基于RFID的电子不停车收费系统中OBU模块设计

论文摘要

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(ETC)能够非常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,车载设备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公司生产的发射芯片ML5830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FMO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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 ETC研究目的和意义
• 1.2 ETC国内外发展现状
• 1.3 本论文的主要内容和创新点
• 第2章 ETC系统的组成及构架
• 2.1 ETC的组成和工作流程
• 2.1.1 ETC系统的组成
• 2.1.2 ETC系统工作流程
• 2.1.3 OBU模块总体设计
• 2.2 国外协议标准
• 2.3 ETC国家标准
• 2.3.1 ETC国家标准概述
• 2.3.2 物理层
• 2.4 ETC国家标准和欧洲标准物理层的比较
• 第3章 5.8GHz微带天线设计
• 3.1 天线
• 3.2 天线的选型
• 3.3 天线设计与HFSS仿真
• 3.3.1 矩形微带天线尺寸选取
• 3.3.2 天线匹配网络的设计
• 3.4 天线制作及性能测试
• 第4章 OBU系统射频收发电路设计
• 4.1 射频芯片选型
• 4.2 ML5830及发射电路设计
• 4.2.1 ML5830芯片功能及结构
• 4.2.2 ML5830的工作模式
• 4.2.3 ML5830器件配置
• 4.2.4 ML5830的实际发射电路
• 4.3 接收及唤醒电路
• 4.3.1 接收电路设计
• 4.3.2 拆卸唤醒电路
• 第5章 OBU的基带信号处理模块设计
• 5.1 基于STM32的核心控制单元
• 5.2 OBU中STM32控制功能的实现
• 5.2.1 STM32微控制器特点
• 5.2.2 STM32外围电路及配置
• 5.3 FM0编解码原理及实现
• 5.3.1 FM0硬件编码器
• 5.3.2 FM0的软解码
• 5.4 电源管理模块
• 5.4.1 电源管理模块设计方案
• 5.4.2 方案比较与选取
• 5.4.3 唤醒时间测试
• 第6章 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文