摘 要

电子收费系统（ETC）是一种国际公路、桥梁、隧道的电子收费系统，正在开发和普及。随着汽车工业的快速发展，汽车在人类生活中起着不可或缺的作用。但是伴随着生活的便利，套牌车的违法犯罪活动也是越来越严重。这除了在相关法规法条的缺位问题外，套牌车的识别也给人们带来很大问题，传统的解决办法基本都是靠有经验的工作人员靠着人眼识别，但是这不仅工作效率极低，并没有保证准确性，因此不能对罪犯造成严重打击。ETC技术的使用，可以方便快捷地实现车辆识别信息。电子收费系统（ETC）是一种正在开发和普及的公路、桥梁、隧道国际电子收费系统。使用该系统，车主只要安装了IC卡在电子标签窗口不停通过收费站收费，计算机网络技术的使用为结算银行，费用将自动从卡中扣除。为了满足智能交通系统的通信需求，一套通信协议称为专用短程通信（DSRC）道路和车辆之间的协议已经被开发。DSRC协议中定义了两个实体：车辆设备的通信终端（OBU）和路边设备（RSU），代表两个角色的道路和车辆，和两个物理参数，定义通信流程、交互信息的格式规范。目前，这一协议的主要应用是电子收费系统（ETC）高速公路。在这种情况下，首先在整个沟通过程中起着主导作用，完成套牌车识别系统，本文详细研究RSU的电路设计和DSRC协议。由于安全加密技术，车载单元难以伪造。基于车牌和车辆信息读取单元组合的图像识别方法套牌车识别系统、车牌等信息不一致，则可断定此车是套牌车或可疑车辆，实现快速套牌车识别，本文以系统数字电路设计，完整的电路设计方案。主要研究内容有：ETC系统，DSAR，RSU电路等。

关键词：ETC；DSRC；RSU

Abstract

The electronic toll system (ETC) is an international electronic toll system for highways, Bridges and tunnels being developed and popularized. With the rapid development of the automobile industry, cars are playing an indispensable role in human life.But with the convenience of life, the illegal activities of the car are becoming more and more serious.The lack of law problems in addition to the relevant rules and regulations, the deck car recognition also brings very big problem, the traditional solution basically is to rely on experienced staff recognition by human eyes, but it is not only work efficiency is very low, and cannot guarantee the accuracy, so can't give criminals a serious blow.The use of TC technology allows for quick and easy access to vehicle identity information. The electronic non-parking fee system (etc) is an international system for electronic charging for roads, Bridges and tunnels that is being developed and popularized internationally.Using the system, installed on the window by the owner as long as with IC card electronic tags and save cost, through the toll station without stopping, using computer networking technology background and settlement with the bank, and the required fee will be deducted automatically from the card.n order to meet the communication needs of intelligent transportation systems (its), the world to produce a set of suitable for road and communication protocol between vehicle - dedicated short range communication (DSRC) protocol. DSRC protocol defines two communication to end entities: on-board equipment (the OBU) and roadside (RSU), representing the vehicle and road both roles, communicate and defines two physical parameters, operation process, such as interactive information format specification.Currently, a major application of the DSRC protocol is the electronic toll system (ETC) on the highway. In this scenario, the RSU occupies the dominant position in the whole communication process, to complete sets of brand recognition system, in this paper, the RSU circuit design and research of DSRC protocol in detail.The car unit is difficult to forge because of the safety encryption. Deck vehicle recognition system USES image recognition plate and read in the on-board unit combined method of vehicle information, such as the two do not match the registration information, it can be concluded that this vehicle is the deck or suspicious vehicle, to achieve the recognition of deck car quickly and effectively, this topic need to be part of digital circuit design of the system, complete the RSU circuit design. The main research is: ETC system, DSAR, RSU circuit, ETC.

