ETC電子不停車收費系統(tǒng)畢業(yè)論文

學海無涯畢

業(yè)

設計專 業(yè)：班級學號：學生姓名：指導教師：二〇一

年II月II學海無涯高速公路電子不停車收費系統(tǒng)Highway

Electronic

Toll

Collection

System專業(yè)班級：學生姓名：指導老師：學

院：年

月1學海無涯摘

要高速公路收費站ETC通道：電子不停車收費系統(tǒng)（

Electronic

TollCollection），指的是車輛在通過收費站的時候，通過車上安裝的設備實現(xiàn)車輛識別、信息讀寫（入口）并自動從之前就已經(jīng)綁定好的IC卡或銀行帳戶上扣掉相應資金（出口），是當今交通部門以及大學研究所一直努力研究開發(fā)并推廣在道路橋的一種電子收費系統(tǒng)。在使用電子不停車道的時候，車主只需要在車窗上安裝電子標簽并充值，到達收費站時可不用人工繳費，也不用停車，高速費將自動從卡片扣除。這種收費系統(tǒng)每個車收費過程不到兩秒鐘，其收費道的通行能力是人工收費通道的4-11倍。ETC指的是智能化交通系統(tǒng)里邊的一個重要應用環(huán)節(jié)。它是由安裝在汽車前擋玻璃上的一種電子標簽（OBU，也是我們平常簡稱）并且是和收費站ETC車道上立桿安裝的微波天線進行短程的通信，扣費的形式就是利用當今上位機的技術與各個銀行后臺的協(xié)議進行互聯(lián)計算收費，達到車輛通過道路橋的收費站的時候不用停車就想是路過一個減速帶一樣很隨意的就自動扣除了費用。但總的來說，車輛還是需要以較低速度通過收費車道。通過不停車

收費這些新技術，不僅可以加快到路橋的車流量、提高通行情況、車輛運行效率

同時也可以降低油耗和車輛損耗、較少污染氣體的排放，及環(huán)保又節(jié)能。是當今

交通部門以及大學研究所一直努力研究開發(fā)并推廣的一種電子收費系統(tǒng)。關鍵詞：高速公路電子不停車收費系統(tǒng)；ETC2學海無涯ABSTRACTWith

highway

toll

station

ETC

Channel:

toll

collection

system

means

thevehicle

through

the

toll

station,

to

achieve

the

vehicle

identification

device

throughthe

car,

information

is

written

(entrance)

and

automatically

deducted

from

the

IC

cardor

bank

account

pre-bound

funds

(exports),

is

an

internationally

are

working

to

develop

and

popularize

the

electronic

toll

collection

system

for

roads,

bridges

andtunnels.

Using

this

system,

the

owner

as

long

as

the

window

is

installed

and

storedproximity

card

fees,

they

do

not

pay

through

the

toll

station

manually,

and

withoutparking,

high-speed

toll

is

automatically

deducted

from

the

card.

Although

able

toachieve

no

parking,

but

in

general,

the

vehicle

still

needs

to

pass

a

slower

speed.

Thischarging

system

takes

less

than

two

seconds

per

vehicle

fee,

the

fee

channel

capacityis

5-10

times

the

labor

costs

of

the

channel.

Toll

Collection

System

(Electronic

TollCollection,

ETC)

is

the

intelligent

transportation

system

is

an

important

applicationareas

and

sectors.

DedicatedShort

Range

Communication

via

microwave

vehicleelectronic

tag

and

the

toll

station

ETC

lanes

installed

on

the

vehicle

windshield

on

theuse

of

computer

networking

technology

and

banking

system

back

the

settlementprocess,

so

as

to

achieve

the

vehicle

does

not

need

to

stop

by

the

road

and

bridge

tollstation

will

be

able

to

complete

the

passage

the

purpose

of

payment

of

fees.

By

means

of

toll

collection

technology

can

improve

the

capacity

to

the

road,

the

vehicleoperating

efficiency

when

reducing

fuel

consumption

and

vehicle

wear

and

tear,fewer

emissions,that

of

be

save

energy

and

protected

the

environment

play

a

role.Key

Words：

Highway

Electronic

Toll

Collection

System；ETCI學海無涯目錄緒

論..................................................................................課題背景................................................................................高速公路的不同收費方式..................................................................課題研究的目的與意義....................................................................課題的主要研究內(nèi)容......................................................................高速不停車電子收費系統(tǒng)ETC的研究與設計...................................................設備工作條件............................................................................設計目標................................................................................車道設備設計參數(shù)........................................................................收費系統(tǒng)供電設計參數(shù)....................................................................系統(tǒng)指標................................................................................ETC車道系統(tǒng)實現(xiàn)方式....................................................................本章小結(jié)................................................................................電子不停車收費車道子系統(tǒng)和車載電路的設計..................................................不停車收費系統(tǒng)（ETC)構(gòu)成................................................................車道天線、路側(cè)讀寫控制器..............................................................收費計算機系統(tǒng)........................................................................車道外圍設備..........................................................................不停車收費系統(tǒng)（ETC)功能................................................................車載單元（OBU）.........................................................................MCU與射頻芯片的接口通訊..............................................................電源電路的設計........................................................................車載喚醒電路的設計....................................................................本章小結(jié)................................................................................收費車道控制系統(tǒng)的設計與聯(lián)系..............................................................ETC微波天線及處理器A/B................................................................ETC自動欄桿............................................................................ETC車道信息屏..........................................................................ETC雨棚信號燈..........................................................................車輛檢測器..............................................................................各設備之間的聯(lián)系........................................................................II學海無涯4.7本章小結(jié)................................................................................ETC不停車系統(tǒng)軟件設計....................................................................ETC車道系統(tǒng)控制方案....................................................................RSU主程序的設計........................................................................OBU中MCU和BK5822通信軟件設計.......................................................現(xiàn)場軟硬件安裝調(diào)試及取照..................................................................微波天線的安裝，立桿以及設備的接線...................................................21ETC收費島線圈的布置圖................................................................結(jié)

