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        基于ARM的ETC系統(tǒng)研究

        2014-07-29 01:39:12歐棟杰
        中國(guó)新通信 2014年4期

        歐棟杰

        【摘要】 針對(duì)我國(guó)交通壓力,研究基于ARM11的不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)的前臺(tái)系統(tǒng),采用專用短程通信協(xié)議作為通信協(xié)議,利用基于Linux操作系統(tǒng)的收費(fèi)應(yīng)用軟件完成各種操作。

        【關(guān)鍵詞】 ARM 不停車收費(fèi) DSRC

        近年來,我國(guó)汽車工業(yè)快速發(fā)展,城鎮(zhèn)化速度加快,我國(guó)機(jī)動(dòng)車的保有量不斷增長(zhǎng)。隨之而來的是我國(guó)交通壓力的不斷增加,城市的交通和高速通道交通流量快速增長(zhǎng),便是導(dǎo)致各種交通堵塞現(xiàn)象。此種現(xiàn)象即造成道路通行能力的下降和運(yùn)輸成本的增加,又使城市環(huán)境被長(zhǎng)期低速、怠速行駛的汽車排放出的廢氣給嚴(yán)重污染。當(dāng)前,射頻識(shí)別技術(shù)得到飛速發(fā)展,而基于射頻技術(shù)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)即ETC系統(tǒng)成為解決交通堵塞的重要工具。

        一、概述

        由于整個(gè)ETC系統(tǒng)構(gòu)成非常龐大和復(fù)雜,因此本文主要研究的是ETC系統(tǒng)中的前臺(tái)系統(tǒng),其前臺(tái)系統(tǒng)硬件上主要是公路上的車道設(shè)備,其中包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、車道控制單元、路邊單元、抓拍線圈以及落桿線圈、抓拍攝象機(jī)、各種顯示設(shè)備及報(bào)警裝置、自動(dòng)欄桿和電纜通信設(shè)備。軟件上主要包括各種操作系統(tǒng)、接口協(xié)議、底層硬件驅(qū)動(dòng)程序和收費(fèi)應(yīng)用軟件等。本文以ARM11為核心控制單元,結(jié)合射頻接發(fā)器、車輛檢測(cè)器等單元構(gòu)成不停車收費(fèi)的前臺(tái)收費(fèi)系統(tǒng)。

        二、系統(tǒng)原理分析

        在前臺(tái)系統(tǒng)中,當(dāng)車輛進(jìn)入ETC車道時(shí),環(huán)路感應(yīng)器感知到車輛,啟動(dòng)系統(tǒng)的路邊單元RSU,RSU發(fā)出讀寫信號(hào),車載單元OBU做出響應(yīng),并進(jìn)行雙向通信和數(shù)據(jù)交換;中心處理系統(tǒng)由此獲取車輛識(shí)別信息,如汽車牌照號(hào)、車主等信息和已存于數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)信息進(jìn)行對(duì)比,然后依據(jù)車輛不同信息情況來控制中心管理系統(tǒng)產(chǎn)生不同的操作,如根據(jù)黑名單處理相應(yīng)車輛;根據(jù)車輛信息在車主賬號(hào)中的預(yù)付款中扣除當(dāng)前應(yīng)交的過路費(fèi)用,或給其他相關(guān)設(shè)備發(fā)送相關(guān)指令輔助整個(gè)收費(fèi)的完成。其它輔助設(shè)施包括:自動(dòng)控制欄桿、攝像系統(tǒng)或余額指示、交通顯示設(shè)備等。

