ETC电子不停车收费系统毕业论文

1、 毕 业 设 计 专 业： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二一 年 月 高速公路电子不停车收费系统Highway Electronic Toll Collection System专业班级： 学生姓名： 指导老师： 学 院： 年 月摘 要高速公路收费站ETC通道：电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection），指的是车辆在通过收费站的时候，通过车上安装的设备实现车辆识别、信息读写（入口）并自动从之前就已经绑定好的IC卡或银行帐户上扣掉相应资金（出口），是当今交通部门以及大学研究所一直努力研究开发并推广在道路桥的一种电子收费系统。在使用电子不停车道的时候，车主只

2、需要在车窗上安装电子标签并充值，到达收费站时可不用人工缴费，也不用停车，高速费将自动从卡片扣除。这种收费系统每个车收费过程不到两秒钟，其收费道的通行能力是人工收费通道的4-11倍。ETC指的是智能化交通系统里边的一个重要应用环节。它是由安装在汽车前挡玻璃上的一种电子标签（OBU，也是我们平常简称）并且是和收费站ETC车道上立杆安装的微波天线进行短程的通信，扣费的形式就是利用当今上位机的技术与各个银行后台的协议进行互联计算收费，达到车辆通过道路桥的收费站的时候不用停车就想是路过一个减速带一样很随意的就自动扣除了费用。但总的来说，车辆还是需要以较低速度通过收费车道。通过不停车收费这些新技术，不仅可

3、以加快到路桥的车流量、提高通行情况、车辆运行效率同时也可以降低油耗和车辆损耗、较少污染气体的排放，及环保又节能。是当今交通部门以及大学研究所一直努力研究开发并推广的一种电子收费系统。关键词：高速公路电子不停车收费系统；ETCABSTRACT With highway toll station ETC Channel: toll collection system means the vehicle through the toll station, to achieve the vehicle identification device through the car, information

4、 is written (entrance) and automatically deducted from the IC card or bank account pre-bound funds (exports), is an internationally are working to develop and popularize the electronic toll collection system for roads, bridges and tunnels. Using this system, the owner as long as the window is instal

5、led and stored proximity card fees, they do not pay through the toll station manually, and without parking, high-speed toll is automatically deducted from the card. Although able to achieve no parking, but in general, the vehicle still needs to pass a slower speed. This charging system takes less th

6、an two seconds per vehicle fee, the fee channel capacity is 5-10 times the labor costs of the channel. Toll Collection System (Electronic Toll Collection, ETC) is the intelligent transportation system is an important application areas and sectors. Dedicated Short Range Communication via microwave ve

7、hicle electronic tag and the toll station ETC lanes installed on the vehicle windshield on the use of computer networking technology and banking system back the settlement process, so as to achieve the vehicle does not need to stop by the road and bridge toll station will be able to complete the pas

8、sage the purpose of payment of fees. By means of toll collection technology can improve the capacity to the road, the vehicle operating efficiency when reducing fuel consumption and vehicle wear and tear, fewer emissions,that of be save energy and protected the environment play a role.Key Words：High

9、way Electronic Toll Collection System；ETC目 录1 绪 论11.1课题背景11.2高速公路的不同收费方式11.3课题研究的目的与意义21.4课题的主要研究内容22 高速不停车电子收费系统ETC的研究与设计42.1设备工作条件42.2设计目标52.3车道设备设计参数52.4收费系统供电设计参数52.5系统指标62.6 ETC车道系统实现方式62.7本章小结63 电子不停车收费车道子系统和车载电路的设计73.1 不停车收费系统（ETC)构成73.1.1 车道天线、路侧读写控制器73.1.2 收费计算机系统73.1.3 车道外围设备83.2 不停车收费系统（E

10、TC)功能83.3车载单元（OBU）93.3.1 MCU与射频芯片的接口通讯93.3.2 电源电路的设计93.3.3车载唤醒电路的设计93.4 本章小结104 收费车道控制系统的设计与联系114.1 ETC微波天线及处理器A/B114.2 ETC自动栏杆134.3 ETC车道信息屏134.4 ETC雨棚信号灯144.5车辆检测器154.6各设备之间的联系164.7本章小结175 ETC不停车系统软件设计185.1 ETC车道系统控制方案185.2 RSU主程序的设计195.3 OBU中MCU和BK5822通信软件设计206 现场软硬件安装调试及取照216.1 微波天线的安装，立杆以及设备的接线

