采用27MHz無(wú)線(xiàn)通信模塊的汽車(chē)收費系統設計

目前，國內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(dòng)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(méi)有監督、漏洞大、車(chē)、卡不一致，某些車(chē)輛可能非法逃票等等，為了解決這些問(wèn)題，滿(mǎn)足市場(chǎng)發(fā)展的需求，國內已開(kāi)始嘗試使用國際上迅速興起的不停車(chē)收費系統（electronic toll collection，簡(jiǎn)稱(chēng)etc）。在etc中，車(chē)輛通過(guò)收費站時(shí)利用車(chē)輛自動(dòng)識別技術(shù)自動(dòng)完成車(chē)輛與收費站之間的無(wú)線(xiàn)數據通信，進(jìn)行車(chē)輛自動(dòng)識別和有關(guān)收費數據的交換，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行收費數據的處理，從而實(shí)現不停車(chē)自動(dòng)收費，由于電子處理數據的高速度和高效率，從而加快車(chē)輛通行的速度，有效緩解可能出現的公路和橋梁的堵塞現象，再結合數據信息的網(wǎng)絡(luò )傳遞，使得對車(chē)輛收費的統一管理變的更為簡(jiǎn)便易行。盡管?chē)獾牟煌＼?chē)收費系統運動(dòng)的很成功，具有一定的特色，但有些技術(shù)特點(diǎn)和運營(yíng)方法并不適合我國國情，具體表現在以下幾方面：

系統的造價(jià)比較高；

系統工作在915mhz的頻段，在我國該頻段分配給移動(dòng)通信使用，并且與國家將要采用的5.8ghz的表標準不符；

車(chē)輛在經(jīng)過(guò)收費點(diǎn)時(shí)仍需適當減速。

本文所設計的汽車(chē)收費系統能有效地解決上述問(wèn)題，實(shí)現真正意義上的不停車(chē)收費，收費時(shí)間大大縮短，車(chē)輛流速高；結合管理信息中心統一進(jìn)行貨幣結算，基本上杜絕資金的流失，系統成本降低，有利于不停車(chē)收費系統在我國的推廣。

2 收費系統的構成

電子收費系統主要由無(wú)線(xiàn)發(fā)射器、無(wú)線(xiàn)接收器及管理信息中心三部分組成，如圖1所示，系統設計中選用移動(dòng)的車(chē)輛安裝接收器，因為如果將車(chē)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容極為相似，飛機容易出現信息的相互沖突與無(wú)法確切辨認的矛盾，考慮到每輛車(chē)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，當安裝在車(chē)輛上的接收器進(jìn)入發(fā)射器的有效感應區內時(shí)，接收器接收發(fā)射器的信號，并做相應的處理后存儲數據，同時(shí)，通過(guò)監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(guò)計算機與管理信息中心通信，中心統一調整發(fā)射器的收費信息，接收器配合中心進(jìn)行實(shí)際貨幣結算，同時(shí)更新數據以備用戶(hù)查詢(xún)和中心統籌管理。

3 無(wú)線(xiàn)通信模塊及硬件設計

在本設計中根據具體設計要求選用臺灣義統（etorns）公司的et13x210/et13x221型射頻發(fā)射器和接收器來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信功能。

3.1 et13x210和et13x221

et13x221型發(fā)射器內集成了鎖相環(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、解調器和頻道選擇器，其結構圖分別如圖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)對點(diǎn)傳輸時(shí)互不干擾；

采用頻移鍵控調制，結構簡(jiǎn)單、實(shí)用、比調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(xiàn)，穩定傳輸距離高達10m。

以et13x221/et13x210為核心配合一些外圍模擬電路即可構成無(wú)線(xiàn)通信模塊。

3.2 無(wú)線(xiàn)通信發(fā)射模塊的電路設計

基于et13x221的發(fā)射模塊的硬件電路如圖4所示。

待發(fā)射的數據由data in端輸入，此端的輸入為數字信號，信號輸入后通過(guò)lc振蕩電路，利用相位測試輸出的信號反饋控制電路內的壓控振蕩器（vco）來(lái)穩定時(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形式將基帶信號加在上面，然后經(jīng)過(guò)濾波及放大電路，由天線(xiàn)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(guò)天線(xiàn)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部的混頻器中，同時(shí)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(guò)解調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 軟件設計

遙控汽車(chē)收費站的應用軟件主要由發(fā)射和接收二部分組成，基本實(shí)現了系統設計所要求的功能，且軟件使用結構化編程，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，該模塊主要由數據編碼子程序和數據發(fā)射子程序組成。

4.2 接收模塊

接收器接收到信號時(shí)，根據通信協(xié)議交驗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)對接收的信息以進(jìn)行解碼與檢錯，如果檢測后發(fā)現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設計原理判斷是否允許再次接收信息。

5 結束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗驗證，系統的無(wú)線(xiàn)通信模塊能正確地發(fā)射和接受信息，所設計的不停車(chē)自動(dòng)收費系統運行穩定，車(chē)輛在有限區域內能正確地進(jìn)行自動(dòng)收費，且在收費過(guò)程中無(wú)須減速，實(shí)現了真正意義上，無(wú)障礙和不停車(chē)收費。