專利名稱：利用射頻識別(rfid)技術(shù)實現(xiàn)的機動車輛定位導航裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于定位導航處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用射頻識別(RFID)技術(shù)來實現(xiàn)機動車輛定位導航的處理裝置。
背景技術(shù)：
隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是非接觸IC技術(shù)的發(fā)展，目前利用射頻識別(RFID)技術(shù)來對重要物品進行識別已經(jīng)非常成熟，將射頻識別(RFID)標志安裝在需要識別的物品中，通過相應的檢測設(shè)備，就可方便地識別該物品。此外射頻識別(RFID)技術(shù)還有多種應用領(lǐng)域，高速公路的不停車自動收費、鐵路機車車輛識別與跟蹤、集裝箱識別與跟蹤、出入門禁管理、動物識別、跟蹤等等。但目前尚無利用射頻識別(RFID)技術(shù)來實現(xiàn)機動車輛的定位導航系統(tǒng)。
目前機動車輛的定位導航技術(shù)最常用的是全球定位(GPS)系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)是由24顆高度為兩萬公里的衛(wèi)星組成，它們以6個不同的運行軌道運行，可提供全球范圍從地面到9000公里高空之間任一載體的高精度的三維位置、三維速度和精確的時間信息。安裝在車輛上的車載單元只要能收到來自三顆衛(wèi)星的定位信號，就可定出該輛車的經(jīng)、緯度位置和時間信息，配合電子地圖就可實現(xiàn)機動車輛的導航。
GPS接收機對收到的衛(wèi)星信號，進行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復載波。嚴格而言，載波相位應被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機本機振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始歷元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達到優(yōu)于米級的定位精度也只能采用相位觀測值。
但是GPS系統(tǒng)在室內(nèi)或市區(qū)主要樓群間等衛(wèi)星信號接受不好的地區(qū)其性能和可用性都表現(xiàn)出急劇地下降；其定位速度也相對較慢，在實施部署上也比較昂貴。盡管最近在GPS技術(shù)上取得了顯著的改進，但是這些問題仍然顯著影響著解決方案的成本，可用性和性能。
GPS系統(tǒng)雖然可以比較精確解決車輛定位及導航問題，但其最大的缺點是技術(shù)復雜并且成本高。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提出一種低成本的即利用射頻識別(RFID)技術(shù)來達到機動車輛的定位導航。從而可解決目前射頻識別(RFID)只能解決物品識別及非實時自動跟蹤而GPS系統(tǒng)在定位技術(shù)中的技術(shù)復雜成本高問題。
本實用新型的基本原理是RFID(Radio Frequency Identification)射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。
短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可在這樣的環(huán)境中替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體。長距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識別距離可達幾十米。
射頻識別(RFID)一般為非接觸方式集成電路(IC)卡，其對應的讀卡器通過配置的天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，產(chǎn)生磁場，當安裝有非接觸方式集成電路(IC)卡的物品進入有效范圍時，非接觸方式集成電路(IC)卡內(nèi)的導線繞組產(chǎn)生感應電流從而獲得能量，并可根據(jù)讀卡器的指令發(fā)送出自身編碼等信息，被讀卡器讀取后解碼并經(jīng)數(shù)據(jù)處理裝置處理，通過無線信道或有線信道發(fā)送至調(diào)度監(jiān)控中心，根據(jù)安裝在各物品經(jīng)過位置的讀卡器讀取的位置及時間信息，就可確定物品目前所處的位置。
