專利名稱：一種用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中用于多義性路徑識別的射頻識別設(shè)備，兼有IC卡功能和遠(yuǎn)距離無線通信功能的復(fù)合通行卡。背暈技術(shù)多義性路徑識別是高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中遇到的一個難題，目前相關(guān)企業(yè)也提出了各種解決方案，其中包括運(yùn)用射頻識別(RFID)技術(shù)的無線路徑自 動標(biāo)識方案。無線路徑自動標(biāo)識系統(tǒng)是解決多義性路徑識別問題的有效手段之一，系 統(tǒng)由路側(cè)基站、車道讀卡器、車載單元裝置組成。在路網(wǎng)內(nèi)不同路段設(shè)置一 種無線通信裝置(路側(cè)基站)，該裝置能連續(xù)播發(fā)所在路徑的識別碼；在路 網(wǎng)入口處，收費(fèi)員通過車道讀卡器把入口信息寫入車載單元裝置，隨后把車 載單元裝置交給司機(jī)；當(dāng)車輛在道路上行駛時，車內(nèi)的車載單元裝置能夠接 收到路側(cè)基站發(fā)送的路徑識別碼，并保存在非易失性存儲體中；車輛到達(dá)目 的地(路網(wǎng)出口)時，司機(jī)把車載單元裝置交回給收費(fèi)員，收費(fèi)員通過車道 讀卡器把車載單元裝置保存的所有路徑信息錄入到收費(fèi)系統(tǒng)中；這些路徑信 息是精確拆分帳的依據(jù)。專業(yè)詞匯解釋多義性路徑從路網(wǎng)的一個確定的入口到達(dá)一個確定的出口，中間可能存在多條不同的路徑，即多義性路徑。路側(cè)基站(RSU): —種無線通信基站，負(fù)責(zé)廣播所在路段的路徑信息以及與經(jīng)過的車載單元裝置通信，通常放置在路邊或路面正上方一定高度的 龍門架上。車道讀卡器(ODU):與車載單元裝置通信，完成數(shù)據(jù)交互，通常在車 道計(jì)算機(jī)的控制下工作， 一般放置在路網(wǎng)的入口或出口處。車載單元裝置(OBU):以無線方式與路側(cè)基站RSU通信，記錄車輛行 使的路徑信息，并通過車道讀卡器ODU把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心。但是，現(xiàn)有的車載單元裝置有射頻卡、IC卡與射頻卡結(jié)合的復(fù)合通行卡等多種形式，在設(shè)計(jì)方案上均存在以下不足現(xiàn)有的所有方案射頻部分都采 用了定時間歇工作機(jī)制，有兩種情況(1)從出廠時開始就處于持續(xù)的定時 間歇工作狀態(tài)；(2)進(jìn)入路網(wǎng)后一直處于定時間歇工作狀態(tài)。以上所述的工 作機(jī)制帶來嚴(yán)重的問題是功耗大不管有無必要，都定時開啟設(shè)備，浪費(fèi) 大量的電能，難以滿足長期使用的要求，除非采用更大容量的電池，但又會 帶來體積大、成本高及不環(huán)保等問題；響應(yīng)不及時由于是定時間歇工作， 即使進(jìn)入通信區(qū)域，也不能馬上交易，要等待一定時間后才能進(jìn)入工作狀態(tài)。 為了解決以上的問題，本實(shí)用新型提出了全新的雙喚醒雙頻通信解決方案。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于通過雙喚醒機(jī)制有效解決車載單元裝置的功耗 控制和實(shí)時通信問題，從而為路網(wǎng)收費(fèi)多義性路徑識別系統(tǒng)提供一種具有無線路徑標(biāo)識功能和IC卡功能，并且穩(wěn)定可靠、體積小、造價低、使用壽命長的復(fù)合通行卡。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案 一種用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡，包括微處理器、存儲單元、射頻模塊、射頻收發(fā)天線、13.56MHz 無線喚醒電路、13.56MHz喚醒天線、射頻喚醒電路、射頻喚醒天線和IC卡， 所述射頻收發(fā)天線通過射頻模塊與微處理器連接，13.56MHz喚醒天線通過 13.56MHz無線喚醒電路與微處理器連接，射頻喚醒天線通過射頻喚醒電路 與微處理器連接，微處理器與存儲單元連接。上述射頻喚醒天線由微帶天線和匹配電容相互連接組成，用于接收路網(wǎng) 內(nèi)的路側(cè)基站發(fā)射的射頻信號，并通過射頻喚醒電路觸發(fā)微處理器進(jìn)入工作 狀態(tài)。