1. 研究目的与意义（文献综述）

随着经济的不断增长，高速公路交通网络的承受能力已满足不了如今的交通量的增长。随着用户拥有车辆的增多,高速公路的交通拥堵情况也越来越严重,迫切需要寻找快捷的收费方式解决收费站收费效率低的现状，因此电子不停车收费系统已经成了目前世界上最先进的路桥收费方式,无需用户停车缴费,只需在车上安装电子标签,车辆就可以自由通行,因此研究高速公路电子不停车收费系统成了目前国内外交通行业的热点。

自上世纪90年代，我国开始引进etc系统，早在2008年，长三角地区就开始尝试联网运行，2010年，京津冀实现联网，随后山东、山西等地并网。交通运输部新闻发言人吴春耕表示：“自2015年实现全国高速公路etc联网以来，etc用户发展由慢到快、由点及面，进度和成果超出预期。”2013年，长三角片区6省市拥有etc车道共计2800余条，截至2017年4月底，全国高速公路etc用户覆盖29个省份，主线收费站etc车道覆盖率超过98%，日交易量占高速公路通行量的三成以上，etc用户突破5000。据估算，我国建设5000条etc车道，就可以少建15000条人工收费车道，可节约大量土地并节省收费设备约150亿元。我国etc用户数到2020年预计将达到1.25亿，2016-2020年复合增长率为40%。按照《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》，2020年公路客车etc使用率将达到50%；欧洲国家在 80 年代中期就开始实施电子收费系统（telepass），它仅能在同一高速公路集团公司的路网中通用，这期间的电子收费系统一般采用第一代只读车载电子标签，有电子收费系统总处理中心和采用后付款方式。从 1990 年至 1995 年底欧洲国家主要实施第二代电子收费系统，其特征是采用欧盟推荐的5.8ghz dsrc 频率和可读/可写电子标签。其它典型的项目有葡萄牙的 brisa 开放式电子收费系统和意大利米兰-罗马高速公路封闭式电子收费系统。日本从 2000 年开始，大坂、名古屋等多条高速公路进行 etc 建设，共计 100 多个收费站，400 多条etc 车道。新加坡使用的电子公路收费系统[2]，包含两道闸门，闸门上装有阅卡器、天线、感应器和自动摄影机等。目前，不停车电子收费已经在新加坡全国推行，成为了居民生活不可分割的部分。美国是当今世界上高速公路最多、设备最完善、路网最发达的国家，也是不停车收费使用最早的国家，最著名的联网运行电子收费系统是 e-zpass 系统[3]。e-zpass 系统采用专用车道、混合车道两种模式，都有收费员值班，e-zpass 专用车道规定了时速不超过 5 英里的限制，并有相应的标志牌提示，以便给收费人员和道路使用者确保一个安全的收费环境。另外，美国基本上是采用开放式收费制式构成的网络。

而本次研究的课题，则是在电子不停车收费系统中至关重要的一环，即车载单元（obu）的设计，obu，是一种具有短程微波通信和信息存储功能的移动设备，通过对obu的设计，目的在于将obu安装在车上后，与路边架设的路测单元(rsu-road side unit)，相互之间通过微波进行通讯，在etc系统中，obu采用dsrc技术，建立与rsu之间微波通讯链路，在车辆行进途中，在不停车的情况下，实现车辆身份识别，电子扣费，实现不停车、免取卡，建立无人值守车辆通道。而意义在于减少人工收费车道，节省土地等，通过电子不收费系统提高收费站的通过率，降低成本，缓解高速公路的拥挤程度，同时也使得收费站的通过更加方便快捷。

2. 研究的基本内容与方案

设计的基本内容是设计基于DSRC的车载单元（OBU），目标是在配合通信协议软件的情况下，与路边单元(RSU）完成通信。将总体的OBU分成几个模块，有MCU控制模块，射频模块，电源管理模块，防拆卸模块，交易模块，显示模块。如图1所示，MCU控制模块使用意法半导体公司的STM32F系列处理器为MCU，该系列芯片有着低功耗，处理速度快，功能集成丰富的优点，同时也可以使用MSP430，它具有多通道 DMA，能够与 Timer 联动，极大增强 MCU 的数据吞吐能力，并且其价格适中，外围电路结构简单，空闲模式电流消耗极小，这都符合本设计的技术要求。射频模块使用BK5822，是世界上首颗符合中国不停车电子收费国家标准GB/T20851.1-2007和GB/T20851.2-2007的CMOS SOC芯片，支持OBU，采用ASK调制方式，只有系统需求的射频收发芯片的射频接收、射频发送、唤醒功能，内部还集成了精确时钟产生和信号处理等共五大功能的模块，芯片内部集成的唤醒电路可单独完成OBU的唤醒工作，能够提供在13μA的休眠条件下唤醒OBU。交易模块使用ESAM和IC卡，通过高速公路收费口吋，路侧的RSU和车内的OBU通信，基于ESAM芯片（密切管理）的IC卡车载单元从ESAM芯片中内读取在发行阶段预先写入车辆的相关信息信息(AVI信息）、从IC卡中读取余额信息并发送给RSU，完成OBU的“认证”，最后，OBU向RSU发送车辆通过ETC入口时被预先写入IC卡的信息并上传至车道系统，车道系统计算出要交付的费用并完成本次缴费，将余额写回IC卡，快捷地完成收费过程，以上通信过程中OBU发送接收的每条数据都通过ESAM芯片完成加密解密处理。电源模块需要对OBU进行供电，采用电池供电，该模块需要将消耗的功率减少，提高电池寿命，并将OBU在工作模式和休眠模式之间转换。其余模块则使用满足设计需求的元器件来完成。通过该几个模块的分工合作，共同组成基于DSRC的车载单元。

3. 研究计划与安排

1-3周：仔细研读任务书，广泛查阅相关中英文文献资料，确定技术方案，完成开题报告。

4-6周：深入了解相关的专业知识，绘制obu原理图，设计obu pcb图。

7-12周：完善obu的设计。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王晟,吴春兰.电子不停车收费系统解决方案[j].兰州工业高等专科学校学报,2012,19(01):20-23.

[2]朱胜超，万中魁，谢仲，赵昱阳.一种射频模块分离式防拆卸电子标签[p].国家知识产权局.2017.09.22

[3]宁晓乐. 高速公路不停车收费系统中车载单元设计[d].电子科技大学,2013.