基于嵌入式系统的ETC车载单元的设计与实现

　　1前言 

　　从20世纪80年代后期起，世界各地为减少高速公路的排队交费现象和减少车辆频繁启动排放尾气对周围环境的污染，开始考虑采用电子不停车收费技术。到2003年底，国内的电子收费系统取得了一定的进展，部分项目进入了试运行阶段。考虑到设备的互操作和互换性，此时由国家智能交通系统工程研究中心牵头，成立了全国智能交通系统标准化技术研究委员会，对电子收费系统相关标准的制度工作进行研究和管理[1,3]。研究与开发车载单元OBU对改善城市交通状况具有重要现实意义。 

　　2 ETC系统简介 

　　ETC系统是采用专用短程无线通信（Dedicated Short-Range Communication）（简称DSRC）技术来完成整个收费过程，允许车辆在整个收费过程中保持行驶状态而不用停车。为此它需要在收费点安装路边设备（RSU），在行驶车辆上安装车载设备（OBU），采用DSRC技术完成RSU与OBU之间的通信，自动完成收费交易过程。储值卡用户直接扣除相应金额，记账卡用户在对应账号中记录本次消费金额。 

　　ETC是一种集无线通讯、计算机网络及信息处理、自动控制、车辆识别等多项高新技术在公路自动收费系统中的综合应用，优点是在现有交通设施基础上，可大幅度提高了车道收费站处理效率和收费公路疏通能力。 

　　图1系统构成 

　　3 OBU硬件设计 

　　基于OBU相关规范和总体技术要求[4,10]，设计OBU硬件系统结构如图2所示。OBU主要由电池管理模块、射频收发模块、唤醒模块、ESAM模块、智能IC卡模块、JTAG调试模块以及其它辅助模块(如LCD、LED、Buzzer)等。 

　　其中电池管理模块主要采用了低功耗电路设计技术，确保系统可靠稳定长期工作；射频收发模块采用DSRC专用短程通信技术，为RSU或OBU发行器的交互接口，对系统交易稳定性有至关重要作用；唤醒模块主要用于检测唤醒源（插卡唤醒、交易唤醒、防拆唤醒），并引导程序进入相应的处理流程；ESAM模块主要用于密钥装载，车辆个性化信息与系统信息存储和安全认证；智能IC卡模块主要用于与RSU交易的双向认证、交易记录存储、扣款以及车主信息存储等；JTAG调试模块主要用于程序的调试与下载；辅助模块中，LCD主要用于卡型及余额信息显示，LED用于系统状态信息显示，Buzz用于交易、发行等流程进度的提示。 

　　图2 OBU系统结构