基于ET13X210/ET13X221器件實(shí)現(xiàn)汽車電子收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 引言

目前，國(guó)內(nèi)的高速公路和快速道路大多采用人工收費(fèi)和計(jì)算機(jī)輔助管理的半自動(dòng)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(méi)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(wèn)題，滿足市場(chǎng)發(fā)展的需求，國(guó)內(nèi)已開(kāi)始嘗試使用國(guó)際上迅速興起的不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，簡(jiǎn)稱ETC）。在ETC中，車輛通過(guò)收費(fèi)站時(shí)利用車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)自動(dòng)完成車輛與收費(fèi)站之間的無(wú)線數(shù)據(jù)通信，進(jìn)行車輛自動(dòng)識(shí)別和有關(guān)收費(fèi)數(shù)據(jù)的交換，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收費(fèi)數(shù)據(jù)的處理，從而實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)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(duì)車輛收費(fèi)的統(tǒng)一管理變的更為簡(jiǎn)便易行。盡管國(guó)外的不停車收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的很成功，具有一定的特色，但有些技術(shù)特點(diǎn)和運(yùn)營(yíng)方法并不適合我國(guó)國(guó)情，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

系統(tǒng)的造價(jià)比較高；

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

車輛在經(jīng)過(guò)收費(fèi)點(diǎn)時(shí)仍需適當(dāng)減速。

本文所設(shè)計(jì)的汽車收費(fèi)系統(tǒng)能有效地解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)真正意義上的不停車收費(fèi)，收費(fèi)時(shí)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(guó)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(wú)線發(fā)射器、無(wú)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(jì)中選用移動(dòng)的車輛安裝接收器，因?yàn)槿绻麑④囕v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(wú)法確切辨認(rèn)的矛盾，考慮到每輛車實(shí)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(shí)，接收器接收發(fā)射器的信號(hào)，并做相應(yīng)的處理后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)，通過(guò)監(jiān)控程序判斷是否需要報(bào)警提醒；發(fā)射器與接收器還可以通過(guò)計(jì)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(shí)際貨幣結(jié)算，同時(shí)更新數(shù)據(jù)以備用戶查詢和中心統(tǒng)籌管理。

3、 無(wú)線通信模塊及硬件設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求選用臺(tái)灣義統(tǒng)（Etorns）公司的ET13X210/ET13X221型射頻發(fā)射器和接收器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(diǎn)：

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(gè)頻道可供選擇，每個(gè)頻道的間隔為30MHz，保證多個(gè)模塊在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸時(shí)互不干擾；

采用頻移鍵控調(diào)制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)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(wú)線通信模塊。

3.2 無(wú)線通信發(fā)射模塊的電路設(shè)計(jì)

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(hào)，信號(hào)輸入后通過(guò)LC振蕩電路，利用相位測(cè)試輸出的信號(hào)反饋控制電路內(nèi)的壓控振蕩器（VCO）來(lái)穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，由外接開(kāi)關(guān)的BCD編碼方式選擇頻道，產(chǎn)生一個(gè)在27MHz附近的高頻載波，再用FSK形式將基帶信號(hào)加在上面，然后經(jīng)過(guò)濾波及放大電路，由天線將信號(hào)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(guò)天線接收的信號(hào)首先送入RF混頻的輸入電路，將RFIN模塊的輸出信號(hào)輸入到電路內(nèi)部的混頻器中，同時(shí)為了避免相近頻率對(duì)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(guò)解調(diào)及解碼電路輸出原信號(hào)，由DATA OP端送到微處理器進(jìn)行控制處理。

4、 軟件設(shè)計(jì)

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(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要求的功能，且軟件使用結(jié)構(gòu)化編程，便于讀寫(xiě)、修改和二次開(kāi)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(guò)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(hào)時(shí)，根據(jù)通信協(xié)議交驗(yàn)頭信息確定通信的開(kāi)始，從信息頭開(kāi)始接收完整的信息包，同時(shí)對(duì)接收的信息以進(jìn)行解碼與檢錯(cuò)，如果檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)所接收的信息出錯(cuò)則重新接收，直到接收信息完全正確后再根據(jù)設(shè)計(jì)原理判斷是否允許再次接收信息。

5 、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)的無(wú)線通信模塊能正確地發(fā)射和接受信息，所設(shè)計(jì)的不停車自動(dòng)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(dòng)收費(fèi)，且在收費(fèi)過(guò)程中無(wú)須減速，實(shí)現(xiàn)了真正意義上，無(wú)障礙和不停車收費(fèi)。

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