本實用新型提出的機動車輛定位導航裝置，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置由安裝在車輛的射頻收發(fā)裝置(2)、連接收發(fā)裝置(2)的數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)、放置在車輛經(jīng)過的各道路口、路基或者其他車輛經(jīng)過的合適位置的存有地理位置、道路和其他相關(guān)信息的射頻識別標志(1)組成，由收發(fā)裝置(2)通過無線射頻方式讀取各道路口的射頻識別標志(1)對應的信息，配合電子地圖就可實現(xiàn)機動車輛定位導航。
上述的射頻識別標志(1)即為非接觸方式的集成電路(IC)卡(4)，卡中內(nèi)置與道路口位置對應的數(shù)字編碼及相關(guān)信息，數(shù)字編碼所包含的用作定位、導航的信息主要有絕對地理坐標，國家及地區(qū)標志，定位、導航系統(tǒng)設(shè)定的專用標志。當然還包括許多輔助信息，例如(IC)卡的安裝時間等等，具體信息量及內(nèi)容可根據(jù)實際應用系統(tǒng)的需要來確定。上述信息可通過專用的讀寫裝置進行設(shè)置或修改，例如通過在車輛上安裝專用的讀寫設(shè)備，經(jīng)過各安裝(IC)卡的道路口，就可完成數(shù)字編碼信息的設(shè)置或修改。
上述的射頻收發(fā)裝置(2)即為射頻天線(5)，向非接觸方式的集成電路(IC)(4)卡耦合能量提供集成電路(IC)卡工作電源并接收集成電路(IC)卡中內(nèi)置的數(shù)字編碼及相關(guān)信息；上述的數(shù)據(jù)收集處理(3)由非接觸方式集成電路(IC)卡(4)卡讀卡器裝置(6)、數(shù)據(jù)處理裝置(7)組成；上述的數(shù)據(jù)處理裝置(7)由電源電路(8)、時鐘電路(9)、單片微控制處理器(MCU)電路(10)、存儲器電路(11)、SAM_CARD電路(12)、讀卡器接口電路(13)、顯示器模塊(14)組成；上述電源電路(8)主要提供本裝置以及讀卡器裝置(6)的工作電源、時鐘電路(9)主要提供本裝置MCU、SAM_CARD電路(12)等所需要時鐘脈沖、單片微控制處理器(MCU)電路(10)作為本裝置的中央處理單元，應用程序存儲在MCU內(nèi)置的FLASH RAM中、存儲器電路(11)主要存儲系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)包括電子地圖等、SAM_CARD電路(12)主要提供本裝置的安全認證、讀卡器接口電路(13)連接到讀卡器裝置(6)、顯示器模塊(14)完成導航數(shù)據(jù)包括電子地圖的顯示。
由于本實用新型的特出特點是將射頻識別標志(1)放置在車輛經(jīng)過的各道路口，因此，該技術(shù)配合電子地圖就可實現(xiàn)無需網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的機動車輛定位導航。具有成本低廉、簡單可靠的明顯優(yōu)點。如再在本文所述的車載數(shù)據(jù)收集裝置上配上無線通信系統(tǒng)(如短消息模塊，GPRS等)，同時在放置射頻識別標志的各道路口安置射頻識別標志收發(fā)裝置，將各道路口所有的射頻識別標志收發(fā)裝置通過有線或無線的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，可同時達到實時定位以及機動車輛流量的收集、統(tǒng)計、分析和處理。將有關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至車載數(shù)據(jù)收集裝置上，使駕駛員能夠了解更多的路況信息(如前方道路擁擠程度等)，以更好地選擇行車路線，達到智能導航的功能。
本實用新型雖然不能精確定位車輛在二個路口之間的位置，但結(jié)合安裝在機動車輛內(nèi)數(shù)據(jù)收集處理(3)中的時間系統(tǒng)，可以估算出車輛在二個路口之間的位置，這樣的定位導航應該可以滿足普通車輛的定位要求，其特出的優(yōu)點是可大大降低成本和技術(shù)的復雜度，特別是在道路口只需要放置一成本極低的非接觸IC卡，同時帶來了可收集、統(tǒng)計、分析、處理車輛流量的數(shù)據(jù)，為解決城市交通擁擠提供了強有力的數(shù)據(jù)資源。


圖1為機動車輛定位導航技術(shù)的原理示意圖；圖2為車載數(shù)據(jù)收集處理裝置的原理框圖；圖3為車載數(shù)據(jù)處理裝置的原理框圖；圖4為車載數(shù)據(jù)處理裝置的電原理圖；圖5為車載數(shù)據(jù)處理裝置工作流程圖；附圖標號1為放置在路口或路基基其他適當位置的射頻識別(RFID)標志裝置、2為放置在車輛上的射頻收發(fā)裝置、3為數(shù)據(jù)收集處理裝置、4為非接觸方式集成電路(IC)卡、5為射頻天線、6為非接觸方式集成電路(IC)卡讀卡器裝置、7為數(shù)據(jù)處理裝置、8為電源電路、9為時鐘電路、10為單片微控制處理器(MCU)電路、11為存儲器電路、12為SAM_CARD電路、13為讀卡器接口電路、14為顯示器模塊。
