ETC系统中高灵敏度OBU的研究与设计

论文摘要

ETC（Electronic Toll Collection）系统作为智能交通系统ITS（Intelligent Transport Systems）的重要组成部分,通过收费过程信息处理自动化,可以极大提高城市道路通行率,并减少因交通堵塞对环境造成的污染,从而改善了用户的驾车环境。本文从ETC系统发展现状和其通信协议的研究出发,针对国内当前市场上电子标签OBU （On-Board Unit）存在的不足,提出新的设计方案。本设计以OBU系统模块为基础,以提高射频收发灵敏度和唤醒灵敏度为技术核心,以增加校准系统和通信状态为调控手段,从而实现高灵敏度OBU解决方案的设计。本文主要研究内容如下：一、本文从ETC系统的定义、ETC系统工作原理及其国内外发展状况进行介绍,并对当前国内ETC系统所采用的通信标准协议一一专用短程通信DSRC （Dedicated Short Range Communication）协议进行系统研究。二、针对当前市场上存在高档车无法安装OBU或安装后通行成功率低的现状提出了高灵敏度OBU这一设计方案,并给出了高灵敏度OBU的功能设想和功能实现。作为高灵敏度OBU设计与实现的难点,本文重点研究了高灵敏度OBU系统模块的设计与实现,主要从高灵敏度OBU系统的模块构成、低功耗MCU处理器模块、高灵敏度射频通信模块、高灵敏度唤醒模块、读卡模块和电源模块等几个重要组成部分进行了详细功能介绍与具体实现,并进行了深入的研究和分析。三、通过对样机各功能模块的测试,利用所得到的相关测试结果进行验证分析。由结果可知本文所提出的设计方案基本上实现了高灵敏度OBU研究设计时要求的低功耗、高灵敏度等核心设计需求,从而论证了本设计方案切实可行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 1.2 ETC系统
• 1.2.1 ETC系统的定义
• 1.2.2 ETC系统工作原理
• 1.3 ETC发展及现状
• 1.3.1 国外ETC的发展及现状
• 1.3.2 国内ETC的发展及现状
• 1.4 本文主要研究内容与结构
• 第二章 DSRC协议标准
• 2.1 DSRC协议标准概述
• 2.2 物理层
• 2.3 数据链路层
• 2.3.1 MAC子层
• 2.3.2 LLC子层
• 2.4 应用层
• 2.5 设备应用层
• 2.6 物理层主要参数测试方法
• 第三章 高灵敏度OBU概述
• 3.1 高灵敏度OBU研究背景
• 3.2 高灵敏度OBU功能设想
• 3.3 高灵敏度OBU功能实现
• 3.3.1 OBU系统模块
• 3.3.2 校准系统
• 3.3.3 通信状态
• 第四章 高灵敏度OBU系统设计与实现
• 4.1 高灵敏度OBU系统模块构成
• 4.2 低功耗MCU处理器模块
• 4.2.1 MCU最小系统
• 4.2.2 MCU运行功耗
• 4.2.3 MCU运行电压
• 4.2.4 MCU省电模式
• 4.2.5 MCU中断功能
• 4.2.6 MCU片上功能
• 4.3 高灵敏度射频通信模块
• 4.3.1 BK5822功能描述
• 4.3.2 BK5822主要特点
• 4.3.3 BK5822发射和接收原理
• 4.3.4 射频通信模块的设计
• 4.4 高灵敏度唤醒模块
• 4.4.1 高灵敏度唤醒模块功能描述
• 4.4.2 高灵敏度唤醒模块方案选择
• 4.4.3 高灵敏度唤醒模块的设计
• 4.5 非接触式读卡模块
• 4.5.1 非接触式读卡工作原理
• 4.5.2 非接触式IC卡标准及通信接口
• 4.5.3 非接触式读卡电路
• 4.5.4 天线及匹配电路设计
• 4.5.5 天线系统的调谐及环境对天线的影响
• 4.6 电源模块
• 4.6.1 电源系统功能及其结构
• 4.6.2 太阳能充电
• 4.6.3 备用电池和储能元件
• 4.6.4 电源系统的温度特性
• 4.6.5 电源系统的性能指标
• 4.7 开关模块
• 4.7.1 防拆开关
• 4.7.2 插卡开关
• 4.8 ESAM模块
• 4.8.1 ESAM的主要功能
• 4.8.2 ESAM模块俯视图和管脚分配
• 4.9 声光控制模块
• 第五章 测试结果与分析
• 5.1 测试环境
• 5.2 测试设备与工具
• 5.3 硬件测试
• 5.3.1 载波频率
• 5.3.2 占用带宽（OBW）
• 5.3.3 邻道功率泄露比（ACP）
• 5.3.4 调制系数
• 5.3.5 唤醒灵敏度
• 5.4 软件测试
• 5.4.1 交易时序
• 5.4.2 交易平均工作电流
• 5.5 结果分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