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微波车道电子收费技术应用研究 　　摘要道路建成通车，收费系统是高速公路营运管理所必需的交通工程设施。本文结合笔者多年工作经验，以公路微波车道电子收费技术为研究核心，详细论述了电子收费系统中标识卡、标识卡编码器、天线及天线控制器、天线与卡的专用短程通信协议等四项应用技术问题。 　　关键词高速公路；车道；电子收费；控制器 　　近年来，我国经济飞速发展，公路工程建设取得了显著的成就。高速公路机电工程涉及的专业领域较广，内容很多。计算机信息技术的飞速发展，高速公路机电工程在空间和时间上都有了质的变化，它还与道路工程建设和高速公路营运管理有着非常密切的联系。机电工程在整个高速公路建设投资中仅占小部分，但它可充分发挥高速公路安全、高速、舒适的特点，提高营运管理效率，使高速公路真正成为国民经济物资流通不可缺少的大运量高效率运输大通道。以下谨就微波车道电子收费技术作以简要的阐述。 　　1标识卡 　　标识卡是电子收费的通行券，相当于可供查阅、写录的身份证，它安装在车辆前挡风玻璃上，由安装在车道上的读写天线以微波与卡交流信息，读出已有的记录、修改或写入新的数据。 　　1.1通信收发器 　　通信收发器有接收／发射天线，接收回路中有捡波电路和解调器。唤醒收发器的微波激励水平会在一定范围内变动，为此设置电位判别器，根据设置的信号，输出需要的能量信号，以唤醒处理单元工作。发射回路接收微处理单元送来的已调制信号，经功率放大后由天线发出。半双工通信标识卡需要有一个触发信号控制收、发天线的非同步工作。 　　标识卡面积有限，接收和发射天线大都做成微带天线形状。标识卡底板厚度远小于微波波长，常用作微带天线底板，用金属沉积法在底板上生成矩形、圆形或其它形状的辐射元，底板背面贴以金属薄层作接地板。天线体积小质量轻，工艺简单，而且最大辐射线基本在平面的法线方向，易于实现圆极化和双频率工作，但频带窄，效率较低。 　　1.2微处理单元 　　不同类型标识卡的存储器种类、容量和微处理器的功能不完全相同。只读卡的处理单元结构最简单，由ROM和PROM等器件组成，外形为单片式，属于第一代标识卡；天线只能读出存贮的客户身份代码ID和车型代码，不能写入任何数据；它属于被动式系统，大多数不含内电池，采用半双工通信，用简单的LED显示交易结果。客户购买标识卡时。需预交一笔通行费，每通行一次，天线验明卡的有效性后，即通知银行扣除应交的金额。扣除通行费、计算余额、通知客户补交金额等工作统统由后台完成。这种卡的透明度低，一般适用开放式收费。 　　2标识卡编码器 　　编码器的主要功能实际是一台室内近距读写天线，由编码器和计算机组成，两者通过外部接口联接。计算机内插人一个专用编码操作控制板，还建有一个用户及其车辆的数据库。编码器有天线和天线模块还有个放置标识卡的活动盒，所有这些部件安装在吸波材料制作的密封箱内，以防止微波辐射给操作人员的健康带来危害。天线模块是一块复杂的电子器件板，它有由锁相环、振荡器和配电器件组成的振荡发生单元；由调制器和功放等组成的发射单元；有由混频、检波和中放等元件组成的接收单元；有由解调单元，还有专设的显示器和其它外设。 　　编辑器一般放在室内由人工近距离操作，微波辐射强度需控制在人体能承受的范同内，即尽可能低于卫生健康规定的限值。编辑器对卡的写入工作是在计算机的控制下进行，需要写入的内容有：发行单位代码、客户身份代码ID，车辆资料。这些数据一般都存储在PROM内，一旦写入，就只能读出，而不能修改。编码器要具有数据快速准确传输能力，高可靠性和足够长的寿命。 　　3天线及天线控制器 　　天线控制器和天线组成系统对卡的发射／接收单元，它按车道控制|i机提出的通信申请，形成符合某种通信协议的数据帧，通过天线以微波传播给车载标识卡，作为卡的激活信号。同时，接受并解释卡所返回的信号，上传给下道控制计算机。 　　车道读写天线常为面形或多块相连的微带天线。天线安装于路侧立柱或道路上空的龙门架上，距路面高约5m~6m。面向来车方向，有一定的前倾角，在车道上方形成的通信区域。通信区域辐射能量分布并不均匀，中心能量最强，依次往外衰减，辐射能量的大小可通过衰减器进行调整，应保证距路面l.3m高处的有效通信区域长约3.5m~4m，宽3m~3.5m。 　　4天线与卡的专用短程通信协议 　　天线与卡是收费管理计算机网络的终端通信设施，所传输的是数据信号。在两者交换数据过程中，处理涉及到的如何将信息编辑成易于辨识的数据，数据分割包装成多大的、什么形式的块（数据帧），以什么样的方式和速率传送，传输的器件和线路应有哪些要求等问题。 　　物理层规定卡和天线应具有的机械和电气特性，如通信区的几何要求；标识卡在车的安装位置和被激活的角度范围，激活进程和激活时间；载波频率、辐射功率和极化方向；信号调制方式、数据编码方