具體實施方式
A.車載數(shù)據(jù)收集處理裝置的實施如圖2所示，包括二部分，一為射頻收發(fā)裝置(2)即射頻天線(5)，可采用符合國際標準的相應射頻天線。二為數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)，包括二部分，一為非接觸方式集成電路(IC)卡讀卡器裝置(6)，可采用符合國際標準的相應的讀卡器裝置，例如可選ALIEN的915 RFID READER；二為數(shù)據(jù)處理裝置(7)，對應的原理框圖如圖3所示，為典型的單片微控制處理器應用，包括電源電路(8)、時鐘電路(9)、單片微控制處理器(MCU)電路(10)、存儲器電路(11)、SAM_CARD電路(12)、讀卡器接口電路(13)、顯示器模塊(14)組成。
圖4為對應的電原理圖，圖中，BR1為整流模塊，U10/7805為穩(wěn)壓模塊，通過電容c15、c14、c16共同完成對通過J1/POWER接口輸入的交流220電壓的整流、濾波及穩(wěn)壓，提供本裝置的5V直流供電，U5/AS1117為一輸出3.3V的穩(wěn)壓模塊，提供本裝置的3.3V直流供電；U1/IMP706為電源及看門狗監(jiān)控模塊，完成直流供電及MCU的工作監(jiān)控；U2/68HC908GP32為微控制處理單元，U3/K9F2808Q0B為FLASH存儲器，主要存放工作程序有關(guān)數(shù)據(jù)，通過分壓下拉電阻RP1、RP2、RP3、RP4與U2連接、由晶體振蕩器Y1與電容C1、C2、電阻R1、R2共同組成微控制處理單元的時鐘振蕩電路、U4/MAX232為標準232串行接口控制電路，直接連接微控制處理單元，并通過J3/CON4接口連接至讀卡器裝置(6)、SOCKET1/SAM_CARD為安全認證模塊，直接連接微控制處理單元，主要提供本裝置的安全認證功能、微控制處理單元通過接口J2/CON18連接至液晶顯示器模塊(14)/GPG322401T；由晶體振蕩器Y2、U6B、U6C、U6D邏輯門電路及電容C11電阻R16、R17組成的振蕩器電路，通過由U7B、U7C、U7D邏輯門電路組成的選擇電路，完成有微控制處理單元送出的控制信號CLK_SEL1及ECK1的選擇及同步，輸出CLK1信號作為SOCKET1/SAM_CARD的時鐘信號；B.本實用新型裝置的整體實施采用符合國際標準的非接觸式IC卡，及其對應的讀卡器裝置(6)，將射頻收發(fā)裝置(2)即射頻天線(5)安裝在車輛的擋風玻璃上或其他合適的地方，例如車輛底座下方，并連接到數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)中的非接觸方式集成電路(IC)卡讀卡器裝置中(6)，在道路口、路基或者其他車輛經(jīng)過的合適位置安裝射頻識別標志(1)即為非接觸方式的集成電路(IC)卡(4)。
當安裝有數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)的車輛進入道路口非接觸方式集成電路(IC)有效范圍時，數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)中的(IC)卡讀卡器通過射頻天線(5)送出一定頻率的射頻信號，非接觸方式集成電路(IC)卡產(chǎn)生感應電流從而獲得能量，發(fā)送出內(nèi)置道路口位置編碼及相關(guān)信息通過天線被讀卡器裝置中(6)讀取、解碼、并可被保存和顯示，配合數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)中的電子地圖就可顯示出目前車輛所處什么道路口。
當安裝有數(shù)據(jù)收集處理裝置的車輛經(jīng)過安裝有非接觸方式集成電路(IC)卡的路面時，讀卡器裝置6射頻天線5向IC卡耦合能量，使其上電復位，進入等待狀態(tài)，在此狀態(tài)下可正確收發(fā)和響應讀卡器發(fā)送的詢卡/應答指令，并進行防沖突、相互認證、讀、寫、傳輸?shù)炔僮鳌?br> 當非接觸式IC卡接收到讀卡器的指令后，經(jīng)過指令譯碼，通過控制邏輯進行數(shù)據(jù)處理，并返回相應的處理結(jié)果。非接觸方式集成電路(IC)卡讀卡器讀取進入磁場范圍的裝有非接觸方式集成電路(IC)卡上的數(shù)據(jù)，由讀卡器完成沖突檢測和相互認證，將獲取的數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)處理裝置(7)，由數(shù)據(jù)處理裝置對數(shù)據(jù)進行處理，識別其定位信息，結(jié)合預存的地理信息即電子地圖，完成導航功能。