11、216.2ETC收费岛线圈的布置图22结 论27参考文献28附录 ETC不停车系统部分程序代码29致 谢38I天津职业技术师范大学201 届本科生毕业论文1 绪 论1.1课题背景ETC是交通部门正在努力推广使用于道路、隧道和桥梁的电子自动收费系统。通过分析研究我国的交通压力和汽车的飞速增加，对我们的环境造成的污染交通压力日渐增加等，就当下的收费方式已经满足不了高速交通压力，普通的收费站收费方式是当车辆通过的时候必须停车，就好像我们节假日的时候车流量比较大造成相当程度上的拥堵。当通过的时候人们都带着拥堵烦躁的心情开车此时很用以造成交通事故的发生，所以这种现象已经成为交通部门（收费站）的一大问题。

12、劳民伤财，环境和时间还有能源，我们常说的酸雨以及近年来的雾霾（PM2.5）都和这些问题有关。这些现象己经引起越来越多人的不满。 我们国家的高速也基本上形成了一种规模，这也是基于国民经济的不管增长，其实总体来说很大一部分高速收费站还是会采用人工收费方式。实际上来说，我们所研究的电子不停车相比于传统的优势:其中的一个就是适应于各种不同的收费道路、各种收费站道路情况;然后就是对于过去那种非法的逃费现象、闯栏杆机等不文明的行为可以更好地维护解决。从字面上来看就可以知道智能化交通就是解决优化过去的缺点、增加自己的新功能，灵活便意并且比起之前的收费标准还有优惠，达到利国利民的作用。可以降低收费站的拥堵现象

13、，增加道路的利用率。直到目前我国都是很重视交通问题，尤其是我们说的不停的电子车收费系统，我国的交通部门指出，收费技术的发展方向就是趋向于不停车系统，以每个城市的情况各种解决方式来完成。 1.2高速公路的不同收费方式A. 人工收费的系统。顾名思义所有收费流程都是有收费员完成。并且每一个收费亭都会有专门的人员操作，通过对收费站的车辆有抓拍摄像头、费额显示、人员收取费用、并且打出收费凭证。人工收费的特点操作简单、方便，但是会出现逃票闯杆等违规行为，还有就是单个车辆通过率低操作流程时间长。B. 半自动的收费系统。半自动收费系统是通过操作员加上计算机来实现完成的。前端设备进行数据分析，末端人员操作收费，

14、很少一部分也会有计算机代替人进行流程操作，收费站可以通过一定程度上的计算机联网进行部分区域地点的联网收费。其特点就是这样就能够把不文明的违法行为降低到最小，但由于还是需要人员参与，因此效率还是很低，所以这种方式还是达不到理想效果。C. 电子不停车收费系统。ETC（Electronic Toll Collection），来往车辆不用停车就能完成通行。其优势是:首先肯定是收费过程很快，其次就是弥补了前边两种所带来的交通困扰，还可以有效地降低不文明行为;，收费的效率和准确性得到很大提高;可以大大缩减交通部门在建设收费站到投入所花的所有资金 ;由于车辆不需要因为收费而加减速停车等，因此可以有效地节能减

15、排。1.3课题研究的目的与意义近几年来交通部门对高速收费系统所带来的一系列问题所出台的解决的方法-电子不停车收费系统，来往车辆不用停车就能完成通行。其优势是:首先肯定是收费过程很快，其次就是弥补了前边两种所带来的交通困扰，还可以有效地降低不文明行为;，收费的效率和准确性得到很大提高;可以大大缩减交通部门在建设收费站到投入所花的所有资金 ;随着高速公路通车里程的迅速增长，高速公路事业在人们的生活中已经占据一部分，传统的人工半自动收费(Manual Semiautomatic Toll Collection，简称 MTC )将会被ETC所取代。传统的MTC与ETC相比较：1）车速受到限制

16、，以带来车辆堵塞，空气污染；2）收费的时候容易造成不便，收到假币，以及后续对现金的管理等等。电子不停车系统的应用,解决了高速的堵车以及安全问题等,还增加舒适性和方便性。不但是为高速的运营提供方便而且还可以对其相关部门带来不一样的影响而且对于高速收费站的组建以及其他资金带来影响,并且吸引更多的投资高速公路建设和管理；不通过现金交易不但对百姓的生活带来方便而且它的非直接交易模式也多有关部门的管理到来不必要的麻烦,不管是从使用者角度还是管理者来说都是一件非常之得重视以至于进行实施的工程。1.4课题的主要研究内容本课题主要研究以实际工作过程中对高速电子不停车收费系统的整体部署，设计规划以及设备之间的关