論...................................................................................參考文獻...................................................................................附錄ETC不停車系統(tǒng)部分程序代碼............................................................致謝.....................................................................................3學海無涯1緒

論課題背景ETC是交通部門正在努力推廣使用于道路、隧道和橋梁的電子自動收費系統(tǒng)。通過分析研究我國的交通壓力和汽車的飛速增加，對我們的環(huán)境造成的污染交通壓力日漸增加等，就當下的收費方式已經(jīng)滿足不了高速交通壓力，普通的收費站收費方式是當車輛通過的時候必須停車，就好像我們節(jié)假日的時候車流量比較大造成相當程度上的擁堵。當通過的時候人們都帶著擁堵煩躁的心情開車此時很用以造成交通事故的發(fā)生，所以這種現(xiàn)象已經(jīng)成為交通部門（收費站）的一大問題。勞民傷財，環(huán)境和時間還有能源，我們常說的酸雨以及近年來的霧霾（PM2.5）都和這些問題有關。這些現(xiàn)象己經(jīng)引起越來越多人的不滿。我們國家的高速也基本上形成了一種規(guī)模，這也是基于國民經(jīng)濟的不管增長，其實總體來說很大一部分高速收費站還是會采用人工收費方式。實際上來說，，我們所研究的電子不停車相比于傳統(tǒng)的優(yōu)勢:其中的一個就是適應于各種不同的收費道路、各種收費站道路情況;然后就是對于過去那種非法的逃費現(xiàn)象、闖欄桿機等不文明的行為可以更好地維護解決。從字面上來看就可以知道智能化交通就是解決優(yōu)化過去的缺點、增加自己的新功能，靈活便意并且比起之前的收費標準還有優(yōu)惠，達到利國利民的作用?？梢越档褪召M站的擁堵現(xiàn)象，增加道路的利用率。直到目前我國都是很重視交通問題，尤其是我們說的不停的電子車收費系統(tǒng)，我國的交通部門指出，收費技術的發(fā)展方向就是趨向于不停車系統(tǒng)，以每個城市的情況各種解決方式來完成。高速公路的不同收費方式人工收費的系統(tǒng)。顧名思義所有收費流程都是有收費員完成。并且每一個收費

亭都會有專門的人員操作，通過對收費站的車輛有抓拍攝像頭、費額顯示、人員收取費用、并且打出收費憑證。人工收費的特點操作簡單、方便，但是會出現(xiàn)逃票闖桿等違規(guī)行為，還有就是單個車輛通過率低操作流程時間長。半自動的收費系統(tǒng)。半自動收費系統(tǒng)是通過操作員加上計算機來實現(xiàn)完成的。前端設備進行數(shù)據(jù)分析，末端人員操作收費，很少一部分也會有計算機代替人進行流程操作，收費站可以通過一定程度上的計算機聯(lián)網(wǎng)進行部分區(qū)域地點的聯(lián)網(wǎng)收費。其特點就是這樣就能夠把不文明的違法行為降低到最小，但由于還是需要人員參與，因此效率還是很低，所以這種方式還是達不到理想效果。電子不停車收費系統(tǒng)。ETC（Electronic

Toll

Collection），來往車輛不用停車就能完成通行。其優(yōu)勢是:首先肯定是收費過程很快，其次就是彌補了前邊兩種所帶來4學海無涯的交通困擾，還可以有效地降低不文明行為;，收費的效率和準確性得到很大提高;可以大大縮減交通部門在建設收費站到投入所花的所有資金;由于車輛不需要因為收費而加減速停車等，因此可以有效地節(jié)能減排。課題研究的目的與意義近幾年來交通部門對高速收費系統(tǒng)所帶來的一系列問題所出臺的解決的方法-電子不停車收費系統(tǒng)，來往車輛不用停車就能完成通行。其優(yōu)勢是:首先肯定是收費過程很快，其次就是彌補了前邊兩種所帶來的交通困擾，還可以有效地降低不文明行為;，收費的效率和準確性得到很大提高;可以大大縮減交通部門在建設收費站到投入所花的所有資金;隨著高速公路通車里程的迅速增長，高速公路事業(yè)在人們的生活中已經(jīng)占據(jù)一部分，傳統(tǒng)的人工半自動收費(ManualSemi—automaticTollCollection，簡稱

MTC)將會被ETC所取代。傳統(tǒng)的MTC與ETC相比較：1）車速受到限制，以帶來車輛堵塞，空氣污染；2）收費的時候容易造成不便，收到假幣，以及后續(xù)對現(xiàn)金的管理等等。電子不停車系統(tǒng)的應用,解決了高速的堵車以及安全問題等,還增加舒適性和方便性。不但是為高速的運營提供方便而且還可以對其相關部門帶來不一樣的影響而且對于高速收費站的組建以及其他資金帶來影響,并且吸引更多的投資高速公路建設和管理；不通過現(xiàn)金交易不但對百姓的生活帶來方便而且它的非直接交易模式也多有關部門的管理到來不必要的麻煩,不管是從使用者角度還是管理者來說都是一件非常之得重視以至于進行實施的工程。課題的主要研究內(nèi)容本課題主要研究以實際工作過程中對高速電子不停車收費系統(tǒng)的整體部署，設計規(guī)劃以及設備之間的關聯(lián)，包括軟硬件之間的銜接。以下幾章里面我會按照個人施工情況（天津市某幾條高速所安裝以及改造的高速公路）以詳細的解釋。主要也針對RSU以實際的道路作解釋，RSU通常由以下部分組成：路邊設備控制器：是一臺計算機設備，通常與天線及其控制器、抓拍系統(tǒng)、車輛檢測器互聯(lián)，對于具有收費島的單車道ETC系統(tǒng)，與之互聯(lián)的還有通行信號燈、電動欄桿等外設。路邊設備控制器完成對所連接設備的各種控制功能、通信功能和處理功能。天線及其控制器：實現(xiàn)與車載OBU之間的通信。抓拍系統(tǒng)：抓拍系統(tǒng)是針對違章車輛以及無電子標簽車輛的電子記錄系統(tǒng)，用于事后對這些車輛進行通行費追繳和違章處罰。車輛檢測器：對車輛的到來進行檢測，以及對來車車型進行分類。(5)其他的輔助設備，如電源、照明等。5學海無涯2高速不停車電子收費系統(tǒng)ETC的研究與設計設備工作條件1、除非技術規(guī)范另有說明，設備的工作條件和測試條件為：溫度為-25℃～+60℃、相對濕度為30%～95%。本項目各收費站控制室、通信站機房、和設備間內(nèi)均裝有空調(diào)，空調(diào)設備工作時：室內(nèi)溫度為18℃～28℃、相對濕度為50%±20%。室內(nèi)有地線，接地方式為聯(lián)合接地，接地電阻不大于1Ω（由房建承包人提供）。室內(nèi)提供的電源為單相50Hz、220V±15%或三相