        (1)處理器。本文是以S3C6410為核心控制芯片的系統(tǒng),該芯片是一款基于ARM1176JZF-S架構(gòu)的處理器,采用了64/32位內(nèi)部總線架構(gòu)。AXI、AHB和APB總線共同組成了內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)。它還包括許多強(qiáng)大的硬件加速功能,如視頻處理,音頻處理,二維圖形,顯示操作和縮放等都采用硬件來實(shí)現(xiàn)。(2)RSU。RSU采用上海博通集成電路開發(fā)出的 BK5822 芯片。BK5822是一款ETC收發(fā)器,其功能包括接收、發(fā)射和喚醒在內(nèi)的全部射頻功能。BK5822射頻收發(fā)器的基本特性如下:工作頻段為5.7GHz~5.85GHz;能夠同時(shí)接收5.83GHz和5.84GHz兩個(gè)信道的信號(hào);數(shù)據(jù)上行速率為512kbps,下行速率為256kbps;輸出功率為2dBm(傳導(dǎo));接收鏈路能動(dòng)態(tài)調(diào)整接收鏈路的增益;接收靈敏度達(dá)-60dBm;采用ASK調(diào)制方式,F(xiàn)M0編解碼;內(nèi)置喚醒電路,喚醒靈敏度為-42dBm;發(fā)射功耗為40mA;接收功耗為35mA;支持2.6V到3.6V的電源電壓;睡眠狀態(tài)的電流為13μA;最高8MHz的4線SPI接口。RSU可分為射頻部分和基帶部分,射頻部分包括射頻接收模塊、射頻發(fā)射模塊、收發(fā)微帶天線陣列;基帶部分包括MCU微處理器、安全認(rèn)證模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等部分。(3)DSRC。RSU采用專用短程通信協(xié)議(DSRC)與OBU實(shí)現(xiàn)通信,此協(xié)議時(shí)基于5.8GHz的射頻頻率上的,5.8GHz頻率是開放的頻段,使用該頻段的較少,相對(duì)目前的2.4GHz具有更強(qiáng)的抗干擾能力。DSRC采用三層協(xié)議結(jié)構(gòu),分別為應(yīng)用層,數(shù)據(jù)鏈接層和物理層。物理層主要是在通信中傳輸數(shù)據(jù)的基礎(chǔ),是直接面向通信通道的。數(shù)據(jù)鏈路層是為數(shù)據(jù)提供可靠傳輸服務(wù)的,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理層傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。應(yīng)用層提供了一些應(yīng)用的基本服務(wù)。應(yīng)用層中的過程可以直接使用這些服務(wù),如:硬件初始化、文件傳輸和管理功能等等,同時(shí),應(yīng)用層還具有支持同時(shí)多請(qǐng)求的功能。(4)操作系統(tǒng)。系統(tǒng)的操作系統(tǒng)采用基于ARM上的Linux系統(tǒng)。Linux系統(tǒng)是免費(fèi)的,用戶可以任意修改其原代碼,并且目前使用用戶很廣,很多相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序及其他程序可以免費(fèi)獲得。使用其開發(fā)系統(tǒng)不僅節(jié)約開發(fā)成本,而且節(jié)約開發(fā)時(shí)間。移植到S3C6410中的主要過程為:首先燒寫B(tài)ootLoader 到S3C6410的flash中,移植定制的Linux核,掛載根文件系統(tǒng),然后加載各種驅(qū)動(dòng)程序,最后調(diào)試程序。

        三、總結(jié)

        采用基于ARM的Linux操作系統(tǒng)有效的節(jié)省的成本,并采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的5.8Ghz專用短途通信頻率可以有效讀取車載單元中標(biāo)簽數(shù)據(jù)。ETC系統(tǒng)的推廣可以縮小我國(guó)與其他的交通運(yùn)行技術(shù),減輕我國(guó)交通壓力,推動(dòng)射頻技術(shù)的快速發(fā)展。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1] 嚴(yán)光文,張其善. 射頻識(shí)別卡讀寫模塊的設(shè)計(jì)[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2003,29(2):178~180

        [2] 施協(xié)輝. 基于RTLinux的高速公路ETC車道系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 東南大學(xué),2009

        [3] 楊克勤. 不停車收費(fèi)系統(tǒng)中的車道控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 南京理工大學(xué),2009endprint

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