电子不停车收费系统的优化与实现

发布时间：2021-06-28 09:19

随着我国经济的飞速发展,现有高速公路的通行能力已不能满足日益增长的交通需求,融合现代高新技术,以射频识别技术为核心的电子不停车收费系统能够高效地完成收费工作,缓解交通压力,减轻收费站交通拥堵、环境污染等问题。ETC系统主要由路侧单元(RSU)和车载单元(OBU)两部分组成,本文的主要工作是研究基于RFID的5.8GHz ETC系统中,RSU与OBU模块的硬件设计和实现。首先介绍了ETC系统在国内外发展现状以及短程通信协议(DSRC)标准,对比分析欧洲标准、日本标准及国家标准的异同点,重点参考国家标准物理层的具体规范指标,并在此基础上,展开OBU模块的设计工作。天线作为射频识别的关键部分,本文选用体积小,性能优,工作频率在5.8GHz的二元微带贴片天线阵列完成OBU和RSU之间的无线通信;并采用STM32嵌入式控制器作为OBU的核心控制单元,同时结合RFMD公司生产的ML5830射频芯片完成上行链路中数据的发射工作;接收部分则选用二极管完成ASK检波,由三极管对信号进行放大,输出的唤醒信号激活电源管理模块,为OBU系统中所有设备提供工作电压,使系统由低功耗的睡眠模式切换到进行收费交易的唤醒模式,实现节能环保;而输出的数据则送到STM32中进行相关的处理。此外,为了提高数据传输的可靠性,上下行链路数据均采用FM0编码,因此设计了基于CPLD的D触发器FM0硬件编码电路,并利用STM32现有的DMA和Timer捕获功能来实现FM0的软解码工作,而STM32高达72MHz的主频为ETC系统的实时交易提供可靠的保障。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U495

文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的主要内容及框架

2 ETC系统的组成与架构

2.1 ETC系统组成

2.2 ETC系统工作流程

2.3 ETC系统国外标准

2.4 ETC系统国内标准

2.5 OBU模块总体设计

2.6 本章小结

3 RSU优化设计

3.1 天线介绍

3.2 现有RSU技术介绍

3.3 RSU优化设计

3.4 增加地感线圈

3.5 本章小结

4 OBU优化设计

4.1 现有OBU模块介绍

4.2 ML5830及射频电路设计

4.2.1 射频芯片选型

4.2.2 ML5830芯片功能及结构

4.2.3 ML5830工作模式

4.2.4 ML5830器件设置

4.2.5 ML5830硬件电路

4.3 接收和唤醒电路

4.3.1 接收电路设计

4.3.2 拆卸唤醒电路

4.4 OBU天线优化

4.4.1 矩形微带天线尺寸

4.4.2 天线匹配网络设计

4.5 本章小结

5 ETC系统的设计与实现

5.1 主控模块设计

5.1.1 STM32核心控制单元

5.1.2 STM32外围电路及配置

5.2 射频模块设计与实现

5.2.1 射频识别介绍

5.2.2 FM0硬件编码

5.2.3 FM0软件编码

5.3 电源管理模块

5.3.1 电源管理模块设计方案

5.3.2 唤醒时间测试

5.4 本章小结

6 系统测试与分析

7 总结与展望

7.1 主要工作

7.2 展望

参考文献

致谢

【参考文献】