17、联，包括软硬件之间的衔接。以下几章里面我会按照个人施工情况（天津市某几条高速所安装以及改造的高速公路）以详细的解释。主要也针对RSU以实际的道路作解释，RSU通常由以下部分组成：(1) 路边设备控制器：是一台计算机设备，通常与天线及其控制器、抓拍系统、车辆检测器互联，对于具有收费岛的单车道ETC系统，与之互联的还有通行信号灯、电动栏杆等外设。路边设备控制器完成对所连接设备的各种控制功能、通信功能和处理功能。(2) 天线及其控制器：实现与车载OBU之间的通信。     (3) 抓拍系统：抓拍系统是针对违章车辆以及无电子标签车辆的电子记录系统，用于事后对这些车辆进行通

18、行费追缴和违章处罚。(4) 车辆检测器：对车辆的到来进行检测，以及对来车车型进行分类。     (5)其他的辅助设备，如电源、照明等。     2 高速不停车电子收费系统ETC的研究与设计2.1设备工作条件1、除非技术规范另有说明，设备的工作条件和测试条件为：温度为-25+60、相对湿度为30%95%。本项目各收费站控制室、通信站机房、和设备间内均装有空调，空调设备工作时：室内温度为1828、相对湿度为50%±20%。室内有地线，接地方式为联合接地，接地电阻不大于1（由房建承包人提供）。室内提供的电源为单相50Hz、220V

19、±15%或三相380V±10%交流电源，承包人应有措施保证设备在此电压下正常工作。机房设备将在上述环境条件下工作，但应注意，空调设备不工作时，其室内的温度、湿度将随外界天气变化。2、在技术规范中可能要求某些设备在更严格的环境条件下工作。所有设备应能在短时间出现的最低温度和最高温度下工作。3、在整个安装工程中，可能会出现空气湿度很大、大气中含有酸雾和腐蚀物质的情况。4、承包人在考虑应该考虑以下因素在细节设计、设备安装保护的同时。 水：设备应能接受来自各个方向的溅水，通常是安装在公路两边的路沿上。 尘埃：安装在高速公路沿线的设备并且裸露在尘埃当中。 腐蚀性或污染性物质：是指表面

20、外壳安装在外部并且容易受到各种污染，特别指出的是汽车的尾气和大自然的酸雨。 机械应力：高速路沿线两边安装的设备除了受到电缆线路、光和管线之外还会受到大的冲击和振动，频率介于10.550Hz之间。 植物或菌：长时间的裸露可能导致一些植物和微生物的破坏设备。 动物：动物可能会造成设备损坏（昆虫、小鸟、还有老鼠等）。 电磁、静电或电源：由于磁场的原因可能出现感应电流、静电作用、电磁辐射。施工单位还应该注意的是下边可能为影响系统运行的因素。 金属元件 高速公路沿线或控制室附近的供电线路 其它 太阳辐射：由于长时间在外面，阳光强度大，很可能产生辐射一直出现电流。 雷电：施工单位还应该注意外场设备以及连接

21、到室内的设备之间可能遭受雷电： 雷电袭击 风力：室外的设备应该可以早38.8m/s以下风速，应能在38.8m/s以下风速时正常工作。 化学侵蚀：化学侵蚀：硫磺产品燃烧后的常压蒸汽；化学侵蚀：常压硫化氢蒸汽。 发霉：再选材料的时候应该考虑不能选择适于霉菌滋生的。 冲击：工作台会受到不同方面产生的振动和敲打产生的冲击感。 振动：通过车道的车辆会产生一定程度的振动，应该能够在范围之内。2.2设计目标  通过车辆类别和公里数，对使用高速公路的车进行正确的收费，尽量减少闯杆逃跑等不文明违规行为。  对所通过的车辆进行记录数据的登记以及入账情况，尽量减少因为财务原因带来的不必要麻烦。&

22、#160; 不同与之前就是尽可能大程度的减少系统引起的交通压力。  采取xx市统一联网收费应用软件，基本系统功能、对各种车种、车型等采用统一的处理规范、报表及管理流程均由该软件提供。  在实现联网收费基础上，提供满足于本技术规范要求的其它功能软件硬件以及调试。  该设备系统具有保护作用，可以不会因为局部故障问题影响其他设备的正常工作，并且还可以与普通的形势使用。  可以实时定时向交通部门等提供必要数据，并且关联出入口交通。 普通入口收费车道 : 平均服务时间6秒，平均等到车辆在6秒一辆车; 普通出口收费车道 : 平均服务时间18秒，平均服务水平为等待1.