380V±10%交流電源，承包人應有措施保證設備在此電壓下正常工作。機房設備將在上述環(huán)境條件下工作，但應注意，空調(diào)設備不工作時，其室內(nèi)的溫度、濕度將隨外界天氣變化。2、在技術規(guī)范中可能要求某些設備在更嚴格的環(huán)境條件下工作。所有設備應能在短時間出現(xiàn)的最低溫度和最高溫度下工作。3、在整個安裝工程中，可能會出現(xiàn)空氣濕度很大、大氣中含有酸霧和腐蝕物質(zhì)的情況。4、承包人在考慮應該考慮以下因素在細節(jié)設計、設備安裝保護的同時。⑴水：設備應能接受來自各個方向的濺水，通常是安裝在公路兩邊的路沿上。⑵塵埃：安裝在高速公路沿線的設備并且裸露在塵埃當中。⑶腐蝕性或污染性物質(zhì)：是指表面外殼安裝在外部并且容易受到各種污染，特別指出的是汽車的尾氣和大自然的酸雨。⑷機械應力：高速路沿線兩邊安裝的設備除了受到電纜線路、光和管線之外還會受到大的沖擊和振動，頻率介于10.5～50Hz之間。⑸植物或菌：長時間的裸露可能導致一些植物和微生物的破壞設備。⑹動物：動物可能會造成設備損壞（昆蟲、小鳥、還有老鼠等）。⑺電磁、靜電或電源：由于磁場的原因可能出現(xiàn)感應電流、靜電作用、電磁輻射。施工單位還應該注意的是下邊可能為影響系統(tǒng)運行的因素。金屬元件高速公路沿線或控制室附近的供電線路其它⑻太陽輻射：由于長時間在外面，陽光強度大，很可能產(chǎn)生輻射一直出現(xiàn)電流。⑼雷電：施工單位還應該注意外場設備以及連接到室內(nèi)的設備之間可能遭受雷電：雷電襲擊6學海無涯⑽風力：室外的設備應該可以早38.8m/s以下風速，應能在38.8m/s以下風速時正常工作。⑾化學侵蝕：化學侵蝕Ⅰ：硫磺產(chǎn)品燃燒后的常壓蒸汽；化學侵蝕Ⅱ：常壓硫化氫蒸汽。⑿發(fā)霉：再選材料的時候應該考慮不能選擇適于霉菌滋生的。⒀沖擊：工作臺會受到不同方面產(chǎn)生的振動和敲打產(chǎn)生的沖擊感。⒁振動：通過車道的車輛會產(chǎn)生一定程度的振動，應該能夠在范圍之內(nèi)。設計目標

通過車輛類別和公里數(shù)，對使用高速公路的車進行正確的收費，盡量減少闖桿逃跑等不文明違規(guī)行為。

對所通過的車輛進行記錄數(shù)據(jù)的登記以及入賬情況，盡量減少因為財務原因帶來的不必要麻煩。不同與之前就是盡可能大程度的減少系統(tǒng)引起的交通壓力。

采取xx市統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)收費應用軟件，基本系統(tǒng)功能、對各種車種、車型等采用統(tǒng)一的處理規(guī)范、報表及管理流程均由該軟件提供。

在實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)收費基礎上，提供滿足于本技術規(guī)范要求的其它功能軟件硬件以及調(diào)試。該設備系統(tǒng)具有保護作用，可以不會因為局部故障問題影響其他設備的正常工作，并且還可以與普通的形勢使用。

可以實時定時向交通部門等提供必要數(shù)據(jù)，并且關聯(lián)出入口交通。普通入口收費車道:平均服務時間6秒，平均等到車輛在6秒一輛車;普通出口收費車道:平均服務時間18秒，平均服務水平為等待1.0輛車;ETC收費車道按平均車速20km/h計算。車道設備設計參數(shù)車輛通過檢測器的速度不大于60km/h；收費員操作至控制室顯示的時間延誤為0.1秒（最大值）；發(fā)出一張通行卡的時間為1秒（最大值）；（限于普通入口車道）；

處理一張通行卡的時間為1秒（最大值）；（限于普通出口車道）。ETC收費車道按平均車速20km/h計算。收費系統(tǒng)供電設計參數(shù)收費設備用電均取自專門設置的大容量在線式UPS。學海無涯

配電間（或者與后臺機房合設）內(nèi)應安裝帶空氣開關及過流保護的配電箱，配電箱出線回路≥10路。

收費系統(tǒng)的電源由房建區(qū)變電所低壓配電回路提供，界面劃分在配電箱處，要求為雙路供電，由變電站低壓配電屏通過專門回路引入，但是不可以與其他設備共用比如照明空調(diào)等，并要求在地方電源斷電的情況下，能迅速由柴油發(fā)電機組備用電源進行供電。系統(tǒng)指標所有子系統(tǒng)的系統(tǒng)指標均需滿足《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（機電工程）（JTG