所述射頻喚醒電路包括射頻喚醒天線、檢波電路、濾波放大電路、抗 干擾電路和驅(qū)動電路，所述射頻喚醒天線接收到路側(cè)基站發(fā)射的射頻喚醒信 號后經(jīng)檢波電路、濾波放大電路、抗干擾電路和驅(qū)動電路輸出至微處理器， 喚醒微處理器使其進(jìn)入工作狀態(tài)。上述13.56MHz喚醒天線由微帶天線和匹配電容相互連接組成，用于接 收路網(wǎng)入口處或出口處的讀卡器發(fā)射的13.56MHz無線信號，并通過 13.56MHz無線喚醒電路觸發(fā)微處理器進(jìn)入工作狀態(tài)。上述射頻收發(fā)天線由微帶天線和匹配電容相互連接組成，通過射頻模塊 與路網(wǎng)內(nèi)的路側(cè)基站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通信，并將接收到的路徑信息保存在存儲 單元中。上述存儲單元為非易失性存儲體，可以存在于微處理器內(nèi)部，也可以是 獨(dú)立的存儲芯片。上述IC卡可以是用塑料基片封裝的標(biāo)準(zhǔn)IC卡，也可以綁定或貼裝在電 路板上，與電路板上的印刷天線連接，用于記錄車輛行駛路徑的入口信息。上述雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡還包括一安全模塊，與微處理器連接，采用 密鑰算法對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密處理。上述雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡還包括一電壓檢測電路，與微處理器連接。本實(shí)用新型的基本原理為(1) 復(fù)合通行卡根據(jù)不同的外部條件，處于兩種運(yùn)行狀態(tài) 一種為休眠狀態(tài)，另一種為工作狀態(tài)；(2) 在無外部喚醒信號的情況下，復(fù)合通行卡一直處于休眠狀態(tài)，功耗極 低(電流在幾微安之內(nèi))；(3) 在路網(wǎng)入口處/出口處，車道讀卡器發(fā)出的13.56MHz無線信號即對把 復(fù)合通行卡喚醒，喚醒后轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，在極短的時間內(nèi)完成與讀卡器的數(shù) 據(jù)交互，之后即刻轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；(4) 在路網(wǎng)內(nèi)經(jīng)過路徑標(biāo)識站并進(jìn)入路側(cè)基站的射頻信號覆蓋區(qū)域時，復(fù) 合通行卡即時被路側(cè)基站的射頻信號喚醒，喚醒后轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，在極短的 時間內(nèi)完成與路側(cè)基站的數(shù)據(jù)交互，之后即刻轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；(5) 復(fù)合通行卡被路側(cè)基站的射頻信號喚醒而轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)后，若未能完 成與路惻基站的數(shù)據(jù)交互，則啟動定時喚醒工作機(jī)制并轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，之后 內(nèi)部定時器每隔一定時間把復(fù)合通行卡由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，在極短的 時間內(nèi)嘗試完成與路側(cè)基站的數(shù)據(jù)交互，之后又轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。若數(shù)據(jù)交互 成功，則取消定時喚醒工作機(jī)制；若數(shù)次嘗試均未成功，也強(qiáng)制取消定時喚 醒工作機(jī)制；(6) 復(fù)合通行卡的工作狀態(tài)持續(xù)時間極短，并有超時關(guān)閉機(jī)制，最大限度 的降低功耗。這樣以來，通過復(fù)合通行卡在不同應(yīng)用場合的兩種喚醒信號，實(shí)現(xiàn)了運(yùn) 行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，通信響應(yīng)及時，交易時間很短，保證復(fù)合通行卡在整個生命周期當(dāng)中處于工作狀態(tài)的時間極短，使得整機(jī)功耗大大降低，有效的延長了電 池的使用壽命。