23、0辆车; ETC收费车道按平均车速20km/h计算。2.3车道设备设计参数  车辆通过检测器的速度不大于60km/h；  收费员操作至控制室显示的时间延误为0.1秒（最大值）；  发出一张通行卡的时间为1秒（最大值）；（限于普通入口车道）；  处理一张通行卡的时间为1秒（最大值）；（限于普通出口车道）。 ETC收费车道按平均车速20km/h计算。2.4收费系统供电设计参数  收费设备用电均取自专门设置的大容量在线式UPS。  配电间（或者与后台机房合设）内应安装带空气开关及过流保护的配电箱，配电箱出线回路10路。  收费系统

24、的电源由房建区变电所低压配电回路提供，界面划分在配电箱处，要求为双路供电，由变电站低压配电屏通过专门回路引入，但是不可以与其他设备共用比如照明空调等，并要求在地方电源断电的情况下，能迅速由柴油发电机组备用电源进行供电。2.5系统指标所有子系统的系统指标均需满足公路工程质量检验评定标准（机电工程）（JTG F802-2004）。2.6 ETC车道系统实现方式本项目电子不停车收费系统采用人工车道刷卡交费与ETC车道不停车交费相结合的方式，即在人工半自动收费（MTC）基础上建设电子不停车收费（ETC）车道实现电子不停车自动缴费。2.7本章小结 如果当汽车压过第一个车道线圈的时候然后一个回传信号到上位

25、机，然后同时也触发了ETC天线架上的射频读写器,同时汽车上安装的电子标签与天线读写器进行数据通讯，这些数据信息回传给收费亭的上位机,上位机开始分析这些数据并且做出相应的指令并且相应的设备做出相应的动作，例如：上位机某银行的后台之间建立联系并能够准确的计算出扣费金额，如果扣费成功，那么栏杆机就会抬落，费额显示器显示收费情况。就是这个过程不用普通那种收费方式，没有人工干预，车辆就可以不间断地在规定时间内通过。3 电子不停车收费车道子系统和车载电路的设计3.1 不停车收费系统（ETC)构成ETC收费车道系统包括车道天线、路侧读写控制器、收费计算机系统以及其它外围设备。如图3-1所示。图3-1电子不停

26、车收费系统总体设计结构图3.1.1 车道天线、路侧读写控制器车道天线是指安装在收费车道前端线干上的读写控制器与OBU进行连接，车到前端的天线收到OBU的信号然后通过上位机的指令唤醒电子标签，读写器与电子标签之间进行匹对，连接成功后；电 子标签被写入相应的车辆信息进行下一个阶段的信息传输，同时控制器也交换到对应的数据，接着回传到上位机数据库。天线和控制器可以放到收费亭或者是一并放在一起设计。因为天线设备是在外面，所以应该在安装的时候考虑不同条件的限制。3.1.2 收费计算机系统 该系统包括数据库、ETC相关设备站，车道控制机等。电子标签是有车道控制机来控制进行读写车辆数据，可以查询最初的交易记录

27、以及车辆的黑白名单、车道外围交通设备的连接信息，并且可以通过站内ETC汇总、编辑、上传。在收费车道、收费站应配备ETC应用软件。ETC应用软件分为收费车道ETC应用软件和收费站ETC应用软件，应完成不停车收费系统的全部功能。ETC应用软件应采用模块化结构设计。3.1.3 车道外围设备 包括自动栏杆、车检器、雨棚灯、费额显示器、车道监控抓拍设备、声光报警器等。本项目仅增加雨棚信号灯、车道信息屏、声光报警器、自动栏杆，车辆检测器、读写天线等设备，其他设备利用原有车道设备。ETC车道信息指示屏有效起到标识作用，可以指引装有标签的汽车进入不停车车道，防止普通车辆误入ETC车道。在出口车道可显示应交款数

28、、余款数等。ETC设备的布局需要考虑到车辆不会误入不停车收费车道，同时需要各种指示设备的配合。还可以做出反应通知车主司机的。车道信息屏显示通行收费额度、车牌、车型，车辆检测器、自动栏杆及图像抓拍的配合，还可以避免不是ETC车道的车辆也跟着进入该车道。3.2 不停车收费系统（ETC)功能1如果探测到车辆的驶入驶出并且进行车辆的记录，发送记录的数值。与监控识别设备可以判断车辆是否具有电子标签（以下简称OBU）。2可以实时进行取证抓拍。可以对过往的车辆进行记录保存。3比如在入口车道设备只是记录该口的车辆信息；在出口车道，根据车辆进入的入口收费站、车辆的信息资料并且查看收费标准等，可以得出此次费用，回

