出租车计价器和OBU

出租车计价器出租车计价器 构构成成 里程传感器 空车牌 单片机 显示器 打印机 这五个零部件 再通过线路连接 简简单单原原理理 采集车速信号 也可以自己做车速传感器 采用霍尔效应做 车速信号为脉冲信号 采 集脉冲信号的频率就可以得到车速 可以用到单片机的定时器捕获 如果车速大于一定的值 采用公里数计算价格 如果车速小于这个值 就可以用时间计 算 计算公里数 应用单片机计算其公里数 计算时间可以用到定时器确定时间 或者用RTC中断采集到更精确的时间 用数码管或液晶显示公里数 时间 以及价格 可以学到如何用单片机驱动数码管或者 用单片机驱动液晶 空车牌来提供计价器计价的信号 打印机来打印所需要的票据 通过排线连接计价器主机 OBU OBU 即On board Unit的缩写 就是放在车上 用来和路边架设的RSU通讯的微 波设备 车辆高速通过RSU的时候 OBU和RSU之间用微波通讯 就像我们的非接触卡一 样 只不过距离更远 十几米 VS 十厘米 频率更高 5 8GHz VS 13 56Mhz 通过的 时候 识别真假 获得车型 计算费率 扣除通行费 经过不断的发展 OBU已经脱离了存储账号付费的限制 新型的OBU 增加一个 智能卡读写器的功能 可以插一张带有电子钱包或者储值帐户的智能卡 从卡上把钱扣 掉 被称为双片式 前面的只有账号的OBU就被称为单片式 Quipass 011型OBU是一款主动双片式车载单元 该产品是一款遵循2007年5月最 新出台的ETC DSRC中国国家标准GB T20851 2007设计开发的产品 Quipass 011 型OBU安装于车辆前挡风玻璃内侧 OBU主要存储被标识物体 如车辆 集装箱 货物 等 的信息 如ID信息 身份信息 属性信息等 作为与路侧单元 RSU 的微波天 线交互的通信中继器 IC卡和RSU的数据交换只有通过OBU才能完成 Quipass 011 型OBU带有符合ISO14443标准的非接触式IC卡读写接口 通过这个接口与IC卡进行读 写通信 慧科技第二代智能交通终端系统 OBU 关键字 智能交通 ITS OBU 调度系统 DGPS 关键词 智能交通 OBU终端 DGPS 防震 密封机箱 无风扇设计 精确定 位 前言 由于我国的特殊国情 拥堵无序一直是我国交通发展的一大桎梏 智能车辆 调度系统的使命 就是使用智能技术改变这一现状 实现交通的有序管理 1999年 我国就将 智能交通 写入 十五 发展规划 自此 智能交通就如雨后春笋般出现在各大 城市街头 2003年 智慧科技以领先的技术优势 将广州市交通打造成走在城市智能 交通前端的领先者 一 广州市智能交通运营现状 目前广州智能交通系统采用的是智慧科技研发的第一代智能交通系统 OBU 这款系统包括视频 GPS GPRS 和音频四大模块 由主机 外设两部分构成 主 机包括 主板组件 视频组件 GPS组件 GPRS模块 WLAN卡 电源 功放 风扇 箱体 线束设备 外设部分包括键盘 LCD显示器 车内LED 车外LED GPS天 线 GPRS天线 行车记录仪 客流计及其他扩展设备 主板组件采用VIA Luke的处理器和芯片组 使用Award BIOS 最高支持1GB内存 支持18 bit LVDS图形输出 有一个百兆以太网接口 丰富的I O接口 COM 4 US B v2 0 4 Mini PCI slot 1 PC 104 1 以及存储接口 44pin IDE 1 SATA 1 CF 1 支持程序1 255 Sec系统复位设置 支持12V电源输入 可在0 60 环境 正常工作 至今 智慧科技第一代车载终端系统已经在广州市公交系统上运行了三年之久 三 年来 系统一直运行良好 期间出现的一系列问题 都在我们智能交通工程师的维护和 改进下得到了解决 三年的发展和经验积淀 带给我们的不仅是智能交通技术上的领先 优势 更重要的是让我们对智能交通的应用需求和环境需求有了更深刻的认识 在技术 飞速发展的今天 技术的高低已经不再是科技应用于生活的最终奥义 技术对环境的适 用性和对限制的克服性能才是最重要的 而车载恶劣的应用环境对智能交通系统的设计 存在着种种的限制 因此在设计第二代系统时 