摘要：  基于嵌入式微控制器STR711FR2设计开发了车载单元，首先对不停车收费系统作了简单介绍，然后着重阐述了OBU硬件架构，以及遵循专用短程通信国家标准的软件系统设计与实现，最后通过测试证实了系统的稳定性、可靠性和快速性。

关键字：  嵌入式微控制器，  不停车收费系统

基于嵌入式微控制器STR711FR2设计开发了车载单元，首先对不停车收费系统作了简单介绍，然后着重阐述了OBU硬件架构，以及遵循专用短程通信国家标准的软件系统设计与实现，最后通过测试证实了系统的稳定性、可靠性和快速性。

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

4 OBU软件设计

图3 OBU程序流程框图

OBU程序处理流程框图如图3所示，OBU平时处于失电模式，当其被唤醒后，分别进入与唤醒源对应的处理流程，处理完毕后自动关机。其中发行流程主要包括四个环节，初始化操作主要用于完成OBU供货时密钥的初始化与还原，OBU个性化主要根据客户个人信息，完成对系统信息文件、车辆信息文件的更新，防拆操作主要用于对OBU防拆标志位进行设置，ESAM读取主要用于获取OBU个性化信息。交易流程主要包括传统交易和复合交易两大类。

OBU发行或交易处理流程具体如图4所示，当OBU被射频唤醒后，OBU首先进行IC卡、ESAM模块的初始化，然后判断是否收到路侧单元RSU或OBU发行器发送过来的射频信号，如果没收到，则继续等待，直至超时关机。如果OBU收到射频信号，则按照专用短程通信国家标准进行解析，根据其操作指令进行相应的处理，分别执行IC卡或者ESAM模块的操作指令、人机显示(发行或交易状态的用户提示，蜂鸣或LCD显示)、释放链路以及无效操作指令的处理，并将指令操作的结果及时地反馈给RSU或OBU发行器，引导交易或发行流程得以继续。

图4 OBU交易或发行处理流程图

5结论

在实际搭建的模拟测试环境中，经过反复测试，可正常可靠地进行交易，并且在车速不超过50km/h的情况下可实现稳定交易。下一步的工作是在此平台基础之上，进行OBU电源模块能耗及高温高湿情况下交易稳定性与可靠性的分析与研究。