Key words: ETC，DSRC，RSU

目 录

第1章 绪论 1

1.1 背景研究 1

1.1.1套牌车泛滥的原因 1

1.1.2 国外发展现状 1

1.1.3国内发展现状 2

1.2研究意义 2

1.3研究内容和工作 3

第2章 套牌车识别需求分析及相关协议 4

2.1套牌车识别需求分析 4

2.2通信协议DSRC 5

第3章 RSU的DSRC协议栈实现 8

3.1RSU系统总体结构 8

3.2电路模块设计 9

3.3操作系统的选择 10

第4章RSU整体电路设计 12

4.1系统核心芯片的选型 12

4.2通信接口模块设计 15

4.2.1通信接口 15

4.2.2微处理器部分主要外设接口电路计 15

4.3 RS232模块 17

第5章主要电路模块设计 18

5.1 STM32F103简介 18

5.2bk5822简介 18

5.3晶振电路设计 19

5.4复位电路设计 20

5.5仿真调试电路设计 20

5.6电源电路设计 21

第6章设计总结 22

6.1问题及难点 22

6.2收获与体会 22

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 背景研究

1.1.1套牌车泛滥的原因

随着经济的增长和城市化进程的加快，大量的汽车进入家庭。而且有了国家大力鼓舞和支持，导致小客车的产量飞速增长。随着车辆的增长，公路交通的安全保障成了一个很大的问题，同时交通工作也变的十分不便，所以，车辆的控制开始受到人们的关注。车辆的飞速发展在给人们带来便利之外，同时也给人们带来了很多麻烦。克隆车问题得到了相当的重视，在克隆车中可以归纳出以下几个原因：1、个人车主虚荣心强，认为自己车牌号不理想，于是就“借”别人的车牌号给自己的车装门面。2，一些车辆不明，没有合法程序，如非法走私汽车，偷车，报废汽车等。这些车辆根本无法申请法定号牌，因为走了路，只好申请车牌号。3，一些车主为了驾驶“方便”，不受电子警察的限制，申请其他车牌，随意违章驾驶。即使被电子警察抓获，找不到自己的脑袋，逍遥法外。4、不少车主是受经济利益驱使，买车后不办理登记，直接申请其他车辆号牌上路。逃避税费，避免参加车辆年检。5、车辆套牌处罚规模不严，违法成本低。以套牌车为例，只有一条路，一辆车一年就可以逃避费用高达几百万元，但一旦查获，最高罚款二千元，就是缺乏严格的处罚规模。基于诸多的原因以及短时间难以对该处境加以改善，人们便开始研究套牌车识别系统。该系统是基于ETC系统的理论上，把重点放在套牌车的识别。

1.1.2 国外发展现状

自上世纪80年代末以来，世界各国纷纷开始考虑采用收费技术，以减少排队费，减少废气对周围环境的污染。近几年，ETC得到了前所未有的发展。其他国家也高度重视ETC等方面的发展，日本自2001三月开始大力推广全国性的ETC收费服务等，并在全国范围内实现了ETC的平均使用率达到60%。为了解决交通问题，美国和欧洲的发达国家投入了大量的人力、财力和物力。道路交通智能已经进行了大量的实验。据称，美国政府用于ITS研究开发的年度预算一共有12.9亿美元；欧洲3年间仅用于ITS共同开发研究的预算就有280亿欧洲货币；日本1年研发预算为160亿日元，其实际和基础设施建设，金额为1300亿日元。每个国家都有自己的电子收费系统，美国大范围推广的电子收费系统是E-ZPass系统，已经被成功地应用于高速公路，桥梁和隧道的收费站。欧洲研发的电子收费系统是Via-Verde，而新加坡使用的是ERP系统。高投资带来的高回报，智能化先进的电子收费系统，前景十分广阔。数据显示ETC系统作为智能交通系统（ITS）的主要服务功能之一，早已在国外广泛应用，大幅度提高收费站车辆通行能力，确保收费站交通通畅，缓解公路收费站交通压力，推进了人类交通历史的发展。