我们着重考虑了车载的应用环境因素 二 车载环境对智能交通的限制 车载应用环境是相当严苛的 因此车载设备的性能要求也高于一般的电子化设备 在设计智能交通系统时 对应用环境的考虑显得尤为重要 使系统能适应车载环境并利 用其环境创造比一般系统更大的价值 下面 我们将对车载环境对电子设备的局限做简 要的分析 1 环境方面 l 震动 由于公交车运行的路面不可能绝对平滑 因此车载设备一直处于不断振动中 并伴 有偶然的冲击 而电子设备各电缆接插件易受振动影响 接触不良等现象经常发生 而 且震动会造成器件的脱落 长期不间断应用是对整机结构设计的考研 因此 防震设计 是车载电子设备设计的重中之重 防震性能一方面取决于结构设计的巧妙和坚固 另一 决定因素在于各元件在震动环境中稳定运行的性能 l 高温 恶劣的温度环境要求设备耐热散热性能佳 由于车辆长期暴露在户外受太阳的暴晒 空间较小的车厢内部空气流通不畅 温度会比车外高很多 尤其是夏天公交车停在户 外的时候 由于空调不会运行 车内的温度可以飙 到50 60 左右 一般车辆要 大概开启空调运行十分钟以后温度才能降下来 因此车载终端设备如果不具备良好的耐 热性能和散热性能 就很难在这样的环境中保持稳定运行和维持较长的寿命 l 多尘 再次 多尘环境要求防尘性能强 灰尘是电子产品的劲敌 由于目前的系统都是采 用风冷方式进行散热 散热孔与对流的空气配合 会将灰尘带入设备内部 除此之外 某些设备工作时会产生高压与静电 这些都会吸引空气中的灰尘进入设备内部 灰尘会 夹带水分和腐蚀物质一起进入设备内部 覆盖在电子元件上 从而造成电子元件散热能 力下降 长期积聚的大量热量则会导致设备工作不稳定 除此之外 由于灰尘中含有水 分和腐蚀物质 会使相邻印制线间的绝缘电阻下降 甚至短路 影响电路的正常工作 严重的甚至会烧坏电源 主板和其它设备部件 相反 过多的干灰尘进入设备后 则会 起到很大的绝缘作用 直接导致接插件触点间出现接触不良 而落入包含机械结构的设 备中后 将会使设备动作的摩擦阻力增加 轻者加快设备的磨损 重则将直接导致设备 卡死损坏 在公共场所 灰尘的堆积是不可避免的 而且车辆在行驶过程中必将带来大 量的灰尘 因此在人来人往的车辆上 车载设备如果防尘性能不佳 其稳定性和寿命必 将受到影响 l 潮湿 因为车体需要经常清洁 在清洁时可能会导致水溅到车载设备上 而且在雨水较多 的季节 尤其是在南方 空气会很潮湿 潮湿会使设备产生短路和腐蚀 可见设备必须 也能够防水 溅水 防潮 2 恶劣的供电方面 电子设备不同于一般的用电装置 其电压变化承受能力较弱 不能承受超过高过频 的电压变化 因此电压的波动变化会对电子器件的寿命折损很大 而由于汽车特殊的发 电机供电系统和汽车电路形成的特点 汽车的电气环境十分恶劣 主要有以下威胁 l 电压输出紊乱 由于车载系统都是靠车辆上的发电机供电 车辆电源电压变化范围宽 波动严重 干扰大 司机的很多操作 如点火 踩油门 按喇叭 都会导致电源出现高低压脉冲 低电压脉冲 5V 高电压脉冲可以达到 60V 这些脉冲会对电子设备产生致命的危 害 对于大巴来讲 发电机的输出电压会在8 40之间波动 l 发电机部件碳化 由于发电机电刷和喷火嘴带有高热 容易吸引灰尘 而这些配件本身也容易氧化 这些因素都会造成发电设备部件的碳化 碳化使得发电机发电时受到碳化层的干扰 而 产生输出电压时强时弱的现象 由此将会导致输出电压存在频密的毛刺波 对汽车用的 电子设备产生干扰 严重的干扰甚至可能会击毁车上的电子设备 l 高压电路干扰 汽车上有非常多的高频高压电路 例如汽车的火嘴 这些电路会对车体内的电波造 成强烈的干扰 使电波变得非常紊乱 而且也会影响到电子设备的供电系统和数据传输 和交换 影响电子设备的正常工作 例如在声音输出的时候 会造成噪音甚至是啸声 l 接地缺陷 由于轮胎跟大地是绝缘的 汽车无法真正接地 多余的电荷不能有效消除 这会影 响到电子设备的安全和正常工作 严重的时候 甚至还会烧毁电子设备 l 静电干扰 天气干燥的时候 汽车和空气的摩擦会使汽车箱体带有较高的静电电量 加上汽车 本身所产生的各电路和电子设备所产生的电压 会使箱体产生比较高的静电电压 而电 子设备属于静电敏感 ESDS 器件 