专利名称：一种车载路网收费设备及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种车载路网收费设备，特别涉及不停车收费系统(ETC)中的收费设备。
背景技术：
现阶段路网收费方式主要有传统的人工收费、使用接触式IC卡的半自动收费方式和使用ETC系统的不停车收费方式，ETC系统是自动化程度最高和收费效率最高的路网收费方式。ETC系统运用在车辆不断增多的高速公路收费口中较大程度地提高了收费速度，可以允许车辆快速通过；与传统的人工收费比较，ETC系统减少了因人工收费和半自动收费方式的效率低下导致交通堵塞，从而降低路网的运营压力，提高路网的运营效率；其高效 性和快捷性逐渐被人们所认识和推广。目前ETC收费系统的工作过程是指由安装在车辆上的车载电子标签与安装在高速公路不停车收费车道的专用微波通讯基站(路侧读写设备)进行短程通讯和信息交换的无线信息通信过程，若将车辆设备的参数和驾驶员信息等装载在车载电子标签内，通过路侧读写设备与车载电子单元之间的无线数据通讯则可以实现移动车辆的自动识别。其中，我国现选用的无线数据传输频段为超高频频段5. SGHz信号，这种频段由于波长比较大使其雨衰的影响不是特别的大，但是遇到玻璃或金属的阻隔会导致信号产生较大的衰减，使得依赖于该信号传输的设备无法正常运行。如市场上一些车辆的车窗玻璃材料中含有多种金属材料，其目的是为了隔绝紫外线、热量。由于车载电子标签通常安装在车窗上并透过车窗玻璃与外界进行通讯，然而含有金属材料的玻璃会造成5. SGHz无线信号的衰减，更有些车辆(尤其是高档车)安装具有防弹功能的特殊玻璃，使5. 8GHz无线信号衰减更厉害。因此，这些车辆在经过ETC专用通道时，由于5. SGHz无线信号被严重衰减，使得安装在车内电子标签的接收装置无法接收足够的信号，即车载电子标签不能被唤醒，导致车载电子标签不能进入交易状态。如何在普通的车载电子标签上做技术改进，使车载电子标签在具有特殊玻璃的车辆也能正常使用，是人们亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了克服以上不足而提供一种分体式车载路网收费设备。为了达到本发明的目的，这种车载路网收费设备包括用于安装在车辆外部的中继装置和用于安装在车辆内部的电子标签，中继装置包括接收前端无线信号的接收电路和发送唤醒信号的发射电路，电子标签包括接收唤醒信号的唤醒电路及系统单元，唤醒电路接收中继装置的发射电路发出的唤醒信号。通过中继装置转换穿透性强的信号达到电子标签唤醒和交易的目的。优选地，中继装置由依次连接的第一供电单元、接收电路、发射电路和连接于第一供电单元与发射电路之间的第一电子开关组成，且第一电子开关和接收电路连接，其中接收电路包括第一唤醒电路和第一微处理器。此设计使得当接收电路处于休眠状态时，第一电子开关处于开启状态，发射电路停止工作；当唤醒单元被激活时，第一电子开关处于闭合状态，发射电路开始工作；该原理能较大程度的延长第一供电单元的寿命，也使得中继装置的寿命整体得到提闻。优选地，以上第一唤醒电路为5. 8GHz唤醒电路，发射电路为特高频433MHz发射电路。优选地，电子标签由依次连接的第二供电单元、唤醒单元、系统单元和连接于第二供电单元与系统单元之间的第二电子开关组成，且第二电子开关和唤醒单元连接，其中唤醒单元包括第二唤醒电路和第二微处理器。此设计使得当唤醒单元处于休眠状态时，第二电子开关处于开启状态，系统单元停止工作；当唤醒单元被激活时，第二电子开关处于闭合状态，系统单元开始工作；该原理能较大程度的延长第二供电单元的寿命，也使得电子标签的寿命整体得到提闻。优选地，以上第二唤醒电路为433MHz唤醒电路。优选地，系统单元由IC卡读写电路、收发电路、声光电路、显示电路和安全模块组成。优选地，收发电路为5. SGHz收发电路。此电路设置保证了电子标签准确的将交易反馈信号发送到路侧读写设备上，最终完成交易。本发明的另一目的是提供一种车载路网收费设备的使用方法，其步骤如下由安装于车辆外部的中继装置中的接收电路接收收费站台上微波读写天线发出的前端无线信号；然后由中继装置中发射电路发出唤醒信号；安装于车辆内部的电子标签中的唤醒电路接收来自发射电路发送的唤醒信号；最后由电子标签中的系统单元的收发电路向微波读写天线发送反馈信号。完成一次电子标签与微波读写天线的信号交易。这里所指前端无线信号和收发电路向微波读写天线发送的反馈信号是超高频信号，唤醒信号是相对波长小、绕射性更强的特高频信号。更具体地说，微波读写天线发出的前端无线信号是5. SGHz信号，发射电路发送的唤醒信号是433MHz信号，收发电路向微波读写天线发送的反馈信号是5. SGHz信号。