29、写出口标识。XX主线站入口车道一次性扣除通行费用，并且写入ETC卡车类信息等。4根据车道上位机的指令来做出相应的动作，包括：自动栏杆起落、通行指示灯雨棚信号灯切换、声光报警器还有就是费额显示器的显示等。5收费站与车道之间数据的对换。具体有：自动接收收费站传给的收费记录、同步时间、收费卡的收费时间地点、相关人员信息表等系统设置参数等；传输ETC卡记录数据、出入口车道的通车记录等。6收费车道系统可以单独不关联的方式运行，如果出现其他设备时，系统可以单独并且端机使用。如果收费站网络出现故障或者是收费站的电脑不工作的时候，在这些之前的数据记录都可以存储在本地管理处。当车道长时间并且独自工作的时候，都可

30、通过传统的方式将收费信息回传到收费管理处。7如果车辆通过专用车道并且出现栏杆现象，系统会在费额显示器上显示出拦截原因，或者是没有出入口信息、侧方驶入车辆等，此时该车辆不能使用此车道，由工作人员引导至旁边的普通车道通过。3.3车载单元（OBU）3.3.1 MCU与射频芯片的接口通讯车载单元电路当中的OBU功能的实现关键是由MCU微控制处理器与通过SPI总线共同完成射频芯片BK5822它的接收发射。MOSI、MISO、CLK和CSN他们四个组成了总线SPI与BK5822的四根信号通道并且可以提供一个8MHz的速率。用户可以首先通过一个SPI进行传输通讯，那么首先就在读写寄存器进行数据的控制传输，所

31、以可以完成接收电路域唤醒电路与射频的反电路的互相交流。3.3.2 电源电路的设计220V的交流供电系统。当然它们的芯片还有串口的供电电压为3.3V。为了维持系统的供电的稳定性需要有一部分的电压转换。系统部分电源是由LMI117芯片来提供3.3V稳定电压。图中的C9、C10、C11、C12、C13作为滤波电容，能够阻交流通直流的作用。具有低功耗、滤波系数小、高效、输出稳电压等优点。图3-2 MCU系统电源稳压电路图3.3.3车载唤醒电路的设计如果一旦有车辆通过收费站并且碾压到触发线圈，此时便会发出一组信号。所以我们还需要设计一个可以作为车辆来往的一个唤醒模板。众所周知如果我们的电路一直处于一个工

32、作状态，那么我们不但没有优于之前的电路一样耗费能源并且对我们的设备也有损害。所以为了解决节省能耗提高设备寿命这一问题，所以我们就是想当只有车载OBU在接收到唤醒电路信号的时候才开始工作，并唤醒MCU及其他电路开始工作。现代技术的发展，我们可以装有自备干电池的情况下产生无线通讯，我们知道有一个一直让我们都在研究开发并使用的新技术ZigBee，天虽然是低成本、低功耗、低速率但是自带供电部分也是有限的，如果不采用自动休眠模式，一直处于工作的情况下，那么实际和设计的工作时间还是差距很大的，所以这个降低功耗问题一直是我们研究及应用各种无线设备的最大的难题。因此为了减少功耗，ETC设计采用了触发线圈式唤醒

33、MCU工作。将OBU发出的信息给RSU，从无线接收到车检器单元的唤醒信号后，经过上边说的滤波电路的作用，在进行解调信号筛选，得到满足要求的唤醒信号，一般情况下有唤醒信号直接出来的信号功率比较低，所以我们还要进行信号的放大，以便能够达到激活MCU电源模块，如图3-3：唤醒信号MCU电源唤醒端口唤醒MCU然后再进行工作。我们采用Cockcroft-Walton倍压整流电路的原理设计出唤醒电路。C-W倍压整流电路的原理是：当输入电压幅度大于二极管正想导通电压时，利用二级管的导通角来对倍压整流电路建模。在实际的环境中，信号强度都比较弱，一般都小于二极管正想导通电压，所以电路设计的过程中采用了C-W电路