結(jié)合數(shù)據(jù)處理裝置的電原理圖4及其工作流程圖5，進一步描述本實施方案其工作過程是電路首先完成初始上電復位后，MCU讀取SAM卡中的信息，確認本裝置的合法身份，然后再開始工作。讀卡器通過天線對沿路經(jīng)過的射頻識別卡進行詢卡操作，發(fā)現(xiàn)有射頻識別卡進入讀卡器可操作范圍內(nèi)時，進行防沖突處理(也可省略)，然后發(fā)出選擇命令，相關(guān)的射頻識別卡被選中，進行相互認證后判斷該卡是否為包含道路定位信息的合法的射頻識別卡，MCU讀取相關(guān)的道路信息，然后存儲至FLASH RAM(K9F2808)，讀取預先存儲在FLASH RAM中的電子地圖數(shù)據(jù)，與道路信息進行比較，確定當前的位置，并可有內(nèi)置的算法計算出到達目的地的最佳行車路線，然后刷新在液晶顯示屏上的車輛位置和行車路線方案顯示，所顯示的行車路線方案可供駕駛員自由選擇，達到智能導航的目的。
權(quán)利要求1.一種利用射頻識別(RFID)技術(shù)實現(xiàn)的機動車輛定位導航裝置，其特征是，該裝置由安裝在車輛的射頻收發(fā)裝置(2)、數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)以及放置在車輛經(jīng)過的各道路口、路基或者其他車輛經(jīng)過的合適位置的射頻識別標志(1)組成，其中，收發(fā)裝置(2)與數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)直接連接，由收發(fā)裝置(2)通過無線射頻方式讀取各道路口的射頻識別標志(1)對應的信息，并送到數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)進行處理，通過對上述信息的處理，配合安置在處理裝置(3)內(nèi)的電子地圖實現(xiàn)機動車輛定位導航。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導航裝置，其特征是，上述的射頻識別標志(1)為非接觸方式的集成電路(IC)卡(4)，卡中內(nèi)置與道路口位置對應的數(shù)字編碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導航裝置，其特征是，上述的射頻收發(fā)裝置(2)為一射頻天線(5)，向非接觸方式的集成電路(IC)(4)卡耦合能量提供集成電路(IC)卡工作電源并接收集成電路(IC)卡中內(nèi)置的數(shù)字編碼信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導航裝置，其特征是，上述的數(shù)據(jù)收集處理裝置(3)由非接觸方式集成電路(IC)卡讀卡器裝置(6)、數(shù)據(jù)處理裝置(7)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的導航裝置，其特征是，上述的數(shù)據(jù)處理裝置(7)由電源電路(8)、時鐘電路(9)、單片微控制處理器(MCU)電路(10)、存儲器電路(11)、SAM_CARD電路(12)、讀卡器接口電路(13)、顯示器模塊(14)組成；上述電源電路(8)主要提供本裝置的以及讀卡器裝置(6)的工作電源，時鐘電路(9)主要提供本裝置MCU電路(10)、SAM_CARD電路(12)等所需要時鐘脈沖，單片微控制處理器(MCU)電路(10)作為本裝置的中央處理單元，其工作程序存儲在MCU內(nèi)置的FLASH RAM中，存儲器電路(11)主要存儲系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)包括電子地圖，SAM_CARD電路(12)主要提供本裝置的安全認證，讀卡器接口電路(13)連接到讀卡器裝置(6)，顯示器模塊(14)完成導航數(shù)據(jù)包括電子地圖的顯示。
專利摘要本實用新型為一種利用射頻識別(RFID)技術(shù)對機動車輛實現(xiàn)定位導航的技術(shù)。具體可在交通道路口、路基或者其他車輛經(jīng)過的合適位置的地方，安裝RFID裝置，例如非接觸IC卡，在車輛內(nèi)安裝射頻感應收發(fā)裝置，由射頻識別收發(fā)裝置通過無線射頻方式讀取各道路口的射頻識別標志對應的信息，配合電子地圖實現(xiàn)機動車輛定位導航，解決了GPS導航技術(shù)復雜、成本高的問題。
文檔編號G01S1/00GK2924487SQ200520041228
公開日2007年7月18日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者陳向明 申請人:陳向明