1.1.3国内发展现状

我国在上世纪90年代开始引入ETC系统。1998、对公路交通科学研究不停车收费系统交通研究所组织部；1999、北京、江苏、四川的交通组织部门，广东交通部门开展示范项目，在同一年，山东、四川省率先提出收费。广东省开78等巷于2004年底，至8月底，共开通了2012条447车道等。北京市铁路网ETC系统从2005开始讨论项目，到2012年底，北京电子标签流通量超过90万件，ETC车道开通达到412条。根据交通部、国家发展和改革委员会”上推广应用高速公路电子收费系统的若干意见”，2015，全国高速公路ETC平均覆盖率达到60%，ETC车道数达到6000，ETC用户达到500万。2011，武汉的免流量收费系统正式启动，并成为全国首个实施多车道免流量电子收费系统的城市，该系统已于正式启动。武汉市相关部门测算后发现：实行自由通行方式比停车方式交通流量增加23%，减排减少60%，交通事故减少15%，项目实施成功将推动全国城市免费通行收费系统。但目前，仍有相当数量的中国收费费或自动收费。现在，他们已经成为中国交通发展的一大障碍，有着许多的的弊端。

1.2研究意义

自改革开放，我国各方面的发展十分迅速，尤其是城市化和汽车化，很多人都有了私家车。据统计，在改革开放前，城市化水平不到20%，然后慢慢发展到了30%，大概2017年将接近80%；机动车年增长率超过10%，预测将达到5亿以上的2017；但交通管理设备十分匮乏，管理水平过低。虽然全国各地都建立了交通管理中心，但许多都只实施了监控功能，而且实际效果并不是很乐观。出现了很多的非法套牌车,借助ETC系统，便可快速识别车辆是否有套牌问题。套牌车识别系统也将会得到巨大的发展。

1.3研究内容和工作

本课题主要工作是完成RSU的电路设计，包括熟悉了解ETC系统的主要原理，发展状况及前景。国家电子收费国家特殊的短期协议DSRC的分析。ETC系统依赖于车载设备和路边设备之间的信利益交换。收费系统通过特定车辆信息收集车辆并计算线路信息的实际成本。DSRC协议可以提供等系统的数据交换服务，它是整个系统的核心部分。DSRC协议定义了两个通信实体：（车载设备OBU和路边设备RSU）。这两种设备扮演了两个角色,车辆与道路。这两个角色是研究重点，其中RSU是本课题主要研究对象。

第2章 套牌车识别需求分析及相关协议

2.1套牌车识别需求分析

基于套牌车泛滥的一系列原因加之短时间难以对该处境加以改善，套牌车识别系统的研究显得愈发重要。本课题需要对ETC系统原理熟悉，了解其各个组成部分，设计套牌车识别系统数字电路，重点是路测单元RSU的电路设计，侧单元（RSU）高速公路电子收费系统是一个应用程序接口之间的ETC和车道控制器。它适用于RSU和高速公路电子收费系统车道控制器之间的通信，自动车辆识别、车辆出入管理、城市道路收费等领域，本课题借助ETC与RSU模块现有硬件模块，研究目的是开发一套自动识别套牌车功能系统。路侧单元的工作模式分为A 型集成工作模式和B 型联机工作模式。B 型工作模式是采用国标GB/T20851-2007 中的联机工作模式，由车道控制器控制其工作。这次设计的路侧单元采用A 型集成工作模式。路侧单元能完成车道控制器的部分工作，能够更快的完成交易流程，路侧单元在车道控制器出现故障的时候可以独立工作。路侧单元向车道控制器实时上传通行交易记录，并且定时更新车辆信息，路侧单元在上传和更新的同时，仍能保持正常工作。ETC系统的中间单元作为车辆单元等后台数据库系统的中间设备，不仅负责主动和车载单元专用短程通信完成计费业务，获取车辆信息，生成交易记录等，而且还负责通过计算机通信接口与后端系统进行数据的通信，车道控制器通过交互接口实现与收费站人员的交互。下面是系统路测单元工作图。

图2.1etc系统路测单元工作图

2.2通信协议DSRC

中国是世界上智能交通技术领域的主流通信协议。该协议是一个专门的通信协议的交通系统的性质，其设计和性质。根据七层模型，DSRC通信协议提出了相应的三层通信协议结构。三层协议对应的七个模型的物理层（LL），数据链路层（L2）和应用层（L7）分别。DSRC是专为应用程序与ETC类似，这种应用服务覆盖面积小，并具有实时性要求高，所以通信协议的系统具有结构简单、效率高的优点，具有一定的可靠性。