34、。主要利用电容等效负载、基本电路分析法、二极管指数模型等。C-W倍压整流电路的关键部件是在于二极管的选择。为满足5.8GHz无线唤醒电路要求。图3-3 车载唤醒电路设计3.4 本章小结本章主要是把ETC系统分为几部分分析，系统各模块硬件设计，主要分析设计了：路边单元电路（RSU）、车载单元电路，并着重解释了车载唤醒电路的设计。是电路可以快速对接车载信号，实现低弱信号对车载单元的唤醒及时。4 收费车道控制系统的设计与联系4.1 ETC微波天线及处理器A/B计算机网络读写器调制解调MCU接口天线ECT标签天线调制解调CPUEEPROM(1）单车道天线 平均无故障工作时间30,000小时;IP65防

35、护等级;有效工作距离不低于10m；不会影响相邻车道的设备; 适应各类恶劣的环境，能有效的抵御紫外线辐射，防腐性能优良。(2）读写交易控制器交易控制器和车道控制器之间的通信协议可以是异步串行通信协议也可以是TCP/IP协议，交易控制器能处理一系列完整的付款交易，保证安全可靠以及与其它系统的互换性；交易控制器具有系统初始化的程序指令，如设置车道天线频道、子频道和电源电压；交易控制器的管理功能可以连续监视DSRC微波链路的运行，在故障发生时会自动报警并且把状态变化传给车道控制机。其技术指标要求如下：  可以处理一个或两个天线；  适用于单车道收费系统的应用；  通信频率

36、：5.8GHz；  识别距离：3.7 11 m；  工作温度：-40+75 ；  工作相对湿度：100%；  免维护寿命不低于50，000h；  电源：单相220V AC，50Hz；   包括必要的防雷、防浪涌设备及措施。（3）电子标签 双片电子标签 支持5.8Ghz频段高速专用微波短程通信； 支持高速标准 DES、三重 DES运算； 支持250 Kbps以上高通信速率； 支持LED、液晶、蜂鸣器等多种信息提示手段； 数据存储容量不小于256Byte，在128Byte内存可进行读、写、擦除再写操作，还开辟有可永久专用字区； 用户可自定

37、义读写标准，使专有应用系统效率更加快捷； 内存可反复擦写100，000次以上，免维护寿命不低于50,000h； 有良好的电磁兼容性，抗干扰能力强； 通讯：与电子标签读写器之间采用加密传输，加密算法采用3-DES，采用防冲突通讯协议的二进制树形防冲突机制，不管工作区有多少个标签，每秒可有效识读多达50个标签； 工作温度：-40 85； 存储温度：-55 125；（4）读写天线的安装 可以安装在雨棚上，也可以单独安装在车道门架上； 安装固定费用包含在报价中，待联合设计中确定安装方式。（5）ETC设备的检测 ETC读写设备应已通过ITS中心检测，产品型号应在已通过测试的电子收费专用短程通信产品名录中

38、，且在有效期内。 产品应可根据业主要求，送至ITS中心检测。ITS中心承担全国电子不停车收费关键设备（可包括路侧单元、车载单元、IC卡、IC卡读写机具等）的测试工作。测试工作应至少包括以下内容： ETC设备测试：物理参数测试、协议一致性测试、互操作测试、环境条件测试 智能卡测试：物理特性、化学特性、电特性、通讯协议、基本功能、基本安全性能、稳定性、环境条件、文件结构、指令集 ETC应用测试：交易流程测试、实际过车测试、通行速度、大样本量、互操作测试。4.2 ETC自动栏杆 （1）车道头部安装自动栏杆。自动栏杆受控于ETC车道控制器，拦杆的下落由车道控制器车辆检测到检测器的数据后控制。 （2）栏

39、杆由PVC材质制成，杆体表面贴有红、白相间的高强反光膜。栏杆的断面形状可为长方形、圆形或其它形状，杆长3.0米，栏杆臂下边缘距水平地面的高度在750mm1050mm之间。 （3）栏杆悬臂被车辆碰撞，可以水平移动，如碰撞力过大时，悬臂应自行脱离，以保护自动栏杆的机械传动装置，减轻对碰撞车辆的损害。自动栏杆发生故障或断电时，栏杆悬臂自动复位至垂直状态。 （4）自动栏杆箱体宜采用2mm以上厚的钢板制成，为便于维修，机箱留有门、锁。 （5） 自动栏杆还应包括通信控制以及车辆检测模块,车辆检测器采用环形线圈检测器，它由埋在每条车道路面下的环形线圈和设于车道控制机内的检测器构成，用于统计驶入、驶出车道的车

