CN2924487Y - 利用射频识别(rfid)技术实现的机动车辆定位导航装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种利用射频识别(RFID)技术对机动车辆实现定位导航的技术。具体可在交通道路口、路基或者其他车辆经过的合适位置的地方，安装RFID装置，例如非接触IC卡，在车辆内安装射频感应收发装置，由射频识别收发装置通过无线射频方式读取各道路口的射频识别标志对应的信息，配合电子地图实现机动车辆定位导航，解决了GPS导航技术复杂、成本高的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于定位导航处理技术领域，具体涉及一种利用射频识别(RFID)技术来实现机动车辆定位导航的处理装置。
背景技术
随着集成电路技术的发展，特别是非接触IC技术的发展，目前利用射频识别(RFID)技术来对重要物品进行识别已经非常成熟，将射频识别(RFID)标志安装在需要识别的物品中，通过相应的检测设备，就可方便地识别该物品。此外射频识别(RFID)技术还有多种应用领域，高速公路的不停车自动收费、铁路机车车辆识别与跟踪、集装箱识别与跟踪、出入门禁管理、动物识别、跟踪等等。但目前尚无利用射频识别(RFID)技术来实现机动车辆的定位导航系统。
目前机动车辆的定位导航技术最常用的是全球定位(GPS)系统。GPS系统是由24颗高度为两万公里的卫星组成，它们以6个不同的运行轨道运行，可提供全球范围从地面到9000公里高空之间任一载体的高精度的三维位置、三维速度和精确的时间信息。安装在车辆上的车载单元只要能收到来自三颗卫星的定位信号，就可定出该辆车的经、纬度位置和时间信息，配合电子地图就可实现机动车辆的导航。
GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。
但是GPS系统在室内或市区主要楼群间等卫星信号接受不好的地区其性能和可用性都表现出急剧地下降；其定位速度也相对较慢，在实施部署上也比较昂贵。尽管最近在GPS技术上取得了显著的改进，但是这些问题仍然显著影响着解决方案的成本，可用性和性能。
GPS系统虽然可以比较精确解决车辆定位及导航问题，但其最大的缺点是技术复杂并且成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种低成本的即利用射频识别(RFID)技术来达到机动车辆的定位导航。从而可解决目前射频识别(RFID)只能解决物品识别及非实时自动跟踪而GPS系统在定位技术中的技术复杂成本高问题。
本实用新型的基本原理是：RFID(Radio Frequency Identification)射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米。
射频识别(RFID)一般为非接触方式集成电路(IC)卡，其对应的读卡器通过配置的天线发送出一定频率的射频信号，产生磁场，当安装有非接触方式集成电路(IC)卡的物品进入有效范围时，非接触方式集成电路(IC)卡内的导线绕组产生感应电流从而获得能量，并可根据读卡器的指令发送出自身编码等信息，被读卡器读取后解码并经数据处理装置处理，通过无线信道或有线信道发送至调度监控中心，根据安装在各物品经过位置的读卡器读取的位置及时间信息，就可确定物品目前所处的位置。
本实用新型提出的机动车辆定位导航装置，其基本结构如图1所示。该装置由安装在车辆的射频收发装置(2)、连接收发装置(2)的数据收集处理装置(3)、放置在车辆经过的各道路口、路基或者其他车辆经过的合适位置的存有地理位置、道路和其他相关信息的射频识别标志(1)组成，由收发装置(2)通过无线射频方式读取各道路口的射频识别标志(1)对应的信息，配合电子地图就可实现机动车辆定位导航。
上述的射频识别标志(1)即为非接触方式的集成电路(IC)卡(4)，卡中内置与道路口位置对应的数字编码及相关信息，数字编码所包含的用作定位、导航的信息主要有：绝对地理坐标，国家及地区标志，定位、导航系统设定的专用标志。当然还包括许多辅助信息，例如(IC)卡的安装时间等等，具体信息量及内容可根据实际应用系统的需要来确定。上述信息可通过专用的读写装置进行设置或修改，例如通过在车辆上安装专用的读写设备，经过各安装(IC)卡的道路口，就可完成数字编码信息的设置或修改。