这些器件工作时极易受到静电的干扰 当静电电 压过高时 会形成对汽车电子设备的电流倒灌 影响电子设备的正常工作 如果保护措 施不到位 会击穿击毁汽车上的电子设备的元器件 具体来说 静电对系统设备主要有 三个方面的影响 1 元件容易吸附灰尘 改变线路间的阻抗 影响元件的功能和寿命 2 因电场或电流破坏元件绝缘层和导体 使元件不能工作 完全破坏 3 因瞬间的电 场软击穿或电流产生过热 使元件受伤 虽然仍能工作 但是寿命受损 静电造成的磁 场还会对无线通讯造成影响 而且车辆空间是人流密集的地方 由于人体也带电 尤其 是在干燥的秋冬季节 人体带电更为强烈 设备太多的静电易使误触碰设备的乘客触电 产生不必要的纠纷 3 信号方面 由于车辆一般在高楼大厦间穿行 车载的GPS和GPRS信号受到高楼的阻隔 使得 GPS的位置计算和GPRS的无线通信受到较大影响 车辆的运行情况和所在位置无法或 延迟传达给总部 总部的调度信息无法或延迟传达给终端 从而造成调度的不准确 影 响调度控制的效率 而车辆在行驶中由于颠簸也可能导致接口松动 导致系统信号故障 三 第二代系统简介 随着我们对智能交通的认识不断加深 现在的智能交通系统已经不能满足现在的需 求 智能交通系统亟待升级 技术的发展给智慧科技的构想提供了支持 我们在三年的 智能交通实践经验和对相关前沿技术掌握的基础上 将智能交通的应用和环境进行了深 入的分析 理解和把握 并在此基础上提出了第二代智能交通系统 OBU 第二代系统是在第一代系统的基础上提出来的 其基本设计理念是低功耗 免维护 高度迎合应用环境 系统包括视频 GPS GPRS 和音频以及后备电源五大模块 由主机 外设两部分构成 主机包括主板组件 视频组件 差分GPS组件 GPRS模块 WLAN卡 电源 功放 散热片 箱体 线束 外设部分包括键盘 LCD显示器 车 内LED 车外LED GPS天线 GPRS天线 行车记录仪 客流计及其他扩展设备 主板组件使用了低功耗的intel ATOM N270的处理器 最大可支持4G的系统内存 主板设置了丰富的接口 COM 6 CAN 1 PCI 104 1 Mini PCI Express 1 USB 2 0 6 GPIO 8 IN 6 OUT 1 设置了两个千兆以太网接口 系统可在 10 7 5 的环境温度中正常运行 同时在机箱设计上采用无风扇密封机箱 在内部的结构设 计上引进了一系列的技术 也研发出了一系列专业技术 采用了耐温 耐潮的电子元件 优化的机箱和结构大大优化了系统的散热 从而实现了系统的全密封设计 由此解决 了防尘 散热 防潮等应用问题 优化的电路设计解决了静电导出和防止电流回窜的问 题 四 第二代系统的性能特点解析 智慧科技第二代智能交通系统在继承了在第一代系统的优势的基础上 改进了第一 代系统的不足之处 主要有以下性能特点 1 优越的散热性能 从普遍意义上来说 散热问题有两种解决方法 一是减少发热 也就是说 尽量减 少系统内的发热部件或减少主要发热部件的发热量 二是把热量排出 智慧科技第二代 系统针对这两方面对系统进行了优化设计 一方面 第二代系统采用低功耗的ATOM平台嵌入式工控主板 BM945GSE 众所周知 ATOM系列在未诞生时 就以其低功耗的性能 得到了广泛的关注 而ATO M的N270在降低功耗方面的表现尤为出众 不同于一般智能交通使用的ARM板 ATO M是基于X86结构的 因此可以在低功耗运行的同时维持高性能运转 而ARM是以牺牲 性能来实现低功耗的 如ARM支持流媒体的能力很弱 视频采集能力也非常弱 因此 使用ARM板的智能交通 不能扩展视频监控和广告播放机等外围设备 智慧科技第一 代智能交通在考量了公交车的视频需求和监控需求后 采用了各方面表现都很出众的威 盛luke板 但由于威盛luke是传统的X86结构主板 因此功耗较高 散热量比较大 第 二代使用的atom主板实现了扬长避短 在保证低功耗的同时 可以支持高清流媒体的 播放和视频采集等高性能应用 另一方面 传统的散热方式是风扇散热即风冷 这种方法会带来噪音和耗电 而且 在多尘的环境中 灰尘容易通过风扇口进入设备内 考虑到车载环境的多尘限制 第二 代系统排除了风冷的散热方案 而采用热传导的散热方法 