本发明的优点在于，该设备分别在车内与车外的电子标签与中继装置之间建立了独立的且穿透性和绕射性强的无线通信关系，中继装置先将接收的5. SGHz前端无线信号转换成433MHz唤醒信号发送给电子标签，电子标签通过接收433MHz唤醒信号来唤醒其进入交易状态；可以满足在5. SGHz信号衰减不能穿透特殊材质的车辆玻璃时，通过中继装置与车内的电子标签建立通信，即使得电子标签能够与路侧读写设备通信，保证了路网收费交易安全、实时、有效的进行；同时提高了 ETC系统应用的可靠性和安全性，使得ETC系统在路网收费系统中得到更广泛的运用，一定程度上促进了 ETC系统的发展。
图I是中继装置的电路原理框图。图2是电子标签的电路原理框图。图3是本发明车载路网收费设备应用示意图。
具体实施例方式以下将结合附图对车载路网收费设备的具体实施方式
作进一步详述如图I至图3所示，本发明专利车载路网收费设备包括两部分第一部分安装在车辆3外部的中继装置1，该中继装置I包括接收收费站台上微波读写天线4发射的前端无线信号的接收电路12和发送唤醒信号的发射电路13 ;第二部分安装在车辆3内部的电子标签2，该电子标签2包括接收唤醒信号的唤醒电路22及系统单元23，唤醒电路22用于接 收中继装置的发射电路13发出的唤醒信号。中继装置I的电路原理框图如图I所示，从图中可以看出，中继装置I由依次连接的第一供电单元11、接收电路12、发射电路13和连接于第一供电单元11与发射电路13之间的第一电子开关组成10，且第一电子开关10和接收电路12连接，其中接收电路12包括第一唤醒电路121和第一微处理器122。同时结合图3，本车载路网收费设备的中继装置I整体安装在车辆3外部，比如设于前部车牌安装处旁边，该中继装置I的内部具有的第一供电单元11能保证中继装置I稳定工作。当装有中继装置I的车辆3进入ETC车道时，该装置中接收电路12的5. 8GHz第一唤醒电路121，能迅速有效地接收设置于收费站台上的微波读写天线4发出的5. SGHz频段的前端无线信号，通过第一唤醒电路121把无线信号转换为电信号后传输给第一微处理器122,然后由第一微处理器122发出电信号控制第一电子开关10闭合，同时第一微处理器122向中继装置I的发射电路13传输工作信号，此时第一供电单元11与发射电路13形成通路，发射电路13开始工作。所述的发射电路13为433MHz的发射电路13，该发射电路13开始工作后便向车体内的电子标签发送433MHz的唤醒信号。因此，通过该中继装置1，可将微波读写天线4发出并衰减的5. SGHz信号转换成波长相对较长的433MHz唤醒信号，向车体内的电子标签发送。实践证明，车前玻璃，甚至是特殊的玻璃，如隔绝紫外线玻璃、防弹玻璃等，该433MHz频段的唤醒信号均能迅速穿过或绕射过而不会有较大的信号衰减。而且电子标签与中继装置距离较近，可有效保证信号的强度与传输效率。电子标签2的电路原理框图如图2所示，从图中可以看出，电子标签2由依次连接的第二供电单元21、唤醒单元22、系统单元23和连接于第二供电单元21与系统单元23之间的第二电子开关20组成，且第二电子开关20和唤醒单元22连接，其中唤醒单元包括第二唤醒电路221和第二微处理器222。当无线信号到达电子标签2，此时电子标签2中的与第二供电单元21电性连接的唤醒单元22启动，由唤醒单元22中的第二唤醒电路221开始接收433MHz唤醒信号。然后第二唤醒电路221把接收到的433MHz唤醒信号转换为电信号后传输给唤醒单元22中的第二微处理器222, —方面第二微处理器222向第二电子开关20发送电信号控制电路闭合，使第二供电单元21与系统单元23之间形成通路，另一方面第二微处理器222同时向系统单元23传输工作信号，使系统单元23启动并进入工作状态。所述的系统单元23由IC卡读写电路231、收发电路232、声光电路233、显示电路234和安全模块235组成。系统单元23进入工作状态后，进而对接收到的数据信息作处理，并通过收发电路232把电信号转换为无线信号向收费站台上的微波读写天线反馈，向其发送反馈信号。所述的收发电路232为5. 8GHz收发电路。也就是说，经过电子标签2中的系统单元23处理过的数据信息可以直接通过收发电路232向车体外的微波读写天线传输，而不用再经过前述的中继装置1，收发电路232自身也具备接收5. SGHz频段的前端无线信号的功能。在信号的反馈过程中，随着车辆的向前行驶，与收费站台上微波读写天线的传输距离不断缩短，有利于保证信号强度与提高传输效率，顺利完成电子标签2与微波读写天线自动进行信息互换。