本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(1) 采用了雙喚醒機(jī)制，確保產(chǎn)品在不需要工作的時候一直處于極低 功耗的休眠狀態(tài)，有效減少了功耗，用較小容量電池即可達(dá)到長壽命要求。(2) 采用了獨(dú)特的射頻喚醒電路，喚醒可靠，抗干擾能力強(qiáng)。(3) 有效的降低了設(shè)備對電池的要求，縮小了設(shè)備體積，降低了成本。(4) 喚醒速度快，通信響應(yīng)及時，有效縮短系統(tǒng)交易時間。


圖1為本實(shí)用新型所述雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡的電路方框圖；圖2為本實(shí)用新型所述雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡的射頻喚醒電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型 的實(shí)施方式不僅限于此。如圖1所示，本實(shí)用新型所述雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡1包括微處理器17、 存儲單元19、射頻模塊16、射頻收發(fā)天線15、 13.56MHz無線喚醒電路14、 13.56MHz喚醒天線13、射頻喚醒電路12、射頻喚醒天線11，以及電池21、 IC卡22、電壓檢測電路18和安全模塊20。其中，所述微處理器17分別與 存儲單元19、射頻模塊16、 13.56MHz無線喚醒電路14、射頻喚醒電路12、 電壓檢測電路18和安全模塊20連接，射頻收發(fā)天線15與射頻模塊16連接， 13.56MHz喚醒天線13與13.56MHz無線喚醒電路14連接，射頻喚醒天線11與射頻喚醒電路12連接，除IC卡22外的其它所有電路均由電池21供電。 所述微處理器17為低功耗高速單片機(jī)，可設(shè)置為休眠狀態(tài)并在一定條 件下被喚醒而進(jìn)入工作狀態(tài)。所述存儲單元19為非易失性存儲體，可以存 在于微處理器17內(nèi)部，也可以是獨(dú)立的存儲芯片。所述射頻模塊16由射頻 芯片及相應(yīng)的外圍電路相互連接組成，射頻模塊可接收和發(fā)射射頻的調(diào)頻信 號，電路簡潔、靈敏度高。所述射頻收發(fā)天線15由微帶天線、匹配電容相 互連接組成，天線單元負(fù)責(zé)接收和發(fā)送射頻的電磁波。所述13,56MHz無線 喚醒電路14由感應(yīng)線圈、電容、二極管、穩(wěn)壓管相互連接組成，負(fù)責(zé)檢測 13.56MHz的載波信號，在檢測到所述載波信號的情況下輸出一個觸發(fā)信號 到微處理器17，使微處理器從休眠狀態(tài)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，即被喚醒。所述 13.56MHz喚醒天線13由微帶天線、匹配電容相互連接組成。所述IC卡22 為近距離耦合通信方式的無源卡，可采用IS014443、 IS015693等標(biāo)準(zhǔn)，其 物理存在形式IC卡芯片綁定或貼裝在電路板上，并與電路板上的印刷天線 連接，由此IC卡與電路板融為一體；作為優(yōu)選，IC卡22也可采用雙界面 CPU卡，由此而增加了一個與微處理器之間按照IS07816標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行通信 的接口。所述電池21為一次性長壽命的超薄高能電池，作為優(yōu)選，可通過 復(fù)合通行卡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使電池可更換，延長整機(jī)壽命。另外，也可采用可充 電的電池，通過無線充電等方式進(jìn)行充電。所述電壓檢測電路18由分壓電 阻、電容及芯片AD轉(zhuǎn)換模塊組成，可精確測量電壓值，精度達(dá)0.01V。所 述安全模塊20為基于3DES、 RSA等密鑰算法的安全控制模塊，用于對通信 數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密處理，其物理存在形式為PSAM卡、ESAM芯片等。 需要特別介紹的是，所述射頻喚醒電路12是由天線單元、檢波電路、濾波放大電路、抗干擾電路、驅(qū)動電路組成。