上述的射频收发装置(2)即为射频天线(5)，向非接触方式的集成电路(IC)(4)卡耦合能量提供集成电路(IC)卡工作电源并接收集成电路(IC)卡中内置的数字编码及相关信息；上述的数据收集处理(3)由非接触方式集成电路(IC)卡(4)卡读卡器装置(6)、数据处理装置(7)组成；上述的数据处理装置(7)由电源电路(8)、时钟电路(9)、单片微控制处理器(MCU)电路(10)、存储器电路(11)、SAM_CARD电路(12)、读卡器接口电路(13)、显示器模块(14)组成；上述电源电路(8)主要提供本装置以及读卡器装置(6)的工作电源、时钟电路(9)主要提供本装置MCU、SAM_CARD电路(12)等所需要时钟脉冲、单片微控制处理器(MCU)电路(10)作为本装置的中央处理单元，应用程序存储在MCU内置的FLASH RAM中、存储器电路(11)主要存储系统工作数据包括电子地图等、SAM_CARD电路(12)主要提供本装置的安全认证、读卡器接口电路(13)连接到读卡器装置(6)、显示器模块(14)完成导航数据包括电子地图的显示。
由于本实用新型的特出特点是将射频识别标志(1)放置在车辆经过的各道路口，因此，该技术配合电子地图就可实现无需网络系统的机动车辆定位导航。具有成本低廉、简单可靠的明显优点。如再在本文所述的车载数据收集装置上配上无线通信系统(如：短消息模块，GPRS等)，同时在放置射频识别标志的各道路口安置射频识别标志收发装置，将各道路口所有的射频识别标志收发装置通过有线或无线的方式构成网络，可同时达到实时定位以及机动车辆流量的收集、统计、分析和处理。将有关数据发送至车载数据收集装置上，使驾驶员能够了解更多的路况信息(如：前方道路拥挤程度等)，以更好地选择行车路线，达到智能导航的功能。
本实用新型虽然不能精确定位车辆在二个路口之间的位置，但结合安装在机动车辆内数据收集处理(3)中的时间系统，可以估算出车辆在二个路口之间的位置，这样的定位导航应该可以满足普通车辆的定位要求，其特出的优点是可大大降低成本和技术的复杂度，特别是在道路口只需要放置一成本极低的非接触IC卡，同时带来了可收集、统计、分析、处理车辆流量的数据，为解决城市交通拥挤提供了强有力的数据资源。
附图说明
图1为机动车辆定位导航技术的原理示意图；
图2为车载数据收集处理装置的原理框图；
图3为车载数据处理装置的原理框图；
图4为车载数据处理装置的电原理图；
图5为车载数据处理装置工作流程图；
附图标号：1为放置在路口或路基基其他适当位置的射频识别(RFID)标志装置、2为放置在车辆上的射频收发装置、3为数据收集处理装置、4为非接触方式集成电路(IC)卡、5为射频天线、6为非接触方式集成电路(IC)卡读卡器装置、7为数据处理装置、8为电源电路、9为时钟电路、10为单片微控制处理器(MCU)电路、11为存储器电路、12为SAM_CARD电路、13为读卡器接口电路、14为显示器模块。
具体实施方式
A.车载数据收集处理装置的实施：如图2所示，包括二部分，一为射频收发装置(2)即射频天线(5)，可采用符合国际标准的相应射频天线。二为数据收集处理装置(3)，包括二部分，一为非接触方式集成电路(IC)卡读卡器装置(6)，可采用符合国际标准的相应的读卡器装置，例如可选ALIEN的915 RFID READER；
二为数据处理装置(7)，对应的原理框图如图3所示，为典型的单片微控制处理器应用，包括电源电路(8)、时钟电路(9)、单片微控制处理器(MCU)电路(10)、存储器电路(11)、SAM_CARD电路(12)、读卡器接口电路(13)、显示器模块(14)组成。
图4为对应的电原理图，图中，BR1为整流模块，U10/7805为稳压模块，通过电容c15、c14、c16共同完成对通过J1/POWER接口输入的交流220电压的整流、滤波及稳压，提供本装置的5V直流供电，U5/AS1117为一输出3.3V的稳压模块，提供本装置的3.3V直流供电；
U1/IMP706为电源及看门狗监控模块，完成直流供电及MCU的工作监控；
U2/68HC908GP32为微控制处理单元，U3/K9F2808Q0B为FLASH存储器，主要存放工作程序有关数据，通过分压下拉电阻RP1、RP2、RP3、RP4与U2连接、由晶体振荡器Y1与电容C1、C2、电阻R1、R2共同组成微控制处理单元的时钟振荡电路、U4/MAX232为标准232串行接口控制电路，直接连接微控制处理单元，并通过J3/CON4接口连接至读卡器装置(6)、SOCKET1/SAM_CARD为安全认证模块，直接连接微控制处理单元，主要提供本装置的安全认证功能、微控制处理单元通过接口J2/CON18连接至液晶显示器模块(14)/GPG322401T；
由晶体振荡器Y2、U6B、U6C、U6D逻辑门电路及电容C11电阻R16、R17组成的振荡器电路，通过由U7B、U7C、U7D逻辑门电路组成的选择电路，完成有微控制处理单元送出的控制信号CLK_SEL1及ECK1的选择及同步，输出CLK1信号作为SOCKET1/SAM_CARD的时钟信号；
