具有路径识别功能的电子不停车收费系统.pdf

本发明公开了一种具有路径识别功能的电子不停车收费系统，它包括路侧天线设备、路侧标识站设备、车载单元以及与车载单元相连接的双界面CPU卡，所述的路侧天线设备中，高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、数据存储单元和供电控制单元与主控制器相连接；高频天线单元与高频控制器相连接；计算机控制单元与管理接口单元相连接，在所述的路侧天线设备中，还包括中频天线单元和中频控制器，中频控制器与主控制器相连，中频天线单元与中频控制器相连。本发明由于采用上述技术方案，使之具有如下优点：可以记录多条路经信息；支持编程；使得电子不停车收费系统ETC与多路经识别系统相互兼容；上下行频率分开，抗干扰性强，保密性好。

1、  一种具有路径识别功能的电子不停车收费系统，它包括路侧天线设备、路侧标识站设备、车载单元以及与车载单元相连接的双界面CPU卡，所述车载单元分别与路侧天线设备和路侧标识站设备无线连接；所述的路侧天线设备包括主控制器、高频天线单元、高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、计算机控制单元、数据存储单元和供电控制单元；其中，高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、数据存储单元和供电控制单元与主控制器相连接；高频天线单元与高频控制器相连接；计算机控制单元与管理接口单元相连接，其特征在于：在所述的路侧天线设备中，还包括中频天线单元和中频控制器，中频控制器与主控制器相连，中频天线单元与中频控制器相连。

2、  根据权利要求1所述的具有路径识别功能的电子不停车收费系统，其特征在于：所述的车载单元包括有主控制器、高频天线单元、中频天线单元、高频控制器、中频控制器、IC卡专用接口、低频控制器、管理接口系统、加密解密单元、显示控制单元、数据存储单元、供电控制单元构成；其中，高频天线单元与高频控制器相连接，中频天线单元与中频控制器相连接，IC卡专用接口与低频控制器相连接，高频控制器、中频控制器、低频控制器、管理接口系统、加密解密单元、显示控制单元、数据存储单元及供电控制单元分别与主控制器相连接。

3、  根据权利要求1或2所述的具有路径识别功能的电子不停车收费系统，其特征在于：路侧标识站设备包括主控制器、中频天线单元、中频控制器、管理接口单元、加密解密单元、卫星校时单元、数据存储单元和供电控制单元构成；其中，中频控制器、管理接口单元、加密解密单元、卫星校时单元、数据存储单元和供电控制单元与主控制器相连接；中频天线单元与中频控制器相连接。

