CN101458830A - 不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的不停车收费***车载单元智能电源管理装置包括唤醒信号放大电路、电源管理模块微控制器、DC/DC电路模块;唤醒信号放大电路的输入端为该不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置的输入端,唤醒信号放大电路的输出端接电源管理模块微控制器的输入端,将唤醒中断请求信号传输给电源管理模块微控制器,从而将电源管理模块微控制器从睡眠状态激活,激活的电源管理模块微控制器马上产生一个DC/DC使能信号,该使能信号通过电源管理模块微控制器的输出端输入给DC/DC电路模块,DC/DC电路模块的输出端为该不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置的输出端。该装置能降低OBU的功耗,极大地提高电池的利用率。
Description
技术领域
本发明属于智能交通电子收费领域中设备的电源管理实现技术,特别是一种不停车收费***车载单元的一种智能电源管理实现装置。
背景技术
电子收费***(Electronic Toll Collection,ETC)是智能交通***领域中一个特殊的应用。ETC***是利用微波技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高新技术的设备和软件(包括管理)所组成的先进***,以实现车辆无需停车既可自动收取道路通行费用。
目前,不停车收费***(ETC)设计成由路边读写设备(Road Side Unit,简称RSU)、车载单元(On Board Unit,简称OBU)、IC卡(Integrated Circuit,集成电路卡)、计算机安全控管技术等几大部分组成,通过路边车道设备控制***的信号发射与接收装置(RSU),识别车辆上设备OBU内特有编码,判别车型,计算通行费用,并自动从车辆用户的专用帐户中扣除通行费。
现有的OBU供电方式一般有两种,一是使用汽车的直流电源接口供电,二是利用不可重复充的锂电-亚硫酸氯电池供电。前一种方法能够提供很充足的电能,但不同汽车的直流电源接口并没有统一的标准,这个消费者带来很大的不便。第二种供电方法使OBU完全脱离对汽车电源的依赖性,但也存在众多问题:
1电池利用率不高:长时间工作后随着电池容量的消耗,电池电压降低,甚至会低于某些器件的最小工作电压,然而此时电池仍然存在大量的电能得不到利用,直接造成电池的利用率降低。
2带负载能力差:对于电流很大的负载,例如IC卡读写模块,DSRC(专用短距离通信)芯片等开始工作后,电池电压摆幅较大,不能保证恒定电压输出,甚至造成某些模块无法正常工作。
3静态电流过大:在OBU的整个生命周期内OBU绝大部分时间处于睡眠模式,在睡眠期间的静态功耗很大,电池浪费严重,造成的直接后果就是不停的更换电池,同时也缩短了产品的使用寿命。
这些缺点给消费者带来了不便,直接影响到了产品竞争力的首要问题。归根结底,现有技术的缺陷就是OBU的功耗太大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可极大降低OBU的功耗,提高电池的利用率的不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置包括唤醒信号放大电路、电源管理模块微控制器(Micro Controller Unit,简称MCU)、DC/DC电路模块;唤醒信号放大电路的输入端为该不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置的输入端,该输入端接收微波检波模块的输出信号并将其放大,唤醒信号放大电路的输出端接电源管理模块MCU的输入端,将唤醒中断请求信号传输给电源管理模块MCU,从而将电源管理模块MCU从睡眠状态激活,激活的电源管理模块MCU马上产生一个DC/DC使能信号,该使能信号通过电源管理模块MCU的输出端输入给DC/DC电路模块,从而使DC/DC电路模块开始工作,这时DC/DC电路模块的输出端开始稳定输出3.3V的供电电压为后续的模块供电,DC/DC电路模块的输出端为该不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置的输出端;唤醒信号放大电路、电源管理模块MCU和DC/DC电路模块均由电池持续供电。