當(dāng)有射頻喚醒信號時，即輸出一個喚醒信號到微處理器17，使微處理器從休眠狀態(tài)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，即 被喚醒。射頻喚醒電路12中的抗干擾電路能夠消除移動電話、對講機(jī)等外 部環(huán)境中的無線通信設(shè)備帶來的干擾，有效避免誤喚醒。所述射頻喚醒天線 11由微帶天線、匹配電容相互連接組成。如圖2所示為射頻喚醒電路12的具體電路圖，由射頻喚醒天線11的信 號輸入，經(jīng)檢波管D1與電感L1、電容C1、電容C2、電阻R1構(gòu)成的檢波 電路之后，再由濾波放大電路和抗干擾電路對信號進(jìn)行處理，若為喚醒信號， 則由驅(qū)動電路(三極管P1、 Ql，電阻R16、 R17、 R18)輸出喚醒信號給微 處理器17。本實(shí)用新型所述雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡采用兩種通信頻率來適應(yīng)遠(yuǎn)距 離通信(0 200m)和近距離通信(0 lm)，其中遠(yuǎn)距離無線通信頻率可選擇 433MHz、 915MHz、 2.4GHz、 5.8GHz等ISM頻段；近距離無線通信頻率則 為13.56MHz。本實(shí)用新型的的工作模式及功能如下-(1) 初始狀態(tài)為休眠狀態(tài)(微處理器休眠、射頻模塊關(guān)閉)，功耗極低。(2) 在路網(wǎng)入口處復(fù)合通行卡被放置在車道讀卡器的刷卡區(qū)域，13.56MHz 無線喚醒電路14接收到讀卡器發(fā)出的13.56MHz無線信號，即時把微處理器 17喚醒使之進(jìn)入工作狀態(tài)；微處理器17打開射頻模塊16，與外界進(jìn)行數(shù)據(jù) 交互，根據(jù)讀卡器的指令清除存儲單元19內(nèi)的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置， 同時本裝置內(nèi)的IC卡22以13.56MHz通信頻率與讀卡器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，接 收路網(wǎng)入口信息；入口設(shè)置完畢后，本裝置進(jìn)入休眠狀態(tài)(微處理器休眠、 射頻模塊關(guān)閉)。本裝置隨后由收費(fèi)員交給司機(jī)而被轉(zhuǎn)移到車輛上。(3) 本裝置隨車輛在路網(wǎng)內(nèi)移動，當(dāng)進(jìn)入路側(cè)基站信號覆蓋區(qū)域時，射頻 喚醒電路12接收到路側(cè)基站的射頻信號后，即時把微處理器17喚醒使之進(jìn) 入工作狀態(tài)，在接收完路徑標(biāo)識信息并保存在存儲單元19中之后，本裝置 進(jìn)入休眠狀態(tài)(微處理器休眠、射頻模塊關(guān)閉)。(4) 在路網(wǎng)出口處本裝置由司機(jī)交給收費(fèi)員并被放置在車道讀卡器的刷 卡區(qū)域，13.56MHz無線喚醒電路14接收到讀卡器發(fā)出的13.56MHz無線信 號，即時把微處理器17喚醒使之進(jìn)入工作狀態(tài)，本裝置對外發(fā)送存儲單元 19內(nèi)和IC卡22內(nèi)的數(shù)據(jù)，之后將已發(fā)送成功的數(shù)據(jù)清除，同時進(jìn)入休眠狀 態(tài)。如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。盡管所述實(shí)例已經(jīng)表示和描述 了本實(shí)用新型，但其不得解釋為對本實(shí)用新型自身的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型的精神和范圍的前提 下，可在其形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化，所附的權(quán)利要求書覆蓋了本實(shí)用 新型精神和范圍內(nèi)的所有這些改變和修改。