具有路径识别功能的电子不停车收费系统
技术领域
本发明涉及一种交通及物流智能化系统，尤其是涉及一种具有路径识别功能和抗干扰功能的电子不停车收费系统。
背景技术
目前，多路经识别技术是目前智能化交通ITS领域中的重要课题，是实现车辆行使和道路管理智能化的重要手段，也是高速公路收费的重要依据。多路经识别技术因其能够实现车辆行驶路径标识的功能，使车辆行驶和道路管理智能化、信息化，在提供交通效率、改善道路交通环境和节约交通能源方面具有重要的意义。
电子不停车收费系统(ETC)是目前世界上最先进的收费系统，是智能交通系统的服务功能之一，过往车辆通过道口时无须停车，即能够实现自动收费。它特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下使用。近几年我国的电子不停车收费系统的研究和实施取得了长足的发展，部分项目稳定运行多年。但在实践中发现，随着多路经识别技术的发展，电子不停车收费系统(ETC)与多路经识别系统不兼容，影响了电子不停车收费系统的使用。
多路径识别设备目前已经实现产品化，部分项目已经进入试运行阶段，目前多路径识别设备采用的手段有图像识别法和电子标签识别法。
在申请号为200710055079.8的发明专利和申请号为200720091720.9的实用新型专利中，电子不停车收费系统中的车载单元OBU和路侧天线设备RSU之间的通讯采用上下行频率一致的方式，均采用5.8GHZ。这样，信息容易被识别，其保密性和抗干扰能力大大降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有路径识别功能和抗干扰功能的电子不停车收费系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明包括路侧天线设备、路侧标识站设备、车载单元以及与车载单元相连接的双界面CPU卡，上述车载单元分别与路侧天线设备和路侧标识站设备无线连接；上述的路侧天线设备包括主控制器、高频天线单元、高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、计算机控制单元、数据存储单元和供电控制单元；其中，高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、数据存储单元和供电控制单元与主控制器相连接；高频天线单元与高频控制器相连接；计算机控制单元与管理接口单元相连接，在上述的路侧天线设备中，还包括中频天线单元和中频控制器，中频控制器与主控制器相连，中频天线单元与中频控制器相连。
上述的车载单元包括有主控制器、高频天线单元、中频天线单元、高频控制器、中频控制器、IC卡专用接口、低频控制器、管理接口系统、加密解密单元、显示控制单元、数据存储单元、供电控制单元构成；其中，高频天线单元与高频控制器相连接，中频天线单元与中频控制器相连接，IC卡专用接口与低频控制器相连接，高频控制器、中频控制器、低频控制器、管理接口系统、加密解密单元、显示控制单元、数据存储单元及供电控制单元分别与主控制器相连接。
路侧标识站设备包括主控制器、中频天线单元、中频控制器、管理接口单元、加密解密单元、卫星校时单元、数据存储单元和供电控制单元构成；其中，中频控制器、管理接口单元、加密解密单元、卫星校时单元、数据存储单元和供电控制单元与主控制器相连接；中频天线单元与中频控制器相连接。
本发明由于采用上述技术方案，使之具有如下优点：
1、可以记录多条路经信息；
2、支持编程；
3、使得电子不停车收费系统ETC与多路经识别系统相互兼容；
4、上下行频率分开，抗干扰性强；双频通讯，保密性好；通信速度快，车辆通行速度高；适应性好，适用范围广；通讯范围可调，可适用于自由流车道。
附图说明
图1是本发明中车载单元的原理框图；
图2是本发明中路侧标识站原理框图；
图3是本发明中路侧天线设备原理框图；
图4是本发明中车载单元的输入输出控制的电路原理框图；
图5是本发明中车载单元的电源控制和端口1的电路原理框图；
图6是本发明中车载单元的电源控制和端口2的电路原理框图；
图7是本发明中车载单元的高频控制1的电路原理框图；
图8是本发明中车载单元的高频控制2的电路原理框图；
图9是本发明中车载单元的主控制1的电路原理框图；
图10是本发明中车载单元的主控制2的电路原理框图；
图11是本发明中车载单元的主控制3的电路原理框图；
图12是本发明中车载单元的系统原理框图。
具体实施方式
实施例1
本发明包括路侧天线设备、路侧标识站设备、车载单元以及与车载单元相连接的双界面CPU卡，所述车载单元分别与路侧天线设备和路侧标识站设备无线连接；所述的路侧天线设备包括主控制器、高频天线单元、高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、计算机控制单元、数据存储单元和供电控制单元；其中，高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、数据存储单元和供电控制单元与主控制器相连接；高频天线单元与高频控制器相连接；计算机控制单元与管理接口单元相连接，在所述的路侧天线设备中，主控制器与中频控制器相连，中频控制器与中频天线单元相连。
目前应用于多路径识别系统的产品多使用的频率为433M频段，915M频段以及2.8G频段，而电子不停车收费系统使用的频率为5.8G频段，与多路径识别系统产品的频段不会产生相互干扰。在本发明中，在路侧天线设备中，增加了中频控制器和中频天线单元，这样，在有效集成路径识别功能的情况下，电子不停车收费系统中的车载单元OBU和路侧天线设备RSU间的通讯采用上下行频率分开的方式，下行频率5.8GHz，上行为路径识别系统频率，采用低于5.8GHz的开放中频频段，由此上下行频率分开，增强了抗干扰性能；双频通讯，保密性好；通信速度快，车辆通行速度高；适应性好，适用范围广；通讯范围可调，可适用于自由流车道。