本发明与现有技术相比,其显著优点是降低了OBU的功耗,极大地提高电池的利用率。因为本发明的不停车收费***车载单元智能电源管理模块将控制OBU工作在睡眠模式和激活模式两种模式,即收费时将OBU唤醒,交易完成后马上让其进入睡眠状态,从而将OBU的功耗减少到最低。
附图说明
图1为本发明的不停车收费***车载单元智能电源管理方法结构图。
图2为本发明的不停车收费***车载单元智能电源管理装置模块图。
图3为本发明的不停车收费***车载单元智能电源管理电路图。
图4为本发明的不停车收费***车载单元智能电源管理程序流程图。
具体实施方式
汽车在公路上行驶的整个过程中,经过收费站的时间是非常短的,OBU只需要在汽车经过收费站时工作,而且工作时间不到一秒钟,其他绝大部分时间都不需要工作。本发明所设计的智能电源管理模块将控制OBU工作在两种模式,睡眠模式和激活模式,如图1所示,当车进入收费站时,OBU被激活,开始工作,处于激活模式;当交易完成,车离开收费站后,OBU马上停止工作进入睡眠模式。
本发明的不停车收费***车载单元智能电源管理装置模块图如图2所示,该装置包括唤醒信号放大电路U2、电源管理模块微控制器U3、DC/DC电路模块U4;唤醒信号放大电路U2的输入端DATAIN为该不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置的输入端,该输入端接收微波检波模块U1的输出信号并将其放大,唤醒信号放大电路U2的输出端接电源管理模块微控制器U3的输入端,将唤醒中断请求信号传输给电源管理模块微控制器U3,从而将电源管理模块微控制器从睡眠状态激活,激活的电源管理模块微控制器马上产生一个DC/DC使能信号,该使能信号通过电源管理模块微控制器U3的输出端输入给DC/DC电路模块U4,从而使DC/DC电路模块U4开始工作,这时DC/DC电路模块U4的输出端开始稳定输出3.3V的供电电压为后续的模块供电,DC/DC电路模块U4的输出端VOUT为该不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置的输出端;唤醒信号放大电路U2、电源管理模块微控制器U3和DC/DC电路模块U4均由电池U9持续供电。
当车经过收费站时,天线接收到由RSU发往OBU的唤醒方波信号,该信号经过微波检波模块U1以及唤醒信号放大电路U2后会产生一个唤醒中断请求信号触发电源管理模块微控制器U3中断,将电源管理模块微控制器从睡眠状态激活,激活的电源管理模块微控制器马上产生一个DC/DC使能信号,该信号使DC/DC电路模块U4开始工作,由DC/DC电路模块输出的VOUT再给调制解调模块U5、账户管理模块U6、IC卡读写模块U7、人机接口模块U8供电。DC/DC电路模块的选择不仅仅要考虑满足电路性能的要求及可靠性,还要考虑它的体积、重量、延长电池寿命及成本等问题。本***需要3.3V的供电电压,因而使用固定输出即可,采用的器件为TI公司的TPS79633芯片。当交易完成后,电源管理模块微控制器立刻通过软件控制进入睡眠模式,DC/DC电路模块停止工作,停止给其他模块供电,***又进入低功耗状态。
本发明的不停车收费***车载单元智能电源管理电路图如图3所示,唤醒信号放大电路U2中,第一电容C1的一端为唤醒信号放大电路U2的输入端DATAIN,第一电容C1的另一端连接第一电阻R1,第一电容C1为输入端DATAIN的耦合电容,第一电阻R1的另一端连接第四电阻R4以及第一TLV2382芯片A1的引脚1IN-,第四电阻R4的另一端连接第三电容C3以及第一TLV2382芯片A1的引脚1OUT,第三电容C3的另一端连接第五电阻R5,第五电阻R5的另一端连接第八电阻R8以及第一TLV2382芯片A1的引脚2IN-,第八电阻R8的另一端连接第四电容C4以及第一TLV2382芯片A1的引脚2OUT,第四电阻R4和第八电阻R8起负反馈作用,它们分别与第一电阻R1和第五电阻R5共同控制第一TLV2382芯片A1的增益,电池U9的输出端Vcc连接第二电容C2、第二电阻R2、第六电阻R6以及第一TLV2382芯片A1的引脚VDD,第二电容C2的另一端接地,第二电容C2为电池U9输出端Vcc的电源去耦