摘 要 介紹了CC1101無線通信技術(shù)在高速公路路徑識別通行卡上的應(yīng)用，并描述了通行卡的路徑識別原理、硬件組成和軟件設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】通行卡 路徑識別 二義性路徑 無線通信

近年來，隨著我國高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，大量路網(wǎng)連接造成多路徑問題，也就是車輛從路網(wǎng)內(nèi)的甲地行駛到乙地往往存在多條可選路徑，二義性路徑路環(huán)不斷增多，導(dǎo)致車輛通行費的收取和拆分問題也越來越突出。為了解決二義性路徑問題，在高速公路分叉路口安裝標(biāo)識站，當(dāng)車輛經(jīng)過標(biāo)識站，利用無線通信技術(shù)通行卡接收該標(biāo)識站信息并保存，在高速公路出口通過讀卡器讀取通行卡內(nèi)的標(biāo)識信息確定車輛行駛路徑。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

路徑識別系統(tǒng)主要由通行卡、路面標(biāo)識站、讀卡器和收費軟件組成。車輛進(jìn)入高速公路入口，司機取卡后通行卡由休眠模式被激活，安裝在高速公路旁的標(biāo)識站通過無線方式連續(xù)不斷發(fā)送標(biāo)識信息，當(dāng)車輛經(jīng)過該標(biāo)識站時通行卡接收標(biāo)識信息，并將該標(biāo)識信息保存，在高速公路出口通過讀卡器讀取通行卡內(nèi)的標(biāo)識信息，由收費軟件根據(jù)標(biāo)識信息判斷車輛行駛路徑并完成通行費的計算和拆分，讀完數(shù)據(jù)后通行卡進(jìn)入休眠模式。

本系統(tǒng)中，通行卡主要完成標(biāo)識信息的接收和保存，并根據(jù)讀卡器的指令轉(zhuǎn)換工作模式和發(fā)送通行內(nèi)存儲的標(biāo)識信息。

2 通行卡硬件設(shè)計

通行卡主要由MSP430單片機、CC1101無線通信芯片、非接觸CPU卡芯片和鋰電池等組成。CC1101通過SPI接口與單片機連接，無線通信天線在電路板上以蛇形走線方式實現(xiàn)。非接觸CPU卡芯片與單片機沒有數(shù)據(jù)交互，所以沒有數(shù)據(jù)接口的連接，在非接觸讀卡線圈兩端引出兩根線經(jīng)過喚醒信號電路產(chǎn)生高電平有效電平輸入至單片機的外部中斷，用于讀卡器在進(jìn)行讀寫卡的時候喚醒單片機。通過分壓電阻將鋰電池電壓輸入到單片機自帶10位200-ksps模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器，用于檢測電池電壓估算電池剩余電量，硬件框圖見圖1。

2.1 MSP430單片機

MSP430系列單片機以超低功耗而著稱，本項目中采用MSP430G2333，該單片機基于16bit RISC的混合信號處理器，專為滿足超低功耗、低成本需求而設(shè)計。內(nèi)置DCO時鐘和VLO超低功耗低頻時鐘，有4種低功耗模式，其中低功耗模式4最低工作電流僅為0.1uA，自帶10位200-ksps模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器。工作電壓范圍1.8V-3.6V，可以使用單節(jié)鋰電池直接為其供電，最大限度的減少元件數(shù)量、降低功耗和成本。

2.2 CC1101無線通信

CC1101由Chipcon公司出品的工作在低于1GHz頻段的無線數(shù)傳芯片，是一款旨在用于極低功耗RF應(yīng)用。該RF收發(fā)器工作在315MHz、433MHz、868MHz和915MHz的ISM（工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)）和SRD（段距離設(shè)備）頻率波段，也可以通過軟件編程設(shè)置頻率波段300MHz～348MHz、387MHz～464MHz和779MHz～928MHz。本系統(tǒng)中無線通信頻率設(shè)置為433MHz，該頻段為免申請段接收發(fā)射頻率，具有穿透性強、通訊可靠等特點。該芯片主要用于接收路面標(biāo)識站信息和與讀卡器通信，接收讀卡器的指令實現(xiàn)路徑信息的發(fā)送和單片機工作模式的轉(zhuǎn)換，CC1101的電路原理圖如圖2。

2.3 喚醒信號電路

在司機取卡之前通行卡處于休眠狀態(tài)，MSP430單片機處于低功耗模式4，CC1101處于關(guān)閉狀態(tài)，單片機只能通過外部中斷喚醒。讀寫卡操作時，讀卡器通過13.56MHz電磁波喚醒單片機，單片機通過CC1101無線通信方式與讀卡器進(jìn)行命令交互。使用全波整流方式對非接觸讀卡線圈產(chǎn)生的13.56MHz頻率感應(yīng)正弦波進(jìn)行整流濾波，輸出高電平作為單片機的喚醒信號，喚醒信號電路原理圖如圖3。

3 通行卡軟件設(shè)計

該通行卡有3種工作狀態(tài)，分別是休眠、激活和收發(fā)數(shù)據(jù)。司機取卡之前通行卡處于休眠狀態(tài)，取卡時，單片機被讀卡器喚醒，接收讀卡器命令，根據(jù)命令切換工作狀態(tài)為激活。在激活狀態(tài)下，單片機定時每隔1秒鐘打開CC1101，接收路面標(biāo)識站信息，以最高車速160KM/h，車輛距標(biāo)識站最遠(yuǎn)距離44.4米，CC1101能可靠的接收數(shù)據(jù)。當(dāng)收到標(biāo)識站信息時，單片機將標(biāo)識信息寫入內(nèi)部FLASH存儲器進(jìn)行保存，重復(fù)接收到的相同標(biāo)識信息不保存。為了節(jié)省電池電量消耗，延時5mS后關(guān)閉CC1101，單片機進(jìn)入低功耗模式3，等待下一秒鐘的定時周期。在高速公路出口，讀卡器讀取通行卡數(shù)據(jù)時，單片機進(jìn)入外部中斷程序，采集電池電壓計算剩余電量，打開CC1101并接收讀卡器命令，根據(jù)讀卡器命令發(fā)送路徑信息和通行卡剩余電量，最后，通行卡根據(jù)讀卡器命令進(jìn)入休眠狀態(tài)，圖4為單片機程序流程圖。

4 結(jié)語

該路徑識別通行卡采用低功耗近距離無線通信技術(shù)，只需在高速公路分叉路口附近安裝路面標(biāo)識站，通過讀卡器讀取通行卡收到的標(biāo)識信息就可以確認(rèn)車輛行駛路徑，有效解決了二義性路徑問題，具有路徑標(biāo)識率高、成本低和電池使用壽命長等特點。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

黃濤（1983-），男，江西省南昌市人，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為江西方興科技有限公司工程師。主要研究方向為高速公路機電設(shè)備研發(fā)。

作者單位

江西方興科技有限公司 江西省南昌市 330025