B.本实用新型装置的整体实施：
采用符合国际标准的非接触式IC卡，及其对应的读卡器装置(6)，将射频收发装置(2)即射频天线(5)安装在车辆的挡风玻璃上或其他合适的地方，例如车辆底座下方，并连接到数据收集处理装置(3)中的非接触方式集成电路(IC)卡读卡器装置中(6)，在道路口、路基或者其他车辆经过的合适位置安装射频识别标志(1)即为非接触方式的集成电路(IC)卡(4)。
当安装有数据收集处理装置(3)的车辆进入道路口非接触方式集成电路(IC)有效范围时，数据收集处理装置(3)中的(IC)卡读卡器通过射频天线(5)送出一定频率的射频信号，非接触方式集成电路(IC)卡产生感应电流从而获得能量，发送出内置道路口位置编码及相关信息通过天线被读卡器装置中(6)读取、解码、并可被保存和显示，配合数据收集处理装置(3)中的电子地图就可显示出目前车辆所处什么道路口。
当安装有数据收集处理装置的车辆经过安装有非接触方式集成电路(IC)卡的路面时，读卡器装置6射频天线5向IC卡耦合能量，使其上电复位，进入等待状态，在此状态下可正确收发和响应读卡器发送的询卡/应答指令，并进行防冲突、相互认证、读、写、传输等操作。
当非接触式IC卡接收到读卡器的指令后，经过指令译码，通过控制逻辑进行数据处理，并返回相应的处理结果。非接触方式集成电路(IC)卡读卡器读取进入磁场范围的装有非接触方式集成电路(IC)卡上的数据，由读卡器完成冲突检测和相互认证，将获取的数据送至数据处理装置(7)，由数据处理装置对数据进行处理，识别其定位信息，结合预存的地理信息即电子地图，完成导航功能。
结合数据处理装置的电原理图4及其工作流程图5，进一步描述本实施方案：
其工作过程是：电路首先完成初始上电复位后，MCU读取SAM卡中的信息，确认本装置的合法身份，然后再开始工作。读卡器通过天线对沿路经过的射频识别卡进行询卡操作，发现有射频识别卡进入读卡器可操作范围内时，进行防冲突处理(也可省略)，然后发出选择命令，相关的射频识别卡被选中，进行相互认证后判断该卡是否为包含道路定位信息的合法的射频识别卡，MCU读取相关的道路信息，然后存储至FLASH RAM(K9F2808)，读取预先存储在FLASH RAM中的电子地图数据，与道路信息进行比较，确定当前的位置，并可有内置的算法计算出到达目的地的最佳行车路线，然后刷新在液晶显示屏上的车辆位置和行车路线方案显示，所显示的行车路线方案可供驾驶员自由选择，达到智能导航的目的。
Claims (5)
1、一种利用射频识别(RFID)技术实现的机动车辆定位导航装置，其特征是，该装置由安装在车辆的射频收发装置(2)、数据收集处理装置(3)以及放置在车辆经过的各道路口、路基或者其他车辆经过的合适位置的射频识别标志(1)组成，其中，收发装置(2)与数据收集处理装置(3)直接连接，由收发装置(2)通过无线射频方式读取各道路口的射频识别标志(1)对应的信息，并送到数据收集处理装置(3)进行处理，通过对上述信息的处理，配合安置在处理装置(3)内的电子地图实现机动车辆定位导航。
2、根据权利要求1所述的导航装置，其特征是，上述的射频识别标志(1)为非接触方式的集成电路(IC)卡(4)，卡中内置与道路口位置对应的数字编码。
3、根据权利要求1或2所述的导航装置，其特征是，上述的射频收发装置(2)为一射频天线(5)，向非接触方式的集成电路(IC)(4)卡耦合能量提供集成电路(IC)卡工作电源并接收集成电路(IC)卡中内置的数字编码信息。
4、根据权利要求1所述的导航装置，其特征是，上述的数据收集处理装置(3)由非接触方式集成电路(IC)卡读卡器装置(6)、数据处理装置(7)组成。
5、根据权利要求1或4所述的导航装置，其特征是，上述的数据处理装置(7)由电源电路(8)、时钟电路(9)、单片微控制处理器(MCU)电路(10)、存储器电路(11)、SAM_CARD电路(12)、读卡器接口电路(13)、显示器模块(14)组成；上述电源电路(8)主要提供本装置的以及读卡器装置(6)的工作电源，时钟电路(9)主要提供本装置MCU电路(10)、SAM_CARD电路(12)等所需要时钟脉冲，单片微控制处理器(MCU)电路(10)作为本装置的中央处理单元，其工作程序存储在MCU内置的FLASH RAM中，存储器电路(11)主要存储系统工作数据包括电子地图，SAM_CARD电路(12)主要提供本装置的安全认证，读卡器接口电路(13)连接到读卡器装置(6)，显示器模块(14)完成导航数据包括电子地图的显示。
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