采用27MHz無線通信模塊的汽車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計

1 引言 　

 　目前,國內(nèi)的高速公路和快速道路大多采用人工收費(fèi)和計算機(jī)輔助管理的半自動收費(fèi)方式,這種方式大大降低了高速公路的通行能力和服務(wù)水平,但也存在很多不足和弊端,如收費(fèi)沒有監(jiān)督、漏洞大、車、卡不一致,某些車輛可能非法逃票等等,為了解決這些問題,滿足市場發(fā)展的需求,國內(nèi)已開始嘗試使用國際上迅速興起的不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection,簡稱ETC）。在ETC中,車輛通過收費(fèi)站時利用車輛自動識別技術(shù)自動完成車輛與收費(fèi)站之間的無線數(shù)據(jù)通信,進(jìn)行車輛自動識別和有關(guān)收費(fèi)數(shù)據(jù)的交換,通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收費(fèi)數(shù)據(jù)的處理,從而實現(xiàn)不停車自動收費(fèi),由于電子處理數(shù)據(jù)的高速度和高效率,從而加快車輛通行的速度,有效緩解可能出現(xiàn)的公路和橋梁的堵塞現(xiàn)象,再結(jié)合數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡(luò)傳遞,使得對車輛收費(fèi)的統(tǒng)一管理變的更為簡便易行。盡管國外的不停車收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)動的很成功,具有一定的特色,但有些技術(shù)特點和運(yùn)營方法并不適合我國國情,具體表現(xiàn)在以下幾方面：

　　系統(tǒng)的造價比較高;

　　系統(tǒng)工作在915MHz的頻段,在我國該頻段分配給移動通信使用,并且與國家將要采用的5.8GHz的表標(biāo)準(zhǔn) 不符;

　車輛在經(jīng)過收費(fèi)點時仍需適當(dāng)減速。

　　本文所設(shè)計的汽車收費(fèi)系統(tǒng)能有效地解決上述問題,實現(xiàn)真正意義上的不停車收費(fèi),收費(fèi)時間大大縮短,車輛流速高;結(jié)合管理信息中心統(tǒng)一進(jìn)行貨幣結(jié)算,基本上杜絕資金的流失,系統(tǒng)成本降低,有利于不停車收費(fèi)系統(tǒng)在我國的推廣。

2 收費(fèi)系統(tǒng)的構(gòu)成

　　電子收費(fèi)系統(tǒng)主要由無線發(fā)射器、無線接收器及管理信息中心三部分組成,如圖1所示,系統(tǒng)設(shè)計中選用移動的車輛安裝接收器,因為如果將車輛作為發(fā)射器,那么由于發(fā)射的信息與接收器將要反饋的信息內(nèi)容極為相似,飛機(jī)容易出現(xiàn)信息的相互沖突與無法確切辨認(rèn)的矛盾,考慮到每輛車實際獲得的信息是相同的,故靈活地采用固定物安裝發(fā)射器,將發(fā)射器固定在道路兩旁,循環(huán)發(fā)射相同信息,當(dāng)安裝在車輛上的接收器進(jìn)入發(fā)射器的有效感應(yīng)區(qū)內(nèi)時,接收器接收發(fā)射器的信號,并做相應(yīng)的處理后存儲數(shù)據(jù),同時,通過監(jiān)控程序判斷是否需要報警提醒;發(fā)射器與接收器還可以通過計算機(jī)與管理信息中心通信,中心統(tǒng)一調(diào)整發(fā)射器的收費(fèi)信息,接收器配合中心進(jìn)行實際貨幣結(jié)算,同時更新數(shù)據(jù)以備用戶查詢和中心統(tǒng)籌管理。

3 無線通信模塊及硬件設(shè)計

　　在本設(shè)計中根據(jù)具體設(shè)計要求選用臺灣義統(tǒng)（Etorns）公司的ET13X210/ET13X221型射頻發(fā)射器和接收器來實現(xiàn)無線通信功能。

