CN109067458A - 一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信*** - Google Patents

一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***，包括车辆灯光通信***，其为单向通信***，发送方为车辆，接收方为门禁***；在车辆通过各种场合门禁***时使用车辆近光灯进行车辆身份信息和支付信息的传输。设计了光电接收器和标志线的安装位置和设置方法以保证光信号传输时能可靠接收。设计了车辆灯光通信***的车辆端和接收端***结构和功能模块，使得信号能快速可靠的传输。引入了RSA加密方法来保障信息安全。设计了整个***的详细通信方法，使得各个模块有序地发挥作用，共同完成车辆识别和费用支付的过程。无需在车辆上安装额外设备，通过门禁***时车辆也无需停车，使得车辆通过门禁***的过程更方便，快捷和经济。

Description

一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***
技术领域
本发明属于无线光通信技术领域，具体为一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***。
背景技术
在当今社会，车辆的普及率已经达到了一个很高的程度。为了有效管理车辆，小区，收费站和各类停车场均需要进行车辆身份识别和收费。现行的车辆身份识别方法主要为摄像头图像处理，收费方式主要为人工收费。通过采用车辆大灯进行可见光通信可以同时完成车辆身份识别和支付的功能，能够有效降低车辆身份识别和收费***的复杂度并降低***成本。使用该***时车辆无需停车，只需低速即可通过门禁挡杆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***，包括车辆灯光通信***，其为单向通信***，发送方为车辆，接收方为门禁***；
车辆的车辆灯光通信***发送模块由主控芯片，蓝牙通信模块，编码调制电路和驱动电路组成，主控芯片用于数据收发，信息加密和逻辑控制，蓝牙通信模块用于接收手机支付软件的支付信息，编码调制电路负责将待发送信息调制为OOK制式的通信信号，驱动电路负责将信号加载到车辆灯光上发送出去；
门禁***的车辆灯光通信***接收模块由光电接收器，放大滤波电路，判决解调电路和主控芯片组成，光电接收器用于将接收的的可见光信号转换为电信号，放大滤波电路的作用是将信号进行放大和去噪便于后续处理，判决解调电路对放大后的信号进行判决解调，主控芯片需要对接收到的信号进行解密，并根据恢复出的信息进行挡杆控制和扣款操作。
根据车辆近光灯离地高度和光束角度确定出标志线到门禁***的距离，使车辆在标志线位置时近光灯光束照射到门禁***地面处，使光束被光电接收器接收到；
车辆进入标志线范围内后，司机按下信息发送按钮，车辆端主控芯片收到该信号后通过蓝牙模块向关联的手机发送请求信息，手机收到信息后由支付软件产生支付信息，支付信息中包括授权扣款信息和加密公钥，并由蓝牙模块发送给车辆端主控芯片；
车辆端主控芯片查询本车的身份信息，将该身份信息和授权扣款信息组成原始信息，车辆端主控芯片根据RSA加密算法，使用获得的公钥对该原始信息进行加密进而得到密文；
车辆端主控芯片将密文转为二进制编码并输出到调制电路，调制电路将二进制编码调制为OOK信号，OOK信号由驱动电路加载到车辆近光灯上发送出去；
光束将照射到门禁***两边的光电接收器上，至少有1个或多个光电接收器能输出有效的电流信号，采用加法器对6路光电转换后的信号进行合并，合并的电流信号经过电流电压转换后由自动增益放大器进行放大，以保证输出信号的幅值处与相对固定的状态，采用OOK调制方式，直接使用电压比较器实现判决解调；
解调后信号送入接收端主控芯片，主控芯片使用私钥进行解密，根据解密信息可以获得车辆身份信息和授权扣款信息，将该信息送入门禁***，由门禁***执行扣款和打开挡杆的操作。
作为本发明进一步的方案，主控芯片型号均为STM32F103。
作为本发明进一步的方案，在门禁***处安装6个光电接收器，分别对称安装在门禁***两边，最低的两个光电接收器安装位置要尽可能接近地面，最高的两个光电接收器安装位置距地面高度要与车辆近光灯距地高度一致，为适应不同型号车辆，需以普通车型的最高高度为标准，剩下的两个光电接收器分别安装在中间位置，6路光电接收信号最后由加法器合并。