F80／2-2004）。ETC車道系統(tǒng)實現(xiàn)方式本項目電子不停車收費系統(tǒng)采用人工車道刷卡交費與ETC車道不停車交費相結(jié)合的方式，即在人工半自動收費（MTC）基礎上建設電子不停車收費（ETC）車道實現(xiàn)電子不停車自動繳費。本章小結(jié)如果當汽車壓過第一個車道線圈的時候然后一個回傳信號到上位機，然后同時也觸發(fā)了ETC天線架上的射頻讀寫器,同時汽車上安裝的電子標簽與天線讀寫器進行數(shù)據(jù)通訊，這些數(shù)據(jù)信息回傳給收費亭的上位機,上位機開始分析這些數(shù)據(jù)并且做出相應的指令并且相應的設備做出相應的動作，例如：上位機某銀行的后臺之間建立聯(lián)系并能夠準確的計算出扣費金額，如果扣費成功，那么欄桿機就會抬落，費額顯示器顯示收費情況。就是這個過程不用普通那種收費方式，沒有人工干預，車輛就可以不間斷地在規(guī)定時間內(nèi)通過。7學海無涯3電子不停車收費車道子系統(tǒng)和車載電路的設計1.

不停車收費系統(tǒng)（ETC)構(gòu)成ETC收費車道系統(tǒng)包括車道天線、路側(cè)讀寫控制器、收費計算機系統(tǒng)以及其它外圍設備。如圖3-1所示。8圖3-1電子不停車收費系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)圖車道天線、路側(cè)讀寫控制器車道天線是指安裝在收費車道前端線干上的讀寫控制器與

OBU進行連接，車到前端的天線收到OBU的信號然后通過上位機的指令喚醒電子標簽，讀寫器與電子標簽之間進行匹對，連接成功后；電子標簽被寫入相應的車輛信息進行下一個階段的信息傳輸，同時控制器也交換到對應的數(shù)據(jù)，接著回傳到上位機數(shù)據(jù)庫。天線和控制器可以放到收費亭或者是一并放在一起設計。因為天線設備是在外面，所以應該在安裝的時候考慮不同條件的限制。收費計算機系統(tǒng)該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫、ETC相關設備站，車道控制機等。電子標簽是有車道控制機來控制進行讀寫車輛數(shù)據(jù)，可以查詢最初的交易記錄以及車輛的黑白名單、車道外圍交通設備的連接信息，并且可以通過站內(nèi)

ETC匯總、編輯、上傳。在收費車道、收費站應配備ETC應用軟件。ETC應用軟件分為收費車道ETC應用軟件和收費站ETC應用軟件，應完成不停車收費系統(tǒng)的全部功能。ETC應用軟件應采用模塊化結(jié)構(gòu)設計。9學海無涯3.1.3車道外圍設備包括自動欄桿、車檢器、雨棚燈、費額顯示器、車道監(jiān)控抓拍設備、聲光報警器等。本項目僅增加雨棚信號燈、車道信息屏、聲光報警器、自動欄桿，車輛檢測器、讀寫天線等設備，其他設備利用原有車道設備。ETC車道信息指示屏有效起到標識作用，可以指引裝有標簽的汽車進入不停車車道，防止普通車輛誤入

ETC車道。在出口車道可顯示應交款數(shù)、余款數(shù)等。ETC設備的布局需要考慮到車輛不會誤入不停車收費車道，同時需要各種指示設備的配合。還可以做出反應通知車主司機的。車道信息屏顯示通行收費額度、車牌、車型，車輛檢測器、自動欄桿及圖像抓拍的配合，還可以避免不是ETC車道的車輛也跟著進入該車道。2.

不停車收費系統(tǒng)（ETC)功能如果探測到車輛的駛?cè)腭偝霾⑶疫M行車輛的記錄，發(fā)送記錄的數(shù)值。與監(jiān)控識別設備可以判斷車輛是否具有電子標簽（以下簡稱

OBU）?？梢詫崟r進行取證抓拍?？梢詫^往的車輛進行記錄保存。比如在入口車道設備只是記錄該口的車輛信息；在出口車道，根據(jù)車輛進入的入口收費站、車輛的信息資料并且查看收費標準等，可以得出此次費用，回寫出口標識。XX主線站入口車道一次性扣除通行費用，并且寫入

ETC卡車類信息等。根據(jù)車道上位機的指令來做出相應的動作，包括：自動欄桿起落、通行指示燈雨棚信號燈切換、聲光報警器還有就是費額顯示器的顯示等。收費站與車道之間數(shù)據(jù)的對換。具體有：自動接收收費站傳給的收費記錄、同步時間、收費卡的收費時間地點、相關人員信息表等系統(tǒng)設置參數(shù)等；傳輸ETC卡記錄數(shù)據(jù)、出入口車道的通車記錄等。收費車道系統(tǒng)可以單獨不關聯(lián)的方式運行，如果出現(xiàn)其他設備時，系統(tǒng)可以

單獨并且端機使用。如果收費站網(wǎng)絡出現(xiàn)故障或者是收費站的電腦不工作的時

候，在這些之前的數(shù)據(jù)記錄都可以存儲在本地管理處。當車道長時間并且獨自工作的時候，都可通過傳統(tǒng)的方式將收費信息回傳到收費管理處。6.如果車輛通過專用車道并且出現(xiàn)欄桿現(xiàn)象，系統(tǒng)會在費額顯示器上顯示出攔截原因，或者是沒有出入口信息、側(cè)方駛?cè)胲囕v等，此時該車輛不能使用此車道，由工作人員引導至旁邊的普通車道通過。學海無涯車載單元（OBU）MCU與射頻芯片的接口通訊車載單元電路當中的