结合热传导系数高达401的 铜导热快 铝散热快的特点 通过完备的排热系统结构设计 将铜铝散热有效的结合起 来 将系统产生的热量迅速的导出 保证系统的长时间运行 延长设备的使用寿命 2 无风扇设计使系统高度防尘 第二代系统的这一特点同样受惠于采用的BM945GSE ATOM 工控主板 系统的低 功耗设计使得OBU 本身发热不多 再加上完备的散热系统 系统不需要预留风口和 散热孔 可以做到完全密封的设计 无风扇设计的的出发点是防尘和降噪 全密封设计使灰尘无法进入系统 从而杜绝 了灰尘造成主板等元件的腐蚀问题以及电路短路问题 同时 密封的设计使系统在防潮 等方面也得到了改善 而且在公交车的公共环境中 无风扇设计可以避免由于噪音而造 成乘客的烦躁情绪 保障公交车的顺畅行驶 3 提升GPS模块性能 精确定位计算 第二代智能交通系统GPS性能的提升 主要通过采用差分技术 DGPS 来实现 差分技术的原理是 地面监控中心设在基准站位置 坐标精确已知 基准点上安装 GPS接收机 同时安装通信电台 计算机 电子地图和显示器等 工作时每个车辆上 的GPS接收机将其位置 时间和车辆编号等信息一同发送到监控中心 监控中心GPS 接收机将所测得的三维位置与该站的已知坐标进行比较 求出差分改正数 并发送回该 车辆 对车辆位置进行改正 计算出车辆的实时位置 经坐标变换后显示在屏幕上 从 而提高定位精度 系统工作原理如图所示 OBU 运用的是定位精度达到米级的差分技术 采用RTCM SC 104 格式差分数 据 实现动态定位的精准无误 差分技术使得第二代系统可以克服高层障碍物的阻隔 将定位误差缩小到1米左右 并提升定位速度 实现总站对机车调度和运行机车全过程 的动态监测 跟踪和实时分析 调度中心与机车可通过无线通讯 随时精确掌握机车运 行当中的各项参数 发现问题可及时与运行中的机车联系及时处理解决 实现站区内机 车运行全过程的实时监测网络管理 4 完善的供电电路系统 第二代智能交通系统采用和研发了一系列的专业技术 对系统的电路设计进行了优 化 一方面 第二代系统将供电部分的电压均衡性能和静电导除性能进行了进一步提升 使得系统即使处于电源电压供应不稳定的情况下 也可以平衡供给系统的电压 降低 因电压不稳定对系统元件造成损害的可能性 由于车壳面积庞大 因此可以作为一个大 的地线导除池 较低的电压通过也不会对车壳产生任何影响 因此 系统通过机箱的一 系列设计 将车壳作为地线接入处 实现电压接地 将电压过大时多余的电流导流出系 统 引导到车壳上 同时静电导除的设计使得设备产生的静电可以及时导除 杜绝静电 对系统产生的影响 另一方面 第二代系统的压差适应力大大提升 使得系统能适应不同车辆的不同供 电环境 第三 第二代系统的供电系统的设计将电源产生的电磁波和杂波对功放系统产生的 影响降至最低 确保音频系统的正常运行 第四 第二代系统设计了后备电源系统 当车辆因故障熄火时 还可以保障调度终 端的运行 从而清楚的告知后台抛锚车辆的具体位置 对那个路线的车辆实现调度 5 两重音频输出选择 改善音频模块 第二代智能交通系统在改进了第一代模拟音频信号输出的基础上 增加了数字音频 信号输出模块 用户可根据具体的需要进行选择 早期的功放是接受模拟音频信号输出 的 这种输出方式需要先将模拟信号转化为数字信号 再将数字信号进行放大 因此会 在转化和传输过程中会受到各种干扰而产生声音失真杂音和噪音等问题 随着数字功放 的出现和发展 其准确的数字信号传输方式 使得音频信息的数字误差很少 其输出更 为保真 系统会对数字进行复原 而数字功放接收数字音频输出 而车辆的功放模块 是随时可能更新换代或改进的 因此同时具有改进的模拟数字音频输出和先进的数字音 频输出模块 才能适应于车载功放的应用需求 6 高清的视频输出 第二代智能交通系统支持多种视频格式 支持高清视频 各种输出格式都可达到多 种视频输出格式都可以支持到720P 7 具有丰富的扩展接口 加强了系统扩展能力 随着智能交通的不断发展和完善 车载终端系统越来越完善和智能化 由此产生出 新的应用需求 更多的外围设备需要接入到系统中 第一代系统设置的接口设置已经不 能满足系统扩展的需求 因此 我们在设计第二代系统时增设了