權(quán)利要求1. 一種用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡，其特征在于，包括微處理器(17)、存儲單元(19)、射頻模塊(16)、射頻收發(fā)天線(15)、13.56MHz無線喚醒電路(14)、13.56MHz喚醒天線(13)、射頻喚醒電路(12)、射頻喚醒天線(11)和IC卡(22)，所述射頻收發(fā)天線(15)通過射頻模塊(16)與微處理器(17)連接，13.56MHz喚醒天線(13)通過13.56MHz無線喚醒電路(14)與微處理器(17)連接，射頻喚醒天線(11)通過射頻喚醒電路(12)與微處理器(17)連接，微處理器(17)與存儲單元(19)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡， 其特征在于，所述射頻喚醒天線(11)由微帶天線和匹配電容相互連接 組成，用于接收路網(wǎng)內(nèi)的路側(cè)基站發(fā)射的射頻信號，并通過射頻喚醒電 路(12)觸發(fā)微處理器(17)進(jìn)入工作狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行 卡，其特征在于，所述射頻喚醒電路(12)包括射頻喚醒天線、檢波電 路、濾波放大電路、抗干擾電路和驅(qū)動電路，所述射頻喚醒天線接收到 路側(cè)基站發(fā)射的射頻喚醒信號后經(jīng)檢波電路、濾波放大電路、抗干擾電 路和驅(qū)動電路輸出至微處理器，喚醒微處理器使其進(jìn)入工作狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡， 其特征在于，所述13.56MHz喚醒天線(13)由微帶天線和匹配電容相互 連接組成，用于接收路網(wǎng)入口處或出口處的讀卡器發(fā)射的13.56MHz無線 信號，并通過13.56MHz無線喚醒電路(14)觸發(fā)微處理器(17)進(jìn)入工 作狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡，其特征在于，所述射頻收發(fā)天線(15)由微帶天線和匹配電容相互連接 組成，通過射頻模塊(16)與路網(wǎng)內(nèi)的路側(cè)基站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通信，并 將接收到的路徑信息保存在存儲單元(19)中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行 卡，其特征在于，所述存儲單元(19)為非易失性存儲體，可以存在于 微處理器內(nèi)部，也可以是獨(dú)立的存儲芯片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡， 其特征在于，所述IC卡(22)可以是用塑料基片封裝的標(biāo)準(zhǔn)IC卡，也 可以綁定或貼裝在電路板上，與電路板上的印刷天線連接，用于記錄車 輛行駛路徑的入口信息。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡， 其特征在于，所述雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡還包括一安全模塊(20)，與微 處理器(17)連接，采用密鑰算法對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密處理。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡， 其特征在于，所述雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡還包括一電壓檢測電路(18)， 與微處理器(17)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于多義性路徑識別的雙喚醒雙頻復(fù)合通行卡，包括微處理器、存儲單元、射頻模塊、射頻收發(fā)天線、13.56MHz無線喚醒電路、13.56MHz喚醒天線、射頻喚醒電路、射頻喚醒天線和IC卡，所述射頻收發(fā)天線通過射頻模塊與微處理器連接，13.56MHz喚醒天線通過13.56MHz無線喚醒電路與微處理器連接，射頻喚醒天線通過射頻喚醒電路與微處理器連接，微處理器與存儲單元連接。本實(shí)用新型采用雙喚醒機(jī)制，解決了以往采用定時間歇工作機(jī)制帶來的功耗大、響應(yīng)不及時等問題，使本裝置在其生命周期內(nèi)基本上一直處于休眠狀態(tài)，功耗極低，具有體積小、造價低、功耗低、使用壽命長等特點(diǎn)。
文檔編號G07B15/06GK201111118SQ20072005281
公開日2008年9月3日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者平 李, 成 楊, 羅瑞發(fā), 勇 鐘 申請人:深圳市金溢科技有限公司