OBU功能的實現(xiàn)關鍵是由

MCU微控制處理器與通過

SPI總線共同完成射頻芯片

BK5822它的接收發(fā)射。MOSI、MISO、CLK和CSN他們四個組成了總線SPI與BK5822的四根信號通道并且可以提供一個8MHz的速率。用戶可以首先通過一個SPI進行傳輸通訊，那么首先就在讀寫寄存器進行數(shù)據(jù)的控制傳輸，所以可以完成接收電路域喚醒電路與射頻的反電路的互相交流。電源電路的設計220V的交流供電系統(tǒng)。當然它們的芯片還有串口的供電電壓為

3.3V。為了維持系統(tǒng)的供電的穩(wěn)定性需要有一部分的電壓轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)部分電源是由

LMI117芯片來提供

3.3V穩(wěn)定電壓。圖中的

C9、C10、C11、C12、C13作為濾波電容，能夠阻交流通直流的作用。具有低功耗、濾波系數(shù)小、高效、輸出穩(wěn)電壓等優(yōu)點。圖3-2

MCU系統(tǒng)電源穩(wěn)壓電路圖3.3.3車載喚醒電路的設計如果一旦有車輛通過收費站并且碾壓到觸發(fā)線圈，此時便會發(fā)出一組信號。所以我們還需要設計一個可以作為車輛來往的一個喚醒模板。眾所周知如果我們的電路一直處于一個工作狀態(tài)，那么我們不但沒有優(yōu)于之前的電路一樣耗費能源并且對我們的設備也有損害。所以為了解決節(jié)省能耗提高設備壽命這一問題，所以我們就是想當只有車載OBU在接收到喚醒電路信號的時候才開始工作，并喚醒MCU及其他電路開始工作。現(xiàn)代技術的發(fā)展，我們可以裝有自備干電池的情況下產(chǎn)生無線通訊，我們知道有一個一直讓我們都在研究開發(fā)并使用的新技術ZigBee，天雖然是低成本、低功耗、低速率但是自帶供電部分也是有限的，如果不采用自動休眠模式，一直處于工作的情況下，那么實際和設計的工作時間還是差距很大的，所以這個降低功耗問題一直是我們研究及應用各種無線設備的最大的難題。因此為了減少功耗，ETC設計采用了觸發(fā)線圈式喚醒

MCU工作。將

OBU發(fā)出的信息給

RSU，從無線接收到車檢器單元的喚醒信號后，經(jīng)過上邊說的濾波電路的10圖3-3車載喚醒電路設計3.4本章小結(jié)本章主要是把

ETC系統(tǒng)分為幾部分分析，系統(tǒng)各模塊硬件設計，主要分析設計了：路邊單元電路（RSU）、車載單元電路，并著重解釋了車載喚醒電路的設計。是電路可以快速對接車載信號，實現(xiàn)低弱信號對車載單元的喚醒及時。肖特基二極管三極管放大信號MCU電源模塊學海無涯作用，在進行解調(diào)信號篩選，得到滿足要求的喚醒信號，一般情況下有喚醒信號直接出來的信號功率比較低，所以我們還要進行信號的放大，以便能夠達到激活MCU電源模塊，如圖

3-3：喚醒信號—MCU電源喚醒端口—喚醒

MCU然后再進行工作。我們采用

Cockcroft-Walton倍壓整流電路的原理設計出喚醒電路。C-W倍壓整流電路的原理是：當輸入電壓幅度大于二極管正想導通電壓時，利用二級管的導通角來對倍壓整流電路建模。在實際的環(huán)境中，信號強度都比較弱，一般都小于

二極管正想導通電壓，所以電路設計的過程中采用了

C-W電路。主要利用電容等效負載、基本電路分析法、二極管指數(shù)模型等。C-W倍壓整流電路的關鍵部件是在于二極管的選擇。為滿足

5.8GHz無線喚醒電路要求。天線濾波1喚醒學海無涯4收費車道控制系統(tǒng)的設計與聯(lián)系4.1

ETC微波天線及處理器A/B(1

）單車道天線平均無故障工作時間30,000小時;IP65防護等級;有效工作距離不低于10m；不會影響相鄰車道的設備;適應各類惡劣的環(huán)境，能有效的抵御紫外線輻射，防腐性能優(yōu)良。(2

）讀寫交易控制器交易控制器和車道控制器之間的通信協(xié)議可以是異步串行通信協(xié)議也可以是

TCP/IP協(xié)議，交易控制器能處理一系列完整的付款交易，保證安全可靠以及與其它系統(tǒng)的互換性；交易控制器具有系統(tǒng)初始化的程序指令，如設置車道天線頻道、子頻道和電源電壓；交易控制器的管理功能可以連續(xù)監(jiān)視

DSRC微波鏈路的運行，在故障發(fā)生時會自動報警并且把狀態(tài)變化傳給車道控制機。其技術指標要求如下：可以處理一個或兩個天線；適用于單車道收費系統(tǒng)的應用；通信頻率：5.8GHz；識別距離：3.7

～

11

m；工作溫度：-40℃～+75℃；工作相對濕度：100%；免維護壽命不低于50，000h；電源：單相

220V

AC，50Hz；包括必要的防雷、防浪涌設備及措施。（3

）電子標簽計算機網(wǎng)絡讀寫器調(diào)制解調(diào)MCU接口天線ECT標簽天線調(diào)制解調(diào)CPUEEPROM1213學海無涯雙片電子標簽支持5.8Ghz頻段高速專用微波短程通信；支持高速標準

DES、三重DES運算；支持250

Kbps以上高通信速率；支持LED、液晶、蜂鳴器等多種信息提示手段；

數(shù)據(jù)存儲容量不小于256Byte，在128Byte內(nèi)存可進行讀、寫、擦除再寫操作，還開辟有可永久專用字區(qū)；用戶可自定義讀寫標準，使專有應用系統(tǒng)效率更加快捷；內(nèi)存可反復擦寫