在电子不停车收费系统中的车载单元OBU上面，增加多路径识别模块，使之能够接收路侧标识站设备发出的路径信息，并且把信息写入到双界面CPU卡中存储起来。
本发明的工作原理
车辆上面安装车载单元OBU+双界面CPU卡，车载单元OBU和双界面CPU卡非接触连接。
进站方式一：
进入收费站的时候在电子不停车收费专用通道中经过，和路侧天线设备RSU通讯，在双界面CPU卡上面写入车辆的上站信息。
进站方式二：
进入收费站的时候在普通车道中经过，拔出双界面CPU卡交给收费人员，通过车道读卡器在双界面CPU卡上面写入车辆的进站信息，然后把双界面CPU卡插入到车载单元OBU中。
路径标识：
当车辆经过路侧标识站设备时车载单元OBU和路侧标识站设备进行通讯，接收标识站发出的路径信息，把接收到的路径信息写入双界面CPU卡中；并且车载单元OBU发出车辆信息，路侧标识站设备记录车载单元OBU发出的车辆信息。每经过一个路侧标识站设备就进行以上的动作过程。
出站方式一：
当车辆出站时，车载单元OBU+双界面CPU卡与出站口的路侧天线设备RSU进行通信，把双界面CPU卡中记录的车辆信息和路径信息发送给路侧天线设备RSU，路侧天线设备RSU与车道计算机通讯，根据车辆信息和路径信息计算通行费额度，并且从双界面CPU卡中扣除相应的金额，完成整个交易过程。
出站方式二：
如果出站时路侧天线设备RSU出现故障，不能进行交易，可以拔出双界面CPU卡交给收费人员，通过车道读卡器读出双界面CPU卡中记录的车辆信息和路径信息，根据车辆信息和路径信息计算通行费额度，并且从双界面CPU卡中扣除相应的金额，完成整个交易过程。
电子不停车收费系统ETC原理图说明：
U1为主控制芯片，控制整个系统的稳定运行，负责接受系统各部件请求，处理各部件数据，向他们发送命令。U3周围电路组成主控制器的复位电路，监视主控制器的运行，在必要时刻强迫其复位，J1为U1的调试端口，下载程序，调试正常运行。J2是下载短接接口。
微波部分，采用通用的5.8GHz微波频段，U2是微波收发控制芯片，通过SMA接口方式连接一个5.8GHz的天线，与收费站安装的收费控制单元RSU进行无线通信，通信距离达到13m，实现不停车收费。U2接收的微波信号，经过信号处理芯片U4处理成主控制可以接收的数字信号，送给主控制器进行处理。同样，从主控制器发送出来的基带信号经过U4处理成为适合无线传输的微波信号，从U2的发送端口发送出去。J4是信号处理芯片的调试端口，通过它完成信号处理程序的调试与下载。
U5，U7，U8组成电源控制与管理电路，负责各个部分的电源供电和电源通断管理。确保电路供电正常，又可以达到省电目的。
CPUCARD是数据安全的保障，数据加密，多重密钥认证确保数据安全。
D4，D5，D6，J7以及周围电路组成本系统的状态指示单元，其中，D4，D5为状态指示灯，D6为蜂鸣器接口，提供声音提示，J7是显示接口，外接液晶显示屏。
实施例2
本发明包括路侧天线设备、路侧标识站设备、车载单元以及与车载单元相连接的双界面CPU卡，所述车载单元分别与路侧天线设备和路侧标识站设备无线连接；所述的路侧天线设备包括主控制器、高频天线单元、高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、计算机控制单元、数据存储单元和供电控制单元；其中，高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、数据存储单元和供电控制单元与主控制器相连接；高频天线单元与高频控制器相连接；计算机控制单元与管理接口单元相连接，在所述的路侧天线设备中，主控制器与中频控制器相连，中频控制器与中频天线单元相连。
本发明中车载单元包括有主控制器、高频天线单元、中频天线单元、高频控制器、中频控制器、IC卡专用接口、低频控制器、管理接口系统、加密解密单元、显示控制单元、数据存储单元、供电控制单元构成；其中，高频天线单元与高频控制器相连接，中频天线单元与中频控制器相连接，IC卡专用接口与低频控制器相连接，高频控制器、中频控制器、低频控制器、管理接口系统、加密解密单元、显示控制单元、数据存储单元及供电控制单元分别与主控制器相连接。
工作原理同实施例1，但是车辆上面安装的车载单元OBU和双界面CPU卡为接触连接。
实施例3
本发明包括路侧天线设备、路侧标识站设备、车载单元以及与车载单元相连接的双界面CPU卡，所述车载单元分别与路侧天线设备和路侧标识站设备无线连接；所述的路侧天线设备包括主控制器、高频天线单元、高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、计算机控制单元、数据存储单元和供电控制单元；其中，高频控制器、管理接口单元、加密解密单元、数据存储单元和供电控制单元与主控制器相连接；高频天线单元与高频控制器相连接；计算机控制单元与管理接口单元相连接，在所述的路侧天线设备中，主控制器与中频控制器相连，中频控制器与中频天线单元相连。
本发明中车载单元包括有主控制器、高频天线单元、中频天线单元、高频控制器、中频控制器、IC卡专用接口、低频控制器、管理接口系统、加密解密单元、显示控制单元、数据存储单元、供电控制单元构成；其中，高频天线单元与高频控制器相连接，中频天线单元与中频控制器相连接，IC卡专用接口与低频控制器相连接，高频控制器、中频控制器、低频控制器、管理接口系统、加密解密单元、显示控制单元、数据存储单元及供电控制单元分别与主控制器相连接。
本发明中路侧标识站设备包括主控制器、中频天线单元、中频控制器、管理接口单元、加密解密单元、卫星校时单元、数据存储单元和供电控制单元构成；其中，中频控制器、管理接口单元、加密解密单元、卫星校时单元、数据存储单元和供电控制单元与主控制器相连接；中频天线单元与中频控制器相连接。
工作原理同实施例1。