电容,第二电阻R2的另一端连接第三电阻R3,第三电阻R3的另一端接地,第二电阻R2和第三电阻R3的中间抽头处还连接第一TLV2382芯片A1的引脚1IN+,为第一TLV2382芯片A1的引脚1IN+提供偏置输入电压,第六电阻R6的另一端连接第七电阻R7,第七电阻R7的另一端接地,第六电阻R6和第七电阻R7的中间抽头处还连接第一TLV2382芯片A1的引脚2IN+,为第一TLV2382芯片A1的引脚2IN+提供偏置输入电压,第一TLV2382芯片A1的引脚GND接地;第四电容C4的另一端连接第九电阻R9,第四电容C4起信号耦合电容的作用,第九电阻R9的另一端连接第十二电阻R12以及第二TLV2382芯片A2的引脚1IN-,第十二电阻R12的另一端连接第六电容C6以及第二TLV2382芯片A2的引脚1OUT,第六电容C6的另一端连接第十三电阻R13,第十三电阻R13的另一端连接第十六电阻R16以及第二TLV2382芯片A2的引脚2IN-,第十六电阻R16的另一端连接第二TLV2382芯片A2的引脚2OUT,第十二电阻R12和第十六电阻R16起负反馈作用,它们分别与第九电阻R9和第十三电阻R13共同控制第二TLV2382芯片A2的增益,同时,第十六电阻R16的另一端为唤醒信号放大电路U2的输出端,电池U9的输出端Vcc连接第五电容C5、第十电阻R10、第十四电阻R14以及第二TLV2382芯片A2的引脚VDD,第五电容C5的另一端接地,第五电容C5为电池U9输出端Vcc的电源去耦电容,第十电阻R10的另一端连接第十一电阻R11,第十一电阻R11的另一端接地,第十电阻R10和第十一电阻R11的中间抽头处还连接第二TLV2382芯片A2的引脚1IN+,为第二TLV2382芯片A2的引脚1IN+提供偏置输入电压,第十四电阻R14的另一端连接第十五电阻R15,第十五电阻R15的另一端接地,第十四电阻R14和第十五电阻R15的中间抽头处还连接第一TLV2382芯片A1的引脚2IN+,为第二TLV2382芯片A2的引脚2IN+提供偏置输入电压,第二TLV2382芯片A2的引脚GND接地。
电源管理模块微控制器U3中,MSP430F2001芯片A3的引脚P1.0为电源管理模块微控制器U3的输入端,MSP430F2001芯片A3的引脚P1.1为电源管理模块微控制器U3的输出端;MSP430F2001芯片A3的引脚P2.6和引脚P2.7之间连接晶振Y1,晶振Y1为MSP430F2001芯片A3提供主时钟,MSP430F2001芯片A3的引脚P2.6还连接第九电容C9,第九电容C9的另一端接地,MSP430F2001芯片A3的引脚P2.7还连接第十电容C10,第十电容C10的另一端接地;MSP430F2001芯片A3的引脚VSS接地,MSP430F2001芯片A3的引脚RST接地,在MSP430F2001芯片A3的引脚RST与地之间连接开关S1,开关S1闭合时,MSP430F2001芯片A3开始进行MCU中断设置、端口设置初始化操作;电池U9的输出端Vcc连接MSP430F2001芯片A3的引脚VCC,MSP430F2001芯片A3的引脚VCC还连接第七电容C7,第七电容C7的另一端接地,第八电容C8与第七电容C7并联。
DC/DC电路模块U4中,TPS79633芯片A4的引脚EN连接第十七电阻R17,第十七电阻R17的另一端为DC/DC电路模块U4的输入端,电池U9的输出端Vcc连接TPS79633芯片A4的引脚IN,TPS79633芯片A4的引脚IN还连接第十一电容C11,第十一电容C11的另一端接地,第十二电容C12和第十三电容C13分别与第十一电容C11并联,TPS79633芯片A4的引脚GND接地,TPS79633芯片A4的引脚NR/FB与第十四电容C14连接,第十四电容C14的另一端接地,TPS79633芯片A4的引脚OUT与第十五电容C15连接,第十五电容C15的另一端接地,TPS79633芯片A4的引脚OUT为DC/DC电路模块U4的输出端。
本发明不停车收费***车载单元智能电源管理程序流程图如图4所示,电源管理模块MCU的管理包含以下步骤:
步骤一:进行MCU中断设置、端口设置初始化操作;
步骤二:MCU关闭主时钟,从而***进入低功耗待机模式;
步骤三:如果MCU接收到唤醒信号请求中断那么进入步骤四,否则保持关闭主时钟状态;
步骤四:MCU打开主时钟;