作为本发明进一步的方案，车辆近光灯离地高度为40cm-60cm，车辆近光灯照射距离为30m，门禁***两边用于安装光电接收器的柱形结构高度要大于60cm，标志线距门禁***的距离要小于30m，光电接收器有一个向上的仰角，光束与水平线的夹角为1度，该仰角设置为5度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.在分析车辆驶向门禁***过程中灯光照射位置的基础上，设计了对称分布的光电接收器，实现了分集接收功能，提高了光信号探测的可靠性。驾驶员只需在标志线区域内按下按钮即可，无需停车或在特定位置按下按钮，提高了使用的便捷性。
2.针对车辆灯光通信场景设计了配套的单向通信***，通过合理设计收发模块结构，能够使得数据可靠传输，且传输的速率更快。
3.车辆的身份识别信息以及支付信息都是比较敏感的信息，所以引入了RSA加密过程，对该信息进行加密可以防止恶意截获，保障信息安全。
附图说明
图1为本发明标志设置与光电接收器安装示意图。
图2为本发明发送端模块结构示意图。
图3为本发明接收端模块结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述。
如图1-3所示，本发明一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***，其具体设计过程如下：
步骤1，设置标志线和安装光电接收器；
车辆近光灯离地高度一般为40cm-60cm，规定的车辆近光灯照射距离为30m。所以，门禁***两边用于安装光电接收器的柱形结构高度要大于60cm，标志线距门禁***的距离要小于30m。另外，为了保证较好的光电接收效果，光电接收器需要有一个向上的仰角。可以计算出光束与水平线的夹角约为1度，在实际中车离门禁***的距离是小于30m的，所以该仰角设置在5度左右时较为合理的。如附图1，在门禁***处安装6个光电接收器，分别对称安装在门禁***两边。最低的两个光电接收器安装位置要尽可能接近地面，最高的两个光电接收器安装位置距地面高度要与车辆近光灯距地高度一致，为适应不同型号车辆，需以普通车型的最高高度为标准。剩下的两个光电接收器分别安装在中间位置。
步骤2，设计车辆灯光通信***发送模块；
发送端由主控芯片，蓝牙通信模块，编码调制电路和驱动电路组成，其中主控芯片型号为STM32F103。主控芯片用于数据收发，信息加密和逻辑控制，蓝牙通信模块用于接收手机支付软件的支付信息，编码调制电路负责将待发送信息调制为OOK制式的通信信号，驱动电路负责将信号加载到车辆灯光上发送出去。
步骤3，设计车辆灯光通信***接收模块；
接收端由光电接收器，放大滤波电路，判决解调电路和主控芯片组成，主控芯片型号与发送端相同。光电接收器的作用是将接收的的可见光信号转换为电信号，放大滤波电路的作用是将信号进行放大和去噪便于后续处理。但由于通信距离不固定且通信过程中车辆还在运动，光电转换的信号强度不一致，放大输出的信号不适合后级电路处理，所以需要在此使用自动增益放大电路，使得输出信号幅度保持在一个固定的程度。由于采用OOK调制方式，可以直接利用电压比较器电路对放大后的信号进行判决解调。主控芯片需要对接收到的信号进行解密，并根据恢复出的信息进行挡杆控制和扣款等操作。
步骤4，设计车辆身份识别和费用支付中的灯光通信方法；
具体步骤如下：
步骤4.1，车辆进入标志线范围内后，司机按下信息发送按钮，车辆端主控芯片收到该信号后通过蓝牙模块向关联的手机发送请求信息。手机收到信息后由支付软件产生支付信息，支付信息中包括授权扣款信息和加密公钥，并由蓝牙模块发送给车辆端主控芯片；
步骤4.2，车辆端主控芯片查询本车的身份信息，将该身份信息和授权扣款信息组成原始信息。车辆端主控芯片根据RSA加密算法，使用步骤4.1中获得的公钥对该原始信息进行加密进而得到密文；
步骤4.3，车辆端主控芯片将密文转为二进制编码并输出到调制电路，调制电路将二进制编码调制为OOK信号，OOK信号由驱动电路加载到车辆近光灯上发送出去；
步骤4.4，光束将照射到门禁***两边的光电接收器上，至少有1个或多个光电接收器能输出有效的电流信号，采用加法器对6路光电转换后的信号进行合并。合并的电流信号经过电流电压转换后由自动增益放大器进行放大，以保证输出信号的幅值处与相对固定的状态，便于后续电路进行处理。由于采用OOK调制方式，直接使用电压比较器即可实现判决解调。
步骤4.5，解调后信号送入接收端主控芯片，主控芯片使用私钥进行解密，根据解密信息可以获得车辆身份信息和授权扣款信息。将该信息送入门禁***，由门禁***执行扣款和打开挡杆的操作。