100，000次以上，免維護壽命不低于

50,000h；有良好的電磁兼容性，抗干擾能力強；

通訊：與電子標簽讀寫器之間采用加密傳輸，加密算法采用3-DES，采用防沖突通訊協(xié)議的二進制樹形防沖突機制，不管工作區(qū)有多少個標簽，每秒可有效識讀多達

50個標簽；工作溫度：-40℃～

85℃；存儲溫度：-55℃～

125℃；4讀寫天線的安裝可以安裝在雨棚上，也可以單獨安裝在車道門架上；安裝固定費用包含在報價中，待聯(lián)合設計中確定安裝方式。4ETC設備的檢測

ETC讀寫設備應已通過ITS中心檢測，產(chǎn)品型號應在《已通過測試的電子收費專用短程通信產(chǎn)品名錄》中，且在有效期內(nèi)。

產(chǎn)品應可根據(jù)業(yè)主要求，送至ITS中心檢測。ITS中心承擔全國電子不停車收費關鍵設備（可包括路側(cè)單元、車載單元、IC卡、IC卡讀寫機具等）的測試工作。測試工作應至少包括以下內(nèi)容：

ETC設備測試：物理參數(shù)測試、協(xié)議一致性測試、互操作測試、環(huán)境條件測試

智能卡測試：物理特性、化學特性、電特性、通訊協(xié)議、基本功能、基本安全性能、穩(wěn)定性、環(huán)境條件、文件結(jié)構(gòu)、指令集ETC應用測試：交易流程測試、實際過車測試、通行速度、大樣本量、互操作測試。14學海無涯ETC自動欄桿

（1）車道頭部安裝自動欄桿。自動欄桿受控于ETC車道控制器，攔桿的下落由車道控制器車輛檢測到檢測器的數(shù)據(jù)后控制。

（2）欄桿由PVC材質(zhì)制成，桿體表面貼有紅、白相間的高強反光膜。欄桿的斷面形狀可為長方形、圓形或其它形狀，桿長≥3.0米，欄桿臂下邊緣距水平地面的高度在750mm～1050mm之間。

（3）欄桿懸臂被車輛碰撞，可以水平移動，如碰撞力過大時，懸臂應自行脫離，以保護自動欄桿的機械傳動裝置，減輕對碰撞車輛的損害。自動欄桿發(fā)生故障或斷電時，欄桿懸臂自動復位至垂直狀態(tài)。

（4）自動欄桿箱體宜采用2mm以上厚的鋼板制成，為便于維修，機箱留有門、鎖。（5）自動欄桿還應包括通信控制以及車輛檢測模塊,車輛檢測器采用環(huán)形線圈檢測器，它由埋在每條車道路面下的環(huán)形線圈和設于車道控制機內(nèi)的檢測器構(gòu)成，用于統(tǒng)計駛?cè)?、駛出車道的車輛數(shù)和控制車道攝像機的圖像抓拍以及控制通行信號燈、自動欄桿的動作。（6）電機部分技術指標滿足交通行業(yè)標準JT/T（428.1－428.2）－2000《收費欄桿技術條件》；快速啟動和停止，由水平到豎直和由豎直到水平的運動時間≤1.8s；使用壽命：5000000往復次或大于10年；功耗：單相電機≤80W；欄桿抬起時間小于0.7秒；MTBF大于

100萬次，MTTR小于

30分種；使用環(huán)境溫度：-30℃～70℃；環(huán)境濕度：95%無冷凝；帶有防沖撞機構(gòu)，可抗

5級風力，又能安全脫開；電源：AC220V

15%，50Hz

2Hz；防護等級：IP65。ETC車道信息屏采用LED點陣式顯示屏，選用單色

LED點陣顯示模塊；內(nèi)置16×8點陣

ASCII碼字庫，16×16點陣

GB2132一級漢字字庫；分辨率：144×72；發(fā)光亮度>1000cd/m215學海無涯可自動調(diào)節(jié)發(fā)光強度；發(fā)光器件：Φ5半戶外模塊；像素間距：7.62mm；發(fā)光亮度：大于

1500cd/m2；顯示內(nèi)容：收費信息及顯示公告信息、圖像；控制方式：RS232通訊；屏體尺寸：1157mm×608mm×115mm；顯示區(qū)尺寸：1097mm×548mm；操作溫度范圍：-20℃～+75℃；相對濕度：10%～95%非冷凝；MTBF：大于

15,000小時；MTTR：小于

0.5小時；箱體防護等級：IP65；立柱式安裝。4. ETC雨棚信號燈1

雨棚信號燈安裝在每條

ETC車道上方的雨棚上，在車道迎車流行駛方向的收費大棚上方安裝禁止通行（用黃色×表示）和通行（用黃色↓表示）的組合信號燈。黃色×表示車道關閉，車輛不允許駛?cè)朐撥嚨?。黃色↓表示車道開放，

車輛可以駛?cè)朐撥嚨?；在雙向廣場車道逆車流行駛方向的收費大棚上方安裝黃色（用×表示）反向禁行信號燈。22雨棚信號燈由收費亭的

UPS供電；雨棚信號燈的尺寸：600×600mm

（內(nèi)框）；2

承包商的工作任務是提供和安裝雨棚信號燈的連接件、托架、緊固件和其它附屬安裝材料，安裝角度應調(diào)整到使駕駛員獲得最佳的視認效果，并將雨棚信號燈控制線纜引至收費亭內(nèi)車道控制機附近（線纜留有

1.0米的余量），并負責將控制線纜接入車道控制機機柜內(nèi)的

I/O板上。2

連接件、托架、緊固件和其它附屬安裝材料均包含在設備本身，不在單列費用。2主要技術指標如下：

LED光源：黃色：

直徑

26mm；波長626nm；亮度4000mcd～9400mcd；16學海無涯半功率角≥30度；顯示內(nèi)容：正向：黃色叉和黃色箭頭；反向：黃色叉；結(jié)構(gòu)指標：黑色防水機箱；殼體為

