牙唤醒等其他唤醒方式），由ETC模块通过5.8GHz载波与RSU进行空口交互，OBE-SAM通过5.8GHz射频收发芯片与RSU以及RSU中的PSAM（Payment Security Access Module，消费安全控制模块）通信实现双向身份验证后，将OBE-SAM存储的车辆用于计费的信息发送给RSU，由RSU实现后台计费。

同时，ETC模块中的ESAM在处理单元的控制下，通过5.8GHz载波与RSU进行空口交互，ESAM与RSU中独立的机动车电子标识安全控制模块或与交通用PSAM整合的安全控制模块通信并实现双向身份验证后，将ESAM中存储的相关车辆注册信息发送给RSU，并在RSU端与计费信息合成为一股数据或分别发送至相应平台进行处理。因此，即使在仅有RSU存在的应用场景中，也可以实现单片式的高效记账计费，同时可以获取到经过车辆精准的车辆注册信息。

当安装有上述射频识别车载装置的车辆经过机动车电子标识读写器基站时，机动车电子标识读写器连续发出的920MHz-925MHz载波会激活机动车电子标识模块并向机动车电子标识模块提供能量。机动车电子标识模块首先获取到机动车电子标识读写器及其内置的机动车电子标识安全控制模块发来的身份验证请求指令和数据，并由自身的安全控制单元对其指令和数据进行响应，从而实现双向非对称密钥身份验证工作。验证通过后，在与射频识别车载装置维持上电并持续建链的情况下，机动车电子标识读写器读取到机动车电子标识模块的存储单元中的车辆注册信息等，并由机动车电子标识读写器对加密的信息进行处理。

同时，机动车电子标识读写器中的消费安全模块通过与机动车电子标识安全控制模块交互，或者直接通过机动车电子标识安全控制模块交互，从而读取到机动车电子标识模块的存储单元中的支付代号等，并由机动车电子标识读写器对加密的信息进行处理，将相应信息发送至相应平台进行计费处理。因此，即使在仅有机动车电子标识读写器存在的应用场景中，也可以实现车辆的高效管理，同时也可以实现相应的计费及支付操作。

在本实施方式中，射频识别车载装置的好处在于，由于采用了有源、无源两种标准的兼容硬件设计，可以应对各种应用场景或者设备中的部件或单元损坏，或有源的ETC模块发生无电或低电情况等，均可通过备选的电路进行射频识别及其处理，有效地实现了双重数据备份，每个模块中都可以独立地调用车辆注册信息和计费信息。具体地，可以支持ETC模块直接与RSU实现计费，RSU也可以直接通过ETC模块获得车辆注册信息；可以支持机动车电子标识读写器直接与机动车电子标识模块进行交互获得经过车辆身份，机动车电子标识读写器也可以直接通过机动车电子标识模块实现计费；在同时具有RSU和机动车电子标识读写器的应用场景中，还可以实现双向比对的效果，大大提高射频识别车载装置的耐用性、识读准确率和使用寿命。由于射频识别车载装置的灵活性，因此进一步可以针对ETC和机动车电子标识的优缺点，对RSU及机动车电子标识读写器进行特定的布局。比如，由于城市道路中拥堵比较严重，会无故耗费射频识别车载装置ETC模块的电量，不适宜采用ETC的射频识别，特别是有些车辆长期处于地下停车场也无法通过太阳能对ETC模块进行充电，此时可以只在城市道路中布设机动车电子标识读写器，车辆在停车场的计费管理中也可以是通过机动车电子标识读写器进行计费。而车辆行驶的高速公路上，往往设置RSU的位置相较于城市较为稀疏，同时长期在高速公路行驶的车辆都能够保证ETC模块具有充足的电量，此时可以在高速公路上布设RSU，通过RSU对车辆进行管理及高速收费，这样可以做到ETC与机动车电子标识的完美配合。

在优选的实施方式中，具有兼容协议的射频识别车载装置中，ETC模块与机动车电子标识模块放置于同一个射频识别车载装置腔体内。为了解决有源通信和无源通信相互之间的干扰，ETC模块与机动车电子标识模块固定设置、交错布局，比如机动车电子标识模块布设在射频识别车载装置的中间位置，而ETC模块布设在射频识别车载装置的四周位置，特别保证ETC天线和机动车电子标识天线不在重合的位置上，两个模块可分别独立工作，即各自与其对应空口协议的读写设备进行交互。本实施方式摒弃了传统应用中OBU与机动车电子标识独立运行的弊端，将两者合为一体并解决了兼容性问题，还克服了射频信号之间的干扰问题。

