摘 要

随着车辆的增加，对每辆车的电子标签进行发行十分费时费力。因此，本文针对这种状况，设计了应用于高速公路不停车收费系统（ETC）中的可以远程发行的车载单元（OBU）。

本文首先介绍了电子标签的研究背景与意义以及国内外发展状况。其后对我国出台的专用短程无线通信（DSRC）协议和蓝牙协议进行了简单介绍。之后，又进行核心芯片的选型，并提出了OBU系统架构方案。本文在满足设计要求的基础上，MCU处理器选择了TI公司的MSP430F5418A，蓝牙芯片选用了TI公司的CC2540，射频收发芯片选用博通公司的BK5822。另外，本文为了系统安全交易，加入了ESAM加密模块。接着，根据设计的系统构架，对OBU系统各个模块电路原理图进行了设计与分析。同时进行了软件设计。本文所设计的 OBU 系统符合预期设计思想。

关键词：车载单元，MSP430F5418A，BK5822，CC2540，蓝牙协议

Abstract

With the increase of vehicles, the issue of electronic labels for each car is very consuming. Therefore, in this paper, we design a kind of onboard unit that can be remotely issued which can be used in the highway ETC.

This paper introduces the background and significance of the electronic tag and domestic and overseas development. Later the DSRC protocol and Bluetooth protocol introduced in our country are introduced briefly. After that, the core chip is selected and OBU system architecture scheme is proposed. This paper follows the design requirements. MCU processor selects MSP430F5418A of TI, Bluetooth chip selected CC2540 of TI, RF transceiver chip selected Broadcom's BK5822.In addition, considering the system security transactions, and ESAM encryption module is added in this paper. According to the design of the system architecture, each module of OBU system circuit diagram is designed and analyzed. At the same time, the software design of OBU system is carried out. The OBU system which is designed in this paper is in line with the expected design idea.

Key words: On-Board Unit, MSP430F5418A, BK5822, CC2540, Bluetooth protocol

目录

第1章 绪论 1

1.1电子标签的研究背景以及意义 1

1.2 国内外远程发行电子标签的发展现状 1

1.3 本文的设计思路和主要工作 2

第2章 DSRC协议的分析与研究 3

2.1 DSRC协议概述 3

2.2 DSRC协议介绍 3

2.2.1 物理层 3

2.2.2 数据链路层 3

2.2.3 应用层 3

第3章 蓝牙通信协议的分析与研究 4

3.1 蓝牙协议栈体系结构 4

3.2 蓝牙底层协议 4

3.3 蓝牙中间层协议 4

3.4 蓝牙高层协议 5

第4章 OBU 系统硬件电路设计 6

4.1 OBU 系统功能设计思想及整体架构设计 6

4.1.1 OBU 系统设计思想 6

4.1.2 OBU系统整体架构设计 6

4.2 OBU 系统设计核心芯片的确定 7

4.2.1 微控制器的确定 7

4.2.2 蓝牙芯片的确定 8

4.2.3 射频芯片的确定 8

4.3 硬件电路原理图的设计与实现 8

4.3.1 电源管理模块 9

4.3.2 MCU控制电路 9

4.3.3 射频接收/发送模块电路 10

4.3.4 射频天线设计电路 11

4.3.5 蓝牙通信模块电路 12

4.3.6 蓝牙天线设计电路 13

4.3.7 ESAM加密模块电路 14

4.3.8 LCD显示模块电路 14

第5章 OBU 系统软件设计 16

5.1 软件总体流程设计 16

5.2 主程序设计 17

5.3 各个功能模块驱动程序设计 18

5.3.1 射频接收/发送模块驱动设计 18

5.3.2 蓝牙通信模块驱动程序设计 19

5.3.3 ESAM 加密模块驱动程序设计 20

5.3.4 LCD显示模块驱动程序设计 21

第6章 全文总结 23

致 谢 24

参考文献 25

附录 26

第1章 绪论

1.1电子标签的研究背景以及意义

在信息化时代，嵌入式产品已经越来越普及了。作为嵌入式产品的一员，电子标签就是无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，即 RFID 技术）的另一个名称。电子标签是由耦合元件和芯片构成的，附着在特定的产物上，然后使用天线和阅读器来施展它的功能。比如物流系统、门禁系统、图书管理系统和高校一卡通都应用了^[1]。本文涉及到的车载电子标签则是电子标签借助智能交通系统环境下应用户需求而产生的。比起一般的电子标签，车载电子标签也有辨认与交易等功能，但是车载电子标签需要更小的容错率、不停歇的电源供应及更灵敏的唤醒功能。

ETC技术允许车辆高速通过路桥收费站时能读取车牌号并实现公路收费电子化。发行是对每辆车的电子标签进行个性化的过程，是一项费时费力的过程。随着移动互联和智能手机的普及，本设计提出基于手机蓝牙通信功能实现管理中心控制权限，用户自主远程发行的简化发行方案。蓝牙（Bluetooth）技术基于无线数据通信规范，工作频带在通用的ISM频段，无线连接成本小，为移动设备和固定设备间建立通讯连接。蓝牙技术可使所有支持它的设备自主组建网络进行数据通信，或者语音和图像通信。蓝牙技术的优点除了可以代替传统的有线电缆连接，建立无线连接，而且具备着小体积、低功耗、低辐射、低成本的特点，这些特点让蓝牙模块可以应用于微小的设备。另外，每个蓝牙设备的地址是唯一的，安全性较高，而且蓝牙技术支持分散网等多种组网模式，数据传输率也更有效，它的设计开发也更容易。随着蓝牙4.0技术的推广，这项技术越来越应用到生活中的方方面面。基于蓝牙技术的各种优势，近些年来渐渐应用到交通系统中，车载电子标签作为交通管理系统的重要一员，远程发行电子标签的方案就顺势而出了。

远程发行电子标签的研究和开发不仅给用户们以便利，同时也影响了社会环境的利益。经济上，需要花费的成本比传统模式要小得多。带来的社会效应不仅是舒缓了交通堵塞压力，而且也会带来环保效应，高速公路车道管理更方便、会保持更好的畅通。本设计的研究与实现意义在于电子标签产品的发展，为智能交通系统的完善更进一步。

1.2 国内外远程发行电子标签的发展现状

国外经过了近三十年的发展，现如今有着以美国、欧洲、日本为典型的三大规范系统的各种车载电子标签，世界上的核心应用技术已相当成熟^[2]。