1.5mm厚冷軋鋼板；帶遮陽罩；封裝：防水、防塵、防銹蝕機箱，密封性

IP55；安裝角度：垂直方向向前傾6°，水平方向±15°可調(diào)；重量：約

12KG；電氣性能指標:亮度：純黃超高亮發(fā)光二級管,1000米內(nèi)可見；壽命：10萬小時；電源：220V

15%,

50Hz

3Hz；MTBF：10000

小時；MTTR：0.5

小時；溫度：-20℃～+60℃；工作濕度95%（在-5℃～+60℃之間）。車輛檢測器車檢測器所采用的是環(huán)形線圈檢測器，它由埋在每條車道路面下的環(huán)形線圈和設于車道控制機內(nèi)的檢測器所構(gòu)成，用于統(tǒng)計車輛駛?cè)?、駛出車道的車輛數(shù)和控制車道攝像機的圖像抓拍以及控制通行信號燈、自動欄桿起落的動作。車輛檢測器應可以檢測通過本路的各種車輛。當拖掛車通過檢測器時應判為一輛車；當兩輛車快速、慢速或相距很近地通過檢測器時，應判為兩輛車。各車道的檢測器不能互相干擾。金屬物體在兩車道之間的收費島上移動時，不能影響檢測器的性能和精度。不要求環(huán)形線圈檢測器檢測比輕型摩托車更小的運輸工具。當車道處于關閉狀態(tài)時，檢測器通常應仍處于工作狀態(tài)，以檢測在車道關閉時的違章車輛。當有違章車輛通過時，應能引起黃色閃光報警器報警，直至事情處理完畢。環(huán)形線圈安裝包括以下內(nèi)容，但不局限于此：開槽、布線、封裝（填充適當?shù)奶畛鋭＼囕v檢測模塊部分技術指標· 線圈電纜由截面積不小于

1.5mm2多股銅導線構(gòu)成，應用于超低壓電路（AC32V以下）；學海無涯埋設后的環(huán)形圈絕緣電阻：>500M （DC500V

時）；線圈電感量范圍：70～1000

H；

靈敏度為四級可調(diào)：高0.02%L/L、次高

0.05%L/L、中低

0.1%L/L、低0.5%L/L；頻率：三級以上可調(diào)：高、中、低；電源要求：24VDC±15%150mA最大輸入電流；貯存溫度：-40℃～+85℃；操作溫度：-40℃～+85℃；濕度：高達95%，無冷凝；檢測器具有加電自動復位和人工復位兩種功能；檢測精度≥99.9%。4.6各設備之間的聯(lián)系電子不停車收費系統(tǒng)的構(gòu)成及每個設備之間的銜接如下圖：17學海無涯收費站船導的上剖面圖可以看出各設備的位置以及安裝如下：4.7本章小結(jié)本章介紹了ETC系統(tǒng)涉及的總方案，并分析介紹了該系統(tǒng)采用的DSRC通訊方案，最后使用專用短程通信協(xié)議采用5.8GHz載波通訊協(xié)議實現(xiàn)汽車與路邊單元之間的通信。此外還對系統(tǒng)中使用的FM0編解碼進行設計、仿真、實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的、實時的編解碼功能。利用軟件編碼，很大程度上解決了ETC系統(tǒng)識別速度慢，容易受干擾的缺點。介紹射頻接收機的基本原理，在原有的接收機結(jié)構(gòu)的基礎上改進并將二次變頻超外差接收機結(jié)構(gòu)引入到本系統(tǒng)中。（本系統(tǒng)設計的微波天線接收發(fā)射設備是北京千方科技有限點公司研發(fā)的，此接收機射頻前端的射頻元件LNA進行優(yōu)化，然后再利用

Ansoft

HFSS軟件，模擬仿真應用于ETC系統(tǒng)

RSU和OBU上的倒

F型微波天線，滿足于系統(tǒng)的要求。）18學海無涯5

ETC不停車系統(tǒng)軟件設計5.1

ETC車道系統(tǒng)控制方案首先對整個系統(tǒng)進行系統(tǒng)初始化，然后對地感線圈信號進行掃描，如果檢測到有車輛進入地感線圈感應區(qū)域，系統(tǒng)啟動RSU對OBU進行識別，檢測到達車輛有無標簽及標簽是否有效，并對到達車輛與黑名單庫進行比對，檢測到達車量是否為標記為黑名單的車輛，如果車輛信息一切正常，收取該車輛的通行費及檢測余額是否充足，巨鼎是否對該車輛進行放行，最后保存該車輛信息，如果該車輛是違規(guī)車輛，攝像機進行自動抓拍該車輛信息，并存入黑名單庫上傳至站系統(tǒng)，如果車輛有標簽但標簽失效，對該車輛進行提醒，并列入灰名單上傳至站系統(tǒng)。19學海無涯圖5-1車道系統(tǒng)控制流程圖5.2

RSU主程序的設計首先對整個系統(tǒng)進行系統(tǒng)硬件的初始化，然后啟動喚醒電路RSU通信功能，對到達車輛判別是否為合法車輛，驅(qū)動車道系統(tǒng)模塊檢測到回傳信號到上位機，上位機發(fā)送顯示指令到LED電子顯示屏，顯示車輛相關信息。圖5-2主程序流程圖20學海無涯5.3

OBU中MCU和BK5822通信軟件設計首先對系統(tǒng)進行初始化操作，包括MCU初始化、BK5822觸發(fā)模塊初始化及相

關外設硬件初始化，如果無車輛駛?cè)霗z測車道則OBU將進入休眠狀態(tài)，如有車輛駛?cè)?，啟動喚醒電路中斷信號，并打開接收鏈路，系統(tǒng)天線接收到信號，讀取數(shù)據(jù)回傳上位機，上位機系統(tǒng)接收到信號之后，處理本次過往車輛的通行收費（與銀行后臺進行聯(lián)網(wǎng)計費扣費業(yè)務核算）。圖5．5

