CN101458830A - 不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置 - Google Patents

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

不停车收费***车载单元智能电源管理实现装置

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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