在更多的实施方式中，射频识别车载装置中的ETC模块和机动车电子标识模块还根据各自的特点及要求设计不同的防拆卸机关，ETC模块通过抵靠在车辆前挡风玻璃上的微动开关检测拆卸状态，当ETC模块拆卸时脱离前挡风玻璃，微动开关发生变化，就会向ETC模块中的处理单元发送拆卸信号，处理单元在数据帧中加入被拆卸的标志位，从而使射频识别的RSU收到信息时采取相应的处理措施，后期也可通过再次发行、再次激活等方式清除掉相应的被拆卸状态。而机动车电子标识模块则采用的是拆卸即毁的方式，即机动车电子标识模块如果被强行拆除后，就无法再工作了，必须重新替换。具体地，机动车电子标识模块中，连接的机动车电子标识天线和标签芯片通过黏贴结构固定在标签基板上，使得撕毁相应机动车电子标识模块时同时破坏掉机动车电子标识天线和标签芯片之间的连接关系。上述两种防拆卸机制还可以进一步进行联动，不仅可以大大降低射频识别车载装置拆卸的几率，而且即使拆卸掉一个模块，还可以通过另一个模块进行射频识别，并通过交互获得相应模块被拆卸的情况。

综上所述，本实用新型通过在原有空口交互的基础上，设置ESAM、OBE-SAM与处理单元联动，保证对ETC和机动车电子标识两种射频识别模式的支持。本实用新型可以同时支持ETC和机动车电子标识的射频识别，实现了信息共享，拓展了应用场景。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有兼容协议的射频识别车载装置，包括ETC模块，其特征在于，所述ETC模块包括顺次连接的ETC天线、ETC射频收发单元及处理单元，所述处理单元通过ETC射频收发单元、ETC天线对收发的射频识别信号进行处理；

连接所述处理单元的OBE-SAM，用于ETC计费交互的安全控制；

连接所述处理单元的ESAM，用于机动车电子标识信息交互的安全控制；

电源单元，用于为所述ETC模块提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的具有兼容协议的射频识别车载装置，其特征在于，所述ETC模块还包括连接所述处理单元的接口单元，用于接收外部的激活信号，透过处理单元对所述OBE-SAM和/或ESAM进行激活。

3.根据权利要求2所述的具有兼容协议的射频识别车载装置，其特征在于，所述接口单元包括USB通信接口电路和/或蓝牙通信电路。

4.根据权利要求1所述的具有兼容协议的射频识别车载装置，其特征在于，所述电源单元还包括太阳能充电电路，在车辆处于光照时，为所述电源单元进行充电。

5.根据权利要求1所述的具有兼容协议的射频识别车载装置，其特征在于，所述机动车电子标识信息交互的安全控制包括实现非对称密钥身份验证及调用存储的车辆注册信息。

6.根据权利要求1所述的具有兼容协议的射频识别车载装置，其特征在于，所述处理单元还连接所述ETC模块外部设置的按键，以接收相应的唤醒和/或复位触发指令。

7.根据权利要求1所述的具有兼容协议的射频识别车载装置，其特征在于，所述射频识别车载装置还包括机动车电子标识模块，所述机动车电子标识模块包括标签芯片及连接所述标签芯片的机动车电子标识天线，与所述标签芯片联动设置有安全控制单元、存储单元，以实现机动车电子标识的射频识别。

8.根据权利要求7所述的具有兼容协议的射频识别车载装置，其特征在于，所述存储单元至少包括用于存储车辆注册信息的第一存储区及用于存储支付代号的第二存储区。

9.根据权利要求7所述的具有兼容协议的射频识别车载装置，其特征在于，所述ETC模块与机动车电子标识模块固定设置、交错布局，以隔离相互之间的干扰。

10.根据权利要求7所述的具有兼容协议的射频识别车载装置，其特征在于，所述ETC模块通过抵靠在车辆前挡风玻璃上的微动开关检测拆卸状态，所述机动车电子标识模块通过设置拆卸即毁结构实现防拆。