3.1 ET13X210和ET13X221

　　ET13X221型發(fā)射器內(nèi)集成了鎖相環(huán)、頻道選擇器和發(fā)射緩存器。ET13X210型接收器集成了鎖相環(huán)、混頻器、中頻放大器、濾波器、解調(diào)器和頻道選擇器,其結(jié)構(gòu)圖分別如圖2和圖3所示,該電路具有如下特點：

　　使用片內(nèi)鎖相環(huán)技術(shù)并可外接4MHz晶體振蕩器,工作頻率精準(zhǔn)而且十分穩(wěn)定,中心頻率為27MHz,有10個頻道可供選擇,每個頻道的間隔為30MHz,保證多個模塊在點對點傳輸時互不干擾;

　　采用頻移鍵控調(diào)制,結(jié)構(gòu)簡單、實用、比調(diào)幅的體制方法更具抗干擾能力;

　　功耗低,待機(jī)模式下的最大工作電流僅10μA;

　　發(fā)射功率為0dBm-3dBm,配置合適的天線,穩(wěn)定傳輸距離高達(dá)10m。

　　以ET13X221/ET13X210為核心配合一些外圍模擬電路即可構(gòu)成無線通信模塊。

3.2 無線通信發(fā)射模塊的電路設(shè)計

　　基于ET13X221的發(fā)射模塊的硬件電路如圖4所示。

　　待發(fā)射的數(shù)據(jù)由DATA IN端輸入,此端的輸入為數(shù)字信號,信號輸入后通過LC振蕩電路,利用相位測試輸出的信號反饋控制電路內(nèi)的壓控振蕩器（VCO）來穩(wěn)定時鐘頻率,由外接開關(guān)的BCD編碼方式選擇頻道,產(chǎn)生一個在27MHz附近的高頻載波,再用FSK形式將基帶信號加在上面,然后經(jīng)過濾波及放大電路,由天線將信號發(fā)射出去,基于ET13X210的接收模塊的硬件電路如圖5所示。

　　通過天線接收的信號首先送入RF混頻的輸入電路,將RFIN模塊的輸出信號輸入到電路內(nèi)部的混頻器中,同時為了避免相近頻率對主頻的干擾,使用中頻濾波器將與主頻相近的頻率衰減使主頻的接收能正常工作,再經(jīng)過解調(diào)及解碼電路輸出原信號,由DATA OP端送到微處理器進(jìn)行控制處理。

4 軟件設(shè)計

　　遙控汽車收費(fèi)站的應(yīng)用軟件主要由發(fā)射和接收二部分組成,基本實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計所要求的功能,且軟件使用結(jié)構(gòu)化編程,便于讀寫、修改和二次開發(fā)。

4.1 發(fā)射模塊

　　根據(jù)通信協(xié)議將相關(guān)信息按一定格式打包送到發(fā)射器、再通過發(fā)射器向外循環(huán)地發(fā)射信息,該模塊主要由數(shù)據(jù)編碼子程序和數(shù)據(jù)發(fā)射子程序組成。

4.2 接收模塊

　　接收器接收到信號時,根據(jù)通信協(xié)議交驗頭信息確定通信的開始,從信息頭開始接收完整的信息包,同時對接收的信息以進(jìn)行解碼與檢錯,如果檢測后發(fā)現(xiàn)所接收的信息出錯則重新接收,直到接收信息完全正確后再根據(jù)設(shè)計原理判斷是否允許再次接收信息。

5 結(jié)束語

　　通過實驗驗證,系統(tǒng)的無線通信模塊能正確地發(fā)射和接受信息,所設(shè)計的不停車自動收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,車輛在有限區(qū)域內(nèi)能正確地進(jìn)行自動收費(fèi),且在收費(fèi)過程中無須減速,實現(xiàn)了真正意義上,無障礙和不停車收費(fèi)。