最后与微波读写天线相连接的ETC车道计算机根据从电子标签中储存并反馈的信息识别出车辆信息，并根据车主的实际情况自动扣除通行费，此次交易完成。本实施例中的这种车载路网收费设备，通过分别在车外设置中继装置I与车内设置的电子标签2，将波长较短、穿透性较强的5. SGHz前端无线信号转换成波长较长、穿透性和绕射性强的433MHz唤醒信号，这是由于经过衰减的前端无线信号在遇到屏蔽功能很强的车前玻璃时不能正常通过，而中继装置I由于与车内的电子标签2距离比较近而且相对位置相对固定不变，可以利用433MHz唤醒信号穿透性较和绕射性强的特点与车内的电子标签2正常通信；电子标签2发射的5. SGHz信号由于与车前玻璃距离很近，即使受车前玻 璃的屏蔽作用衰减后仍可以有足够强度的信息与收费站台上微波读写天线通信，从而解决了某些装有特殊材质玻璃的车辆不能正常使用电子标签完成ETC道路交易的问题。本领域的普通技术人员应能理解，本发明的车载路网收费设备的应用不局限于5. 8GHz和433MHz的频率信号，在其他实施例中，使用其他频率信号通信，如唤醒信号可以是2. 4GHz或900MHz，这种借助中继装置用于保证通信顺利完成应理解为本发明的保护范围。本发明在充分发挥电子标签功能的基础上，对ETC收费设备作有益改进，扩大了ETC收费系统的使用范围，实现了电子标签与路侧读写设备有效通信，保证了路网收费交易安全、实时、有效的进行。
权利要求
1.一种车载路网收费设备，其特征在于包括， 用于安装在车辆外部的中继装置，中继装置包括接收前端无线信号的接收电路和发送唤醒信号的发射电路； 用于安装在车辆内部的电子标签，电子标签包括接收唤醒信号的唤醒电路及系统单元，唤醒电路接收中继装置的发射电路发出的唤醒信号。
2.根据权利要求I所述的车载路网收费设备，其特征在于中继装置由依次连接的第一供电单元、接收电路、发射电路和连接于第一供电单元与发射电路之间的第一电子开关组成，且第一电子开关和接收电路连接，其中接收电路包括第一唤醒电路和第一微处理器。
3.根据权利要求2所述的车载路网收费设备，其特征在于所述第一唤醒电路为5.8GHz唤醒电路；所述的发射电路为433MHz发射电路。
4.根据权利要求I所述的车载路网收费设备，其特征在于所述的电子标签由依次连接的第二供电单元、唤醒单元、系统单元和连接于第二供电单元与系统单元之间的第二电子开关组成，且第二电子开关和唤醒单元连接，其中唤醒单元包括第二唤醒电路和第二微处理器。
5.根据权利要求4所述的车载路网收费设备，其特征在于所述的第二唤醒电路为433MHz唤醒电路。
6.根据权利要求I或4所述的车载路网收费设备，其特征在于所述的系统单元由IC卡读写电路、用于发送反馈信号的收发电路、声光电路、显示电路和安全模块组成。
7.根据权利要求6所述的车载路网收费设备，其特征在于所述的收发电路为5.8GHz收发电路。
8.根据权利要求I所述的车载路网收费设备的使用方法，其步骤如下 由安装于车辆外部的中继装置中的接收电路接收收费站台上微波读写天线发出的前端无线信号； 然后由中继装置中发射电路发出唤醒信号； 安装于车辆内部的电子标签中的唤醒电路接收来自发射电路发送的唤醒信号； 最后由电子标签中的系统单元的收发电路向微波读写天线发送反馈信号。
9.根据权利要求9所述的车载路网收费设备的使用方法，其特征在于所述前端无线信号和收发电路向微波读写天线发送的反馈信号是超高频信号，唤醒信号是相对波长小、绕射性更强的特高频信号。
10.根据权利要求9所述的车载路网收费设备的使用方法，其特征在于所述的微波读写天线发出的前端无线信号是5. SGHz信号，发射电路发送的唤醒信号是433MHz信号，收发电路向微波读写天线发送的反馈信号是5. SGHz信号。
全文摘要
本发明涉及一种车载路网收费设备，包括安装在车辆外部的中继装置和车辆内部的电子标签，中继装置包括接收前端无线信号的接收电路和发送唤醒信号的发射电路，电子标签包括唤醒电路及系统单元，唤醒电路接收中继装置的发射电路发出的唤醒信号。该设备分别在电子标签与中继装置之间建立了独立的且穿透能力和绕射能力强的无线通信关系，中继装置将接收的5.8GHz前端无线信号转换成433MHz唤醒信号发送给电子标签，电子标签通过接收433MHz唤醒信号来唤醒其进入交易状态；该车身范围内，433MHz唤醒信号能够穿透或绕射过特殊材质的车辆玻璃，使得电子标签能够与路侧读写设备通信，保证了路网收费交易安全、实时、有效的进行。
文档编号G07B15/06GK102682484SQ20111005719
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者向涛, 李怀山 申请人:深圳市金溢科技有限公司