MCU和BK5822交互流程圖21學海無涯6現(xiàn)場軟硬件安裝調(diào)試及取照6.1微波天線的安裝，立桿以及設備的接線對應的現(xiàn)場施工人員的安裝如下圖：22學海無涯6.2 ETC收費島線圈的布置圖2、UPS供電系統(tǒng)的構(gòu)成連接體圖23學海無涯現(xiàn)場設備接線：地感線圈的鋪設：24學海無涯3、現(xiàn)場施工記錄、土建進場施工記錄到弱電進場施工記錄：25學海無涯ETC抓拍相機立桿安裝：26學海無涯ETC標志標牌安裝：2728學海無涯結(jié)

論通過對高速電子不停車收費（ETC）系統(tǒng)現(xiàn)場實際施工情況，以及自己親身施工、軟件硬件安裝調(diào)試。對整個工程的流程有了更深刻的認知了解。然后在對前期

的施工進場安排、具體情況具體的分析及遇見變更所應該做的、軟硬件的安裝調(diào)試，再把整個工程具體劃分為不同的子系統(tǒng)來更具體的進行分析施工。整體上來看應該熟知微波天線與地感線圈及反饋信號到監(jiān)控的抓拍、到費額顯示器的讀寫、到欄桿機的起落，最后回傳到上位機至軟件進行數(shù)據(jù)分析，按路段以及其他情況來作出具體正確的分析扣費。整個流程為了達到高速收費系統(tǒng)簡單精準便捷的效果。本次論文的大體內(nèi)容也就是圍繞ETC的具體施工情況，施工的步驟，以及每個子系統(tǒng)的施工先后順序，每個子系統(tǒng)所用到的產(chǎn)品解釋說明。本論文說的ETC電子標簽均采用雙片式電子標簽，將新增的ETC收費系統(tǒng)與已建的MTC收費系統(tǒng)進行有機的

結(jié)合。在交通量較大，設有ETC車道的收費站，用戶可將雙界面CPU卡插入雙片式電子標簽，以不停車方式通過ETC車道；在交通量相對較小，僅設有人工收費車道的收費站，用戶可采用雙界面CPU卡以刷卡的方式通過普通人工收費車道。電子支付選擇，雙界面卡（接觸式+非接觸式）可以由高速公路系統(tǒng)單獨發(fā)行、管理，系統(tǒng)相對獨立，與銀行接口十分簡單，管理方便。雙片式ETC電子標簽存儲包括車主、車型、車輛物理參數(shù)等固定信息。雙界面IC卡存儲帳號、余額、交易記錄、入出口編號等信息，雙界面IC卡內(nèi)存儲的信息能以接觸式和非接觸式兩種方式進行讀寫訪問。根據(jù)我國的國情，ETC車道采用欄桿常閉設計，可有效防止非法車輛的逃費。

綜合考慮互通立交匝道的通過速度和安全性因素，本設計推薦采用“低速”的方案，即安裝有電子標簽的車輛通過ETC車道的時速限制在20km/h以下。29學海無涯參考文獻《天津市高速高速公路聯(lián)網(wǎng)收費技術要求》《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（機電工程）（JTG

F80/2-2004）《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057－94和《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術范》GB50343－2004無線交通信號控制系統(tǒng)及新技術的應用?—電訊技術（2007）4基于

RFID

技術的核心物品實時監(jiān)控管理系統(tǒng)—電子技術（2011）

[6]天津市

X

X

高速

ETC

電子不停車收費系統(tǒng)安裝調(diào)試施工技術文件劉志偉、程琳。不停車收費系統(tǒng)（ETC）概括研究—科技創(chuàng)新導報（2008）2：:11高文娟。唐斌。高速公路不停車收費系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)（2008）8:209-2019

伍佑成。淺談電子不停車收費系統(tǒng)。中國公共安全（2007）9:33-359楊繼成、施莉娟ETC技術原理及其在高速公路收費中的應用。上海市公路學會第六屆年會學術論文文集，2003:242-2459王飛．高速公路ETC車道收費軟件的設計與實現(xiàn)【D】．西安電子科技大學．2010．[12]王永超，郭瑞，包貴浩．低功耗有源RFID標簽設計與實現(xiàn)【J】．電子測量技術．2010=Bosch

Teleco．Global

Specification

for

Short

Range

Communication．CEGELEC

SAand

Combitech

Traffic

Systems

AB，2003，124—125=Haitham

M

A

1·Deck．Analyzing

Performance

of

ETC

Plazas

Using

New

ComputerSoftware．Journal

ofComputing

in

Civil

Enginerring。2001=朱亞玲．電子不停車收費B類OBU系統(tǒng)的設計【D】．北京交通大學．2011

[16]張弓．ETC應用中RSU系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)【D]．華東師范大學．2011A宋曉麗．電子不停車收費系統(tǒng)的研究與優(yōu)化設計【D】．西安科技大學，2009A姜黎黎，林鑫，廖斌．ETC系統(tǒng)OBU上5．8GHz圓極化天線小型化研究[J]．艦船電子工程．200930學海無涯31學海無涯附錄ETC不停車系統(tǒng)部分程序代碼#include

<iostream>#include

<string>#include

<fstream>#define

MaxChe

3#define

Chefei

0.5using

namespace

std;class

Time{public:int

year;int

mouth;int

day;int

hour;int

minute;int

second;void

setTime(){cout<<"Time"<<endl;cout<<"year:";cin>>year;cout<<"mouth:";cin>>mouth;cout<<"day:";cin>>day;cout<<"hour:";cin>>hour;cout<<"minute:";cin>>minute;cout<<"second:";cin>>second;}void

showTime(){cout<<year<<