步骤五:MCU输出高电平,从而使DC/DC电路模块开始工作;
步骤六:MCU开启定时器;
步骤七:如果定时结束,则进入步骤八,否则继续等待;
步骤八:MCU输出低电平,同时进入步骤二,使得MCU关闭主时钟,从而DC/DC电路模块停止工作。
Claims (5)
1、一种不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置,其特征在于:该装置包括唤醒信号放大电路(U2)、电源管理模块MCU(U3)、DC/DC电路模块(U4);唤醒信号放大电路(U2)的输入端(DATAIN)为该不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置的输入端,该输入端接收微波检波模块(U1)的输出信号并将其放大,唤醒信号放大电路(U2)的输出端接电源管理模块MCU(U3)的输入端,将唤醒中断请求信号传输给电源管理模块MCU(U3),从而将电源管理模块MCU从睡眠状态激活,激活的电源管理模块MCU马上产生一个DC/DC使能信号,该使能信号通过电源管理模块MCU(U3)的输出端输入给DC/DC电路模块(U4),从而使DC/DC电路模块(U4)开始工作,这时DC/DC电路模块(U4)的输出端开始稳定输出供电电压为后续的模块供电,DC/DC电路模块(U4)的输出端(VOUT)为该不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置的输出端;唤醒信号放大电路(U2)、电源管理模块MCU(U3)和DC/DC电路模块(U4)均由电池(U9)持续供电。
2、如权利要求1所述的不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置,其特征在于:唤醒信号放大电路(U2)中,第一电容(C1)的一端为唤醒信号放大电路(U2)的输入端(DATAIN),第一电容(C1)的另一端连接第一电阻(R1),第一电容(C1)为输入端(DATAIN)的耦合电容,第一电阻(R1)的另一端连接第四电阻(R4)以及第一TLV2382芯片(A1)的引脚1IN-,第四电阻(R4)的另一端连接第三电容(C3)以及第一TLV2382芯片(A1)的引脚1OUT,第三电容(C3)的另一端连接第五电阻(R5),第五电阻(R5)的另一端连接第八电阻(R8)以及第一TLV2382芯片(A1)的引脚2IN-,第八电阻(R8)的另一端连接第四电容(C4)以及第一TLV2382芯片(A1)的引脚2OUT,第四电阻(R4)和第八电阻(R8)起负反馈作用,它们分别与第一电阻(R1)和第五电阻(R5)共同控制第一TLV2382芯片(A1)的增益,电池(U9)的输出端(Vcc)连接第二电容(C2)、第二电阻(R2)、第六电阻(R6)以及第一TLV2382芯片(A1)的引脚VDD,第二电容(C2)的另一端接地,第二电容(C2)为电池(U9)输出端(Vcc)的电源去耦电容,第二电阻(R2)的另一端连接第三电阻(R3),第三电阻(R3)的另一端接地,第二电阻(R2)和第三电阻(R3)的中间抽头处还连接第一TLV2382芯片(A1)的引脚1IN+,为第一TLV2382芯片(A1)的引脚1IN+提供偏置输入电压,第六电阻(R6)的另一端连接第七电阻(R7),第七电阻(R7)的另一端接地,第六电阻(R6)和第七电阻(R7)的中间抽头处还连接第一TLV2382芯片(A1)的引脚2IN+,为第一TLV2382芯片(A1)的引脚2IN+提供偏置输入电压,第一TLV2382芯片(A1)的引脚GND接地;
第四电容(C4)的另一端连接第九电阻(R9),第四电容(C4)起信号耦合电容的作用,第九电阻(R9)的另一端连接第十二电阻(R12)以及第二TLV2382芯片(A2)的引脚1IN-,第十二电阻(R12)的另一端连接第六电容(C6)以及第二TLV2382芯片(A2)的引脚1OUT,第六电容(C6)的另一端连接第十三电阻(R13),第十三电阻(R13)的另一端连接第十六电阻(R16)以及第二TLV2382芯片(A2)的引脚2IN-,第十六电阻(R16)的另一端连接第二TLV2382芯片(A2)的引脚2OUT,第十二电阻(R12)和第十六电阻(R16)起负反馈作用,它们分别与第九电阻(R9)和第十三电阻(R13)共同控制第二TLV2382芯片(A2)