CN107369216A - 车载单元 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种车载单元，可用于与无线射频识别标签进行通讯，车载单元包括近场通讯卡片、近场通讯环状天线及铁氧体磁片。近场通讯环状天线设置于无线射频识别标签与近场通讯卡片之间，且满足第一距离小于第二距离，第一距离为近场通讯环状天线与近场通讯卡片之间的距离，第二距离为近场通讯环状天线与无线射频识别标签之间的距离，铁氧体磁片设置于近场通讯环状天线与近场通讯卡片之间；其中，近场通讯环状天线用于在两个方向上与无线射频识别标签以及与近场通讯卡片分别进行通讯。本发明的车载单元仅使用单个近场通讯环状天线即可实现双向通讯，相比于现有技术，减少了电子元件，降低了功率消耗，改善了散热问题，并节省了生产成本。

Description

车载单元
技术领域
本发明涉及一种车载单元，尤其涉及一种单个天线实现双向近场通讯的车载单元。
背景技术
目前，不停车电子收费已成为主流，越来越多的汽车上配备了车载单元OBU(onboard unit)。它的应用原理为：通过安装在车辆前挡风玻璃上的车载单元，与在收费站上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站时，不需停车而能交纳路桥费的目的。
一般而言，近场天线只能实现单个方向上的通讯，而车载单元OBU因为需要同步读取无线射频识别标签及内部卡片(储值卡或者***)上的信息，所以目前的车载单元OBU通常会设计两组近场天线来实现与无线射频识别标签及与内部卡片的通讯，但过多的电子元件也导致了车载单元OBU的高功率消耗及散热不良。
发明内容
为改善上述车载单元的高功率消耗及散热不良，本发明提供一种车载单元。
上述的车载单元，可用于与无线射频识别标签进行通讯，该车载单元包括：
近场通讯卡片；
近场通讯环状天线，该近场通讯环状天线设置于该无线射频识别标签与该近场通讯卡片之间，且满足第一距离小于第二距离，该第一距离为该近场通讯环状天线与该近场通讯卡片之间的距离，该第二距离为该近场通讯环状天线与该无线射频识别标签之间的距离；以及
铁氧体磁片，该铁氧体磁片设置于该近场通讯环状天线与该近场通讯卡片之间；
其中，该近场通讯环状天线用于在两个方向上与该无线射频识别标签以及与该近场通讯卡片分别进行通讯。
作为可选的技术方案，该第一距离的距离范围为3毫米至4毫米，该第二距离的距离范围为120毫米至130毫米之间。
作为可选的技术方案，该车载单元还包括塑料卡槽，该塑料卡槽用于放置该近场通讯卡片。
作为可选的技术方案，该近场通讯环状天线贴附于该塑料卡槽上。
作为可选的技术方案，该近场通讯环状天线制作于柔性电路板上，该近场通讯环状天线具有感应线圈，于该柔性电路板上对应该感应线圈的位置处贴附该铁氧体磁片，该铁氧体磁片与该感应线圈分别位于该柔性电路板基材的相对两面上。
作为可选的技术方案，该车载单元还包括显示模组、中框、电路板及后盖，该车载单元采用由下而上的组装方式，首先水平放置该显示模组，然后将该中框放置于该显示模组之上，再依次将该电路板及放置有该近场通讯卡片的该塑料卡槽设置于该中框上，再将贴附有该铁氧体磁片的该近场通讯环状天线设置至该塑料卡槽上，最后盖上该后盖并进行固定。
作为可选的技术方案，该车载单元还包括芯片及电连接于该芯片的匹配电路，该匹配电路电连接于该近场通讯环状天线，该匹配电路可调节自身阻抗以使该无线射频识别标签处于该近场通讯环状天线的感应范围内，该芯片根据该近场通讯环状天线的感应信息进行信息处理。
作为可选的技术方案，该匹配电路的阻抗为25欧姆。
