采用27MHz無線通信模塊的汽車收費系統(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和計算機輔助管理的半自動收費方式,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系統(tǒng)（Electronic Toll Collection,簡稱ETC）。在ETC中,車輛通過收費站時利用車輛自動識別技術(shù)自動完成車輛與收費站之間的無線數(shù)據(jù)通信,進行車輛自動識別和有關(guān)收費數(shù)據(jù)的交換,通過計算機網(wǎng)絡(luò)進行收費數(shù)據(jù)的處理,從而實現(xiàn)不停車自動收費,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,使得對車輛收費的統(tǒng)一管理變的更為簡便易行。盡管國外的不停車收費系統(tǒng)運動的很成功,具有一定的特色,但有些技術(shù)特點和運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的表標準

　車輛在經(jīng)過收費點時仍需適當減速。

　　本文所設(shè)計的汽車收費系統(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,收費時間大大縮短,車輛流速高;結(jié)合管理信息中心統(tǒng)一進行貨幣結(jié)算,基本上杜絕資金的流失,系統(tǒng)成本降低,有利于不停車收費系統(tǒng)在我國的推廣。

2 收費系統(tǒng)的構(gòu)成

　　電子收費系統(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,飛機容易出現(xiàn)信息的相互沖突與無法確切辨認的矛盾,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,當安裝在車輛上的接收器進入發(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與管理信息中心通信,中心統(tǒng)一調(diào)整發(fā)射器的收費信息,接收器配合中心進行實際貨幣結(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端送到微處理器進行控制處理。

4 軟件設(shè)計

　　遙控汽車收費站的應(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系統(tǒng)運行穩(wěn)定,車輛在有限區(qū)域內(nèi)能正確地進行自動收費,且在收費過程中無須減速,實現(xiàn)了真正意義上,無障礙和不停車收費。