40、辆数和控制车道摄像机的图像抓拍以及控制通行信号灯、自动栏杆的动作。 （6） 电机部分技术指标 满足交通行业标准JT/T（428.1428.2）2000收费栏杆技术条件； 快速启动和停止，由水平到竖直和由竖直到水平的运动时间1.8s； 使用寿命：5000000往复次或大于10年； 功耗：单相电机80W； 栏杆抬起时间小于0.7秒； MTBF大于100万次，MTTR小于30分种； 使用环境温度：-3070； 环境湿度：95%无冷凝； 带有防冲撞机构，可抗5级风力，又能安全脱开； 电源：AC220V±15%，50Hz±2Hz； 防护等级：IP65。4.3 ETC车道信息屏 采用L

41、ED点阵式显示屏，选用单色LED点阵显示模块； 内置16×8点阵 ASCII码字库，16×16点阵GB2132一级汉字字库； 分辨率：144×72； 发光亮度>1000cd/m2 可自动调节发光强度； 发光器件：5半户外模块； 像素间距：7.62mm； 发光亮度：大于1500cd/m2； 显示内容：收费信息及显示公告信息、图像； 控制方式：RS232通讯； 屏体尺寸：1157mm×608mm×115mm； 显示区尺寸：1097mm×548mm； 操作温度范围：-20+75； 相对湿度：10%95%非冷凝； MTBF：大于15,0

42、00小时； MTTR：小于0.5小时； 箱体防护等级：IP65； 立柱式安装。4.4 ETC雨棚信号灯（1）雨棚信号灯安装在每条ETC车道上方的雨棚上，在车道迎车流行驶方向的收费大棚上方安装禁止通行（用黄色×表示）和通行（用黄色表示）的组合信号灯。黄色×表示车道关闭，车辆不允许驶入该车道。黄色表示车道开放，车辆可以驶入该车道；在双向广场车道逆车流行驶方向的收费大棚上方安装黄色（用×表示）反向禁行信号灯。（2）雨棚信号灯由收费亭的UPS供电；（3）雨棚信号灯的尺寸：600×600mm（内框）；（4）承包商的工作任务是提供和安装雨棚信号灯的连接件、托架、紧固

43、件和其它附属安装材料，安装角度应调整到使驾驶员获得最佳的视认效果，并将雨棚信号灯控制线缆引至收费亭内车道控制机附近（线缆留有1.0米的余量），并负责将控制线缆接入车道控制机机柜内的I/O板上。（5）连接件、托架、紧固件和其它附属安装材料均包含在设备本身，不在单列费用。（6）主要技术指标如下：¨ LED光源：黄色：直径26mm；波长626nm；亮度4000mcd9400mcd；半功率角 30度； ¨ 显示内容：正向：黄色叉和黄色箭头；反向：黄色叉；¨ 结构指标：黑色防水机箱； 壳体为1.5mm厚冷轧钢板；带遮阳罩；封装： 防水、防尘、防锈蚀机箱，密封性IP55； 安

44、装角度：垂直方向向前倾6°，水平方向±15°可调；重量：约12KG；¨ 电气性能指标: 亮度：纯黄超高亮发光二级管, 1000米内可见；寿命：10万小时；电源：220V±15%, 50Hz±3Hz；MTBF：10000小时；MTTR：0.5小时； 温度：-20+60； 工作湿度95%（在-5+60之间）。4.5车辆检测器（1）车检测器所采用的是环形线圈检测器，它由埋在每条车道路面下的环形线圈和设于车道控制机内的检测器所构成，用于统计车辆驶入、驶出车道的车辆数和控制车道摄像机的图像抓拍以及控制通行信号灯、自动栏杆起落的动作。（2） 车辆

45、检测器应可以检测通过本路的各种车辆。当拖挂车通过检测器时应判为一辆车；当两辆车快速、慢速或相距很近地通过检测器时，应判为两辆车。（3） 各车道的检测器不能互相干扰。金属物体在两车道之间的收费岛上移动时，不能影响检测器的性能和精度。（4） 不要求环形线圈检测器检测比轻型摩托车更小的运输工具。（5） 当车道处于关闭状态时，检测器通常应仍处于工作状态，以检测在车道关闭时的违章车辆。当有违章车辆通过时，应能引起黄色闪光报警器报警，直至事情处理完毕。（6） 环形线圈安装包括以下内容，但不局限于此：开槽、布线、封装（填充适当的填充剂）。（7）车辆检测模块部分技术指标 线圈电缆由截面积不小于1.5mm2多股