作为可选的技术方案，该匹配电路包括电磁兼容性滤波器及匹配单元，该电磁兼容性滤波器具有第一电感、第二电感、第一电容及第二电容，该芯片具有第一输出端、第二输出端及芯片射频信号地线输出端，该第一电感的一端电连接于该第一输出端，该第一电感的另一端串联该第一电容，该第二电感的一端电连接该第二输出端，该第二电感的另一端串联该第二电容，该第一电容与该第二电容通过第一节点电连接，该第一节点电连接该芯片射频信号地线输出端；该匹配单元具有第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第一电阻及第二电阻，该第三电容的一端电连接该第一电感的该另一端，该第三电容的另一端电连接该第五电容，该第四电容的一端电连接该第二电感的该另一端，该第四电容的另一端电连接该第六电容，该第五电容与该第六电容通过第二节点电连接，该第二节点电连接该芯片射频信号地线输出端，该第一电阻的一端电连接该第三电容的该另一端，该第一电阻的另一端电连接该近场通讯环状天线，该第二电阻的一端电连接该第四电容的该另一端，该第二电阻的另一端电连接该近场通讯环状天线。
作为可选的技术方案，该无线射频识别标签与该车载单元设置于汽车的挡风玻璃的内侧。
相比于现有技术，本发明的车载单元仅使用单个近场通讯环状天线即可实现双向通讯，相比于现有技术，大大减少了内部电子元件的数量，从而降低了功率消耗，改善了散热问题，节省了生产成本，并且优化了车载单元的内部空间，如此，车载单元有更多的空间来设计更多附加功能，或者，车载单元可以在体积上达到更好的效果。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为无线射频识别标签与本发明车载单元的示意图；
图2为本发明车载单元中的芯片、匹配电路及近场通讯环状天线的电路图。
具体实施方式
图1为无线射频识别标签与本发明车载单元的示意图，请参照图1。车载单元100，可用于与无线射频识别标签200进行通讯，无线射频识别标签200中记录相关的车辆信息，车载单元100包括近场通讯卡片110、近场通讯环状天线120及铁氧体磁片130。近场通讯环状天线120设置于无线射频识别标签200与近场通讯卡片110之间，且满足第一距离D1小于第二距离D2，第一距离D1为近场通讯环状天线120与近场通讯卡片110之间的距离，第二距离D2为近场通讯环状天线120与无线射频识别标签200之间的距离。于本实施例中，第一距离D1的距离范围为3毫米至4毫米，第二距离D2的距离范围为120毫米至130毫米之间。
铁氧体磁片130设置于近场通讯环状天线120与近场通讯卡片110之间，当近场通讯环状天线120工作时，铁氧体磁片130可将近场通讯环状天线120上的大部分的感应能量集中在近场通讯环状天线120上，以提高近场通讯环状天线120在与无线射频识别标签200连线方向上的感应距离，可提供近场通讯环状天线120至无线射频识别标签200之间的远距离通讯，同时，剩余的少部分的感应能量可穿透铁氧体磁片130，能够进行近距离的感应，以提供近场通讯环状天线120与近场通讯卡片110之间的通讯，如此，单个近场通讯环状天线120可在两个方向上与无线射频识别标签200以及与近场通讯卡片110分别进行通讯，如此，当车载单元100位于收费站的微波天线通讯范围内，被激活开始工作时，车载单元100通过单个近场通讯环状天线120即可能够实现双向的近场通讯，以分别实现与无线射频识别标签200(车辆信息)之间的通讯及与近场通讯卡片110(扣费信息)之间的通讯。
因为近场通讯环状天线需要配备对应的芯片及匹配电路等，而车载单元100仅使用单个近场通讯环状天线120及对应其的匹配电路，相比于现有技术，车载单元100大大减少了内部电子元件的数量，从而降低了功率消耗，改善了散热问题，节省了生产成本，并且优化了车载单元100的内部空间，如此，车载单元100有更多的空间来设计更多附加功能，或者，车载单元100可以在体积上达到更好的效果。
于本实施例中，近场通讯环状天线120制作于柔性电路板(未示出)上，近场通讯环状天线120具有感应线圈，于柔性电路板上对应感应线圈的位置处贴附铁氧体磁片130，铁氧体磁片130与感应线圈分别位于柔性电路板基材的相对两面上。