车辆灯光身份识别和费用支付原理如下：在车辆驶入门禁***前设置的标志线时车辆减速，驾驶员按下信息发送按钮。此时处理器对车牌号信息和由手机支付软件生成的支付信息进行RSA加密，并通过调制驱动后由车辆近光灯发送出去。在门禁***端设置信息接收模块，因为车辆驶入标志线后发送信息的时刻，车速以及车辆近光灯高度和角度都有可能不同，设置单一接收器无法保证信号可靠接收。所以门禁***两边在0-100cm的高度范围内对称安装3对光电接收器，6路光电接收器的信号由加法器进行合并，有任意一个或多个光电接收器接收到信号均可实现信号的接收。接收信号经过放大解调后得到加密信号，对其进行解密。根据该信息可以识别车辆，并查询记录根据支付信息进行扣款，扣款成功后打开挡杆，并向手机支付账号发送确认扣款信息。如果车辆识别后发现无需缴费，则直接打开挡杆。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***，其特征在于，包括车辆灯光通信***，其为单向通信***，发送方为车辆，接收方为门禁***；
车辆的车辆灯光通信***发送模块由主控芯片，蓝牙通信模块，编码调制电路和驱动电路组成，主控芯片用于数据收发，信息加密和逻辑控制，蓝牙通信模块用于接收手机支付软件的支付信息，编码调制电路负责将待发送信息调制为OOK制式的通信信号，驱动电路负责将信号加载到车辆灯光上发送出去；
门禁***的车辆灯光通信***接收模块由光电接收器，放大滤波电路，判决解调电路和主控芯片组成，光电接收器用于将接收的的可见光信号转换为电信号，放大滤波电路的作用是将信号进行放大和去噪便于后续处理，判决解调电路对放大后的信号进行判决解调，主控芯片需要对接收到的信号进行解密，并根据恢复出的信息进行挡杆控制和扣款操作。
2.如权利要求1所述的一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***，其特征在于，根据车辆近光灯离地高度和光束角度确定出标志线到门禁***的距离，使车辆在标志线位置时近光灯光束照射到门禁***地面处，使光束被光电接收器接收到；
车辆进入标志线范围内后，司机按下信息发送按钮，车辆端主控芯片收到该信号后通过蓝牙模块向关联的手机发送请求信息，手机收到信息后由支付软件产生支付信息，支付信息中包括授权扣款信息和加密公钥，并由蓝牙模块发送给车辆端主控芯片；
车辆端主控芯片查询本车的身份信息，将该身份信息和授权扣款信息组成原始信息，车辆端主控芯片根据RSA加密算法，使用获得的公钥对该原始信息进行加密进而得到密文；
车辆端主控芯片将密文转为二进制编码并输出到调制电路，调制电路将二进制编码调制为OOK信号，OOK信号由驱动电路加载到车辆近光灯上发送出去；
光束将照射到门禁***两边的光电接收器上，至少有1个或多个光电接收器能输出有效的电流信号，采用加法器对6路光电转换后的信号进行合并，合并的电流信号经过电流电压转换后由自动增益放大器进行放大，以保证输出信号的幅值处与相对固定的状态，采用OOK调制方式，直接使用电压比较器实现判决解调；
解调后信号送入接收端主控芯片，主控芯片使用私钥进行解密，根据解密信息可以获得车辆身份信息和授权扣款信息，将该信息送入门禁***，由门禁***执行扣款和打开挡杆的操作。
3.如权利要求1所述的一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***，其特征在于，主控芯片型号均为STM32F103。
4.如权利要求2所述的一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***，其特征在于，在门禁***处安装6个光电接收器，分别对称安装在门禁***两边，最低的两个光电接收器安装位置要尽可能接近地面，最高的两个光电接收器安装位置距地面高度要与车辆近光灯距地高度一致，为适应不同型号车辆，需以普通车型的最高高度为标准，剩下的两个光电接收器分别安装在中间位置，6路光电接收信号最后由加法器合并。
5.如权利要求2所述的一种车辆身份识别和费用支付的车灯通信***，其特征在于，车辆近光灯离地高度为40cm-60cm，车辆近光灯照射距离为30m，门禁***两边用于安装光电接收器的柱形结构高度要大于60cm，标志线距门禁***的距离要小于30m，光电接收器有一个向上的仰角，光束与水平线的夹角为1度，该仰角设置为5度。
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