摘 要

由于我国经济的高速发展，交通需求日益增长，现有的路桥收费站的通行能力已经日渐乏力。ETC(Electronic Toll Collection, 电子不停车收费)系统融入了现代高新技术、以射频识别技术为核心，它能够高效地完成收费等工作，缓解交通压力，已经成为了目前最先进的路桥收费管理系统。

ETC系统主要可以完成四个功能：自动车辆识别、自动车辆分类、事务处理和违法执法。一个完整的ETC系统主要由路边单元和车载单元两部分组成，车载单元采用严格的安全加密技术将车辆信息储存其中；路边单元则通过射频识别技术对车载单元的车辆信息进行读取，利用图像识别技术识别车牌信息，然后比对两种信息，完成对车辆稽查，收费等功能。

ETC系统是一种DSRC（Dedicated Short Range Communication，专用短程通信）应用，它运行在5.8GHz频段，用于收费站的路边单元和车辆上的车载单元之间的通信^[2]。本论文主要实现一款符合我国ETC系统相关协议规范标准的ETC系统的基带硬件的设计。首先对我国颁布的一系列ETC系统国家标准和行业规范进行详细的研究与分析，再从分析中得出本论文要研究的基带硬件电路设计的系统设计需求，完成对系统整体框架的设计。然后对比现在国内现行的几种ETC基带硬件设计方案，分析其优缺点，选取其中性能与功耗最佳匹配的技术方案。最后将ETC基带电路分为MCU核心微处理器模块、系统供能模块、信息加密模块、功能扩展模块等几部分，对每一部分分别进行技术方案的确定，最后完成ETC系统基带硬件电路的整体设计。

关键词：电子不停车收费系统，专用短程通信，基带硬件电路

Abstract

With China's rapid economic development, the capacity of the existing road and bridge toll station has been unable to meet the growing traffic demand, the integration of modern high-tech, radio frequency identification technology at the core of the electronic toll collection system can efficiently complete charges work to ease traffic pressure, it has become the most advanced bridge toll management system.

Electronic toll collection system is mainly to complete four functions: automatic vehicle identification, automatic vehicle classification, law enforcement and illegal transactions. A complete electronic toll collection system consists of vehicle units and roadside units composed of two parts, the vehicle-mounted unit with strict security encryption technology vehicle information stored therein; roadside unit through the radio frequency identification technology on-board vehicle information reading unit take, using image recognition technology to identify the license plate information, and then compare two types of information, complete vehicle inspection, fees, and other functions.

Electronic toll collection system is a dedicated short range communications applications that run on 5.8GHz frequency band used for communication onboard unit roadside units and vehicles on toll station between. In this paper, the main achievement of a line with China's electronic toll collection system relevant protocol specification standard electronic toll collection system baseband hardware design. First, China has promulgated a series of electronic toll collection system of national standards and industry standards detailed study and analysis, and then draw this paper to study the system design requirements baseband hardware design from the analysis, the completion of the system overall framework of design. Now and then compare several existing domestic electronic toll baseband hardware design, analyze their strengths and weaknesses, select one of the technical solutions that best matches the performance and power consumption. Finally, the electronic toll collection baseband circuit is divided into several parts MCU core microprocessor modules, power modules, security authentication module, communication interface module, each part separately determine the technical program, and finally complete the electronic toll collection system baseband hardware the overall design of the circuit.

Key Words：Electronic toll collection system, Dedicated Short Range Communication, Baseband hardware circuit

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2 研究内容 2

第2章 基带硬件电路的需求分析及总体设计 4

2.1 DSRC协议介绍 4

2.2 系统设计需求分析 5

2.3 基带硬件系统框架设计 5

2.4 本章小结 6

第3章 基带电路的具体方案选择及设计 7

3.1 微控制单元方案选择及设计 7

3.1.1 微控制单元方案选择 7

3.1.2 微控制单元电路设计 8

3.2 信息加密模块的设计 10

3.2.1 信息加密模块功能介绍 10

3.2.2 信息加密模块电路设计 10

3.3 系统供能模块方案选择及设计 10

3.3.1 系统供能模块方案选择 10

3.3.2 系统供能模块基本电路设计 11

3.3.3 防雷电防电压浪涌设计 11

3.3.4 系统供能模块总体设计 12

3.4 功能扩展模块的设计 13

3.4.1 功能扩展 13

3.4.2 调试接口电路设计 13

3.4.3 网络连接接口电路设计 13

3.4.4 射频接口电路设计 15

3.4.5 串口通信接口电路设计 16

3.5 本章小结 18

第4章 总结与展望 19

4.1 工作总结 19

4.2 工作展望 19

参考文献 20

致 谢 22

绪论

研究背景及意义

电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection, ETC）是目前世界上公路桥梁收费管理系统中最先进的，经过近几年快速的发展，它已经广泛应用于我国高速公路、桥梁、隧道等收费系统之中，这一系统普及极大地提高了路桥隧收费管理区车辆通行的速度，减少了尾气排放和能源消耗，并且为车辆的稽查工作提供了一种可靠的手段。

ETC系统集众多前沿科技技术于一身，包括专用短程通信、射频识别技术、网络技术以及数据库技术等。将这些技术应用于ETC系统，使得它可以稳定、可靠、安全的工作。ETC系统的工作主要分为以下几步：

1. 路边单元与车载单元之间进行通信以及数据交换；
2. 将车辆的完整信息进行采集，并上传到数据库；
3. 利用电子标签和电子支付卡，完成数据的采集和费用的扣除。

由以上的步骤可以看出，ETC系统实现了真正意义上的电子不停车收费。同时，ETC系统也可以用作车辆稽查，对套牌车等做快速有效的稽查工作。