如图1所示，车载单元100还包括塑料卡槽140，塑料材质可减少卡槽对近场通讯环状天线120的感应能力的影响，塑料卡槽140用于放置近场通讯卡片110，于本实施例中，车载单元100还包括显示模组180、中框170、电路板160及后盖150，车载单元100采用由下而上的组装方式，首先水平放置显示模组180，然后将中框170放置于显示模组180之上，再依次将电路板160及放置有近场通讯卡片110的塑料卡槽140设置于中框170上，再将贴附有铁氧体磁片130的近场通讯环状天线120设置至塑料卡槽140上，最后盖上后盖150并进行固定后完成车载单元100的组装。即组装次序依次为显示模组180、中框170、电路板160、放置有近场通讯卡片110的塑料卡槽140、贴附有铁氧体磁片130的近场通讯环状天线120、后盖150。于本实施例中，为提升车载单元100的组装效率及精简车载单元100的结构，可预先将近场通讯环状天线120贴附在塑料卡槽140上。
图2为本发明车载单元中的芯片、匹配电路及近场通讯环状天线的电路图，请一并参照图1、图2。车载单元100还包括芯片121及电连接于芯片121的匹配电路122，匹配电路122电连接于近场通讯环状天线120，匹配电路122可调节自身阻抗以使无线射频识别标签200处于近场通讯环状天线120的感应范围内，芯片121根据近场通讯环状天线120的感应信息进行信息处理。当近场通讯环状天线120制作于柔性电路板(未示出)上时，其对应的芯片121、匹配电路122也可制作于上述的柔性电路板上，当然，车载单元100未设置柔性电路板时，芯片121、匹配电路122也可制作于电路板160上，于本实施例中，芯片121、匹配电路122的位置并不做限定，只需满足其与近场通讯环状天线120的电性连接即可。
于本实施例中，匹配电路122的阻抗为25欧姆，如此，车载单元100的近场通讯环状天线120的远距离感应距离可达到120毫米至130毫米。
具体而言，匹配电路122通过调节其内部电子元件值(例如图2中的电容值及电感值)来调整阻抗，以适应近场通讯环状天线120与无线射频识别标签200之间的感应距离。调整过程如下：通过仪器来观察史密斯图(Smith Chart)，根据史密斯图显示的近场通讯环状天线120的感应距离，不断调节匹配电路122的内部电子元件值，以期达到所需的近场通讯环状天线120与无线射频识别标签200之间的感应距离。
如图2所示，匹配电路122包括电磁兼容性滤波器1221及匹配单元1222。电磁兼容性滤波器12221具有第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1及第二电容C2，芯片121具有第一输出端TX1、第二输出端TX2及芯片射频信号地线输出端TVSS，芯片射频信号地线输出端TVSS耦接接地信号GND，第一电感L1的一端电连接于第一输出端TX1，第一电感L1的另一端串联第一电容C1，第二电感L2的一端电连接第二输出端TX2，第二电感L2的另一端串联第二电容C2，第一电容C1与第二电容C2通过第一节点N1电连接，第一节点N1电连接芯片射频信号地线输出端TVSS。
匹配单元1222具有第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻R1及第二电阻R2，第三电容C3的一端电连接第一电感L1的另一端，第三电容C3的另一端电连接第五电容C5，第四电容C4的一端电连接第二电感L2的另一端，第四电容C4的另一端电连接第六电容C6，第五电容C5与第六电容C6通过第二节点N2电连接，第二节点N2电连接芯片射频信号地线输出端TVSS，第一电阻R1的一端电连接第三电容C3的另一端，第一电阻R1的另一端电连接近场通讯环状天线120，第二电阻R1的一端电连接第四电容C4的另一端，第二电阻R2的另一端电连接近场通讯环状天线120。于本实施例中，为提高匹配单元1222的匹配能力，匹配单元1222还具有与第五电容C5、第六电容C6并联的第七电容C7、第八电容C8,第七电容C7、第八电容C8通过第三节点N3与芯片射频信号地线输出端TVSS连接。
于本实施例中，无线射频识别标签200与车载单元100均设置于汽车的挡风玻璃的内侧，当然，于其他实施例中，无线射频识别标签200与车载单元100也可设置于其他位置，例如，无线射频识别标签200设置于挡风玻璃的内侧，而车载单元100设置于汽车中控台的壳体上，在这里，无线射频识别标签200与车载单元100的位置不作限定，只需满足无线射频识别标签200处于车载单元100的感应范围内即可。