46、铜导线构成，应用于超低压电路（AC32V以下）； 埋设后的环形圈绝缘电阻：>500MW（DC500V时）； 线圈电感量范围：701000mH； 灵敏度为四级可调：高0.02%L/L、次高0.05%L/L、中低0.1%L/L、低0.5%L/L； 频率：三级以上可调：高、中、低； 电源要求：24VDC±15% 150mA最大输入电流； 贮存温度：-40+85； 操作温度：-40+85； 湿度：高达95%，无冷凝； 检测器具有加电自动复位和人工复位两种功能；检测精度99.9%。4.6各设备之间的联系电子不停车收费系统的构成及每个设备之间的衔接如下图：收费站船导的上剖面图可以看出各设备

47、的位置以及安装如下：4.7本章小结 本章介绍了ETC系统涉及的总方案，并分析介绍了该系统采用的DSRC通讯方案，最后使用专用短程通信协议采用5.8GHz载波通讯协议实现汽车与路边单元之间的通信。此外还对系统中使用的FM0编解码进行设计、仿真、实现系统稳定的、实时的编解码功能。利用软件编码，很大程度上解决了ETC系统识别速度慢，容易受干扰的缺点。 介绍射频接收机的基本原理，在原有的接收机结构的基础上改进并将二次变频超外差接收机结构引入到本系统中。（本系统设计的微波天线接收发射设备是北京千方科技有限点公司研发的，此接收机射频前端的射频元件LNA进行优化，然后再利用Ansoft HFSS软件，模拟仿

48、真应用于ETC系统RSU和OBU上的倒F型微波天线，满足于系统的要求。）5 ETC不停车系统软件设计5.1 ETC车道系统控制方案首先对整个系统进行系统初始化，然后对地感线圈信号进行扫描，如果检测到有车辆进入地感线圈感应区域，系统启动RSU对OBU进行识别，检测到达车辆有无标签及标签是否有效，并对到达车辆与黑名单库进行比对，检测到达车量是否为标记为黑名单的车辆，如果车辆信息一切正常，收取该车辆的通行费及检测余额是否充足，巨鼎是否对该车辆进行放行，最后保存该车辆信息，如果该车辆是违规车辆，摄像机进行自动抓拍该车辆信息，并存入黑名单库上传至站系统，如果车辆有标签但标签失效，对该车辆进行提醒，并列入

49、灰名单上传至站系统。图5-1车道系统控制流程图5.2 RSU主程序的设计首先对整个系统进行系统硬件的初始化，然后启动唤醒电路RSU通信功能，对到达车辆判别是否为合法车辆，驱动车道系统模块检测到回传信号到上位机，上位机发送显示指令到LED电子显示屏，显示车辆相关信息。图5-2主程序流程图5.3 OBU中MCU和BK5822通信软件设计首先对系统进行初始化操作，包括MCU初始化、BK5822触发模块初始化及相关外设硬件初始化，如果无车辆驶入检测车道则OBU将进入休眠状态，如有车辆驶入，启动唤醒电路中断信号，并打开接收链路，系统天线接收到信号，读取数据回传上位机，上位机系统接收到信号之后，处理本次过

50、往车辆的通行收费（与银行后台进行联网计费扣费业务核算）。图55 MCU和BK5822交互流程图6 现场软硬件安装调试及取照6.1 微波天线的安装，立杆以及设备的接线对应的现场施工人员的安装如下图：6.2 ETC收费岛线圈的布置图2、 UPS供电系统的构成连接体图现场设备接线：地感线圈的铺设：3、 现场施工记录、土建进场施工记录到弱电进场施工记录：ETC抓拍相机立杆安装：ETC标志标牌安装：结 论通过对高速电子不停车收费（ETC）系统现场实际施工情况，以及自己亲身施工、软件硬件安装调试。对整个工程的流程有了更深刻的认知了解。然后在对前期的施工进场安排、具体情况具体的分析及遇见变更所应该做的、软硬件的安装调试，再把整个工程具体划分为不同的子系统来更具体的进行分析施工。整体上来看应该熟知微波天线与地感线圈及反馈信号到监控的抓拍、到费额显示器的读写、到栏杆机的起落，最后回传到上位机至软件进行数据分析，按路段以及其他情况来作出具体正确的分析扣费。整个流程为了达到高速收费系统简单精准便捷的效果。本次论文的大体内容也就是围绕ETC的具体施工情况，施工的步骤，以及每个子系统的施工先后顺序，每个子系统所用到的产品解释说明。本论文说的ETC电子标签均采用双片式电子标签，将新增的ETC收费系统与已建的MTC收费系统进行有机的结合。在交通量较大，设有ETC车道的收费站，用户可将双界面CP