的增益,同时,第十六电阻(R16)的另一端为唤醒信号放大电路(U2)的输出端,电池(U9)的输出端(Vcc)连接第五电容(C5)、第十电阻(R10)、第十四电阻(R14)以及第二TLV2382芯片(A2)的引脚VDD,第五电容(C5)的另一端接地,第五电容(C5)为电池(U9)输出端(Vcc)的电源去耦电容,第十电阻(R10)的另一端连接第十一电阻(R11),第十一电阻(R11)的另一端接地,第十电阻(R10)和第十一电阻(R11)的中间抽头处还连接第二TLV2382芯片(A2)的引脚1IN+,为第二TLV2382芯片(A2)的引脚1IN+提供偏置输入电压,第十四电阻(R14)的另一端连接第十五电阻(R15),第十五电阻(R15)的另一端接地,第十四电阻(R14)和第十五电阻(R15)的中间抽头处还连接第一TLV2382芯片(A1)的引脚2IN+,为第二TLV2382芯片(A2)的引脚2IN+提供偏置输入电压,第二TLV2382芯片(A2)的引脚GND接地。
3、如权利要求1所述的不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置,其特征在于:电源管理模块MCU(U3)中,MSP430F2001芯片(A3)的引脚P1.0为电源管理模块MCU(U3)的输入端,MSP430F2001芯片(A3)的引脚P1.1为电源管理模块MCU(U3)的输出端;MSP430F2001芯片(A3)的引脚P2.6和引脚P2.7之间连接晶振(Y1),晶振(Y1)为MSP430F2001芯片(A3)提供主时钟,MSP430F2001芯片(A3)的引脚P2.6还连接第九电容(C9),第九电容(C9)的另一端接地,MSP430F2001芯片(A3)的引脚P2.7还连接第十电容(C10),第十电容(C10)的另一端接地;MSP430F2001芯片(A3)的引脚VSS接地,MSP430F2001芯片(A3)的引脚RST接地,在MSP430F2001芯片(A3)的引脚RST与地之间连接开关(S1),开关(S1)闭合时,MSP430F2001芯片(A3)开始进行MCU中断设置、端口设置初始化操作;电池(U9)的输出端(Vcc)连接MSP430F2001芯片(A3)的引脚VCC,MSP430F2001芯片(A3)的引脚VCC还连接第七电容(C7),第七电容(C7)的另一端接地,第八电容(C8)与第七电容(C7)并联。
4、如权利要求1所述的不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置,其特征在于:DC/DC电路模块(U4)中,TPS79633芯片(A4)的引脚EN连接第十七电阻(R17),第十七电阻(R17)的另一端为DC/DC电路模块(U4)的输入端,电池(U9)的输出端(Vcc)连接TPS79633芯片(A4)的引脚IN,TPS79633芯片(A4)的引脚IN还连接第十一电容(C11),第十一电容(C11)的另一端接地,第十二电容(C12)和第十三电容(C13)分别与第十一电容(C11)并联,TPS79633芯片(A4)的引脚GND接地,TPS79633芯片(A4)的引脚NR/FB与第十四电容(C14)连接,第十四电容(C14)的另一端接地,TPS79633芯片(A4)的引脚OUT与第十五电容(C15)连接,第十五电容(C15)的另一端接地,TPS79633芯片(A4)的引脚OUT为DC/DC电路模块(U4)的输出端。
5、如权利要求1所述的不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置,其特征在于电源管理模块MCU的管理步骤为:
步骤一:进行MCU中断设置、端口设置初始化操作;
步骤二:MCU关闭主时钟,从而***进入低功耗待机模式;
步骤三:如果MCU接收到唤醒信号请求中断那么进入步骤四,否则保持关闭主时钟状态;
步骤四:MCU打开主时钟;
步骤五:MCU输出高电平,从而使DC/DC电路模块(U4)开始工作;
步骤六:MCU开启定时器;
步骤七:如果定时结束,则进入步骤八,否则继续等待;
步骤八:MCU输出低电平,同时进入步骤二,使得MCU关闭主时钟,从而DC/DC电路模块(U4)停止工作。
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