综上所述，本发明的车载单元仅使用单个近场通讯环状天线即可实现双向通讯，相比于现有技术，大大减少了内部电子元件的数量，从而降低了功率消耗，改善了散热问题，节省了生产成本，并且优化了车载单元的内部空间，如此，车载单元有更多的空间来设计更多附加功能，或者，车载单元可以在体积上达到更好的效果；进一步地，可预先将近场通讯环状天线贴附在塑料卡槽上，可提升车载单元的组装效率及精简车载单元的结构。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种车载单元，可用于与无线射频识别标签进行通讯，其特征在于，该车载单元包括：
近场通讯卡片；
近场通讯环状天线，该近场通讯环状天线设置于该无线射频识别标签与该近场通讯卡片之间，且满足第一距离小于第二距离，该第一距离为该近场通讯环状天线与该近场通讯卡片之间的距离，该第二距离为该近场通讯环状天线与该无线射频识别标签之间的距离；以及
铁氧体磁片，该铁氧体磁片设置于该近场通讯环状天线与该近场通讯卡片之间；
其中，该近场通讯环状天线用于在两个方向上与该无线射频识别标签以及与该近场通讯卡片分别进行通讯。
2.如权利要求1所述的车载单元，其特征在于，该第一距离的距离范围为3毫米至4毫米，该第二距离的距离范围为120毫米至130毫米之间。
3.如权利要求1所述的车载单元，其特征在于，该车载单元还包括塑料卡槽，该塑料卡槽用于放置该近场通讯卡片。
4.如权利要求3所述的车载单元，其特征在于，该近场通讯环状天线贴附于该塑料卡槽上。
5.如权利要求3所述的车载单元，其特征在于，该近场通讯环状天线制作于柔性电路板上，该近场通讯环状天线具有感应线圈，于该柔性电路板上对应该感应线圈的位置处贴附该铁氧体磁片，该铁氧体磁片与该感应线圈分别位于该柔性电路板基材的相对两面上。
6.如权利要求5所述的车载单元，其特征在于，该车载单元还包括显示模组、中框、电路板及后盖，该车载单元采用由下而上的组装方式，首先水平放置该显示模组，然后将该中框放置于该显示模组之上，再依次将该电路板及放置有该近场通讯卡片的该塑料卡槽设置于该中框上，再将贴附有该铁氧体磁片的该近场通讯环状天线设置至该塑料卡槽上，最后盖上该后盖并进行固定。
7.如权利要求1所述的车载单元，其特征在于，该车载单元还包括芯片及电连接于该芯片的匹配电路，该匹配电路电连接于该近场通讯环状天线，该匹配电路可调节自身阻抗以使该无线射频识别标签处于该近场通讯环状天线的感应范围内，该芯片根据该近场通讯环状天线的感应信息进行信息处理。
8.如权利要求7所述的车载单元，其特征在于，该匹配电路的阻抗为25欧姆。
9.如权利要求7所述的车载单元，其特征在于，该匹配电路包括电磁兼容性滤波器及匹配单元，该电磁兼容性滤波器具有第一电感、第二电感、第一电容及第二电容，该芯片具有第一输出端、第二输出端及芯片射频信号地线输出端，该第一电感的一端电连接于该第一输出端，该第一电感的另一端串联该第一电容，该第二电感的一端电连接该第二输出端，该第二电感的另一端串联该第二电容，该第一电容与该第二电容通过第一节点电连接，该第一节点电连接该芯片射频信号地线输出端；该匹配单元具有第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第一电阻及第二电阻，该第三电容的一端电连接该第一电感的该另一端，该第三电容的另一端电连接该第五电容，该第四电容的一端电连接该第二电感的该另一端，该第四电容的另一端电连接该第六电容，该第五电容与该第六电容通过第二节点电连接，该第二节点电连接该芯片射频信号地线输出端，该第一电阻的一端电连接该第三电容的该另一端，该第一电阻的另一端电连接该近场通讯环状天线，该第二电阻的一端电连接该第四电容的该另一端，该第二电阻的另一端电连接该近场通讯环状天线。
10.如权利要求1所述的车载单元，其特征在于，该无线射频识别标签与该车载单元设置于汽车的挡风玻璃的内侧。
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