基于RTLinux的高速公路ETC车道系统设计与实现

摘要

电子不停车收费(Electronic Toll Collection, ETC)系统是智能交通系统中的一个重要分支,ETC不但可以提高高速公路的通行能力、收费管理水平以及有效缓解收费站的拥挤现象,而且可以降低油耗和车辆损耗,减少尾气排放,达剑节约能源和保护环境的目的。 ETC车道系统需要在极短的时间内完成电子收费,因此对系统的实时性要求较高。论文在对ETC深入分析的基础上,提出了一种基于RTLinux的ETC车道系统的设计方案。论文主要的工作有以下四个方面： 第一,分析了整个系统的工作过程,完成了系统平台的选择,按照功能需求对系统软件进行了模块化的设计,同时为配合车道系统的设计对车道布局作了研究。 第二,完成了关键模块的电路设计和相关驱动程序的开发。对于收费系统而言,交易数据的完整性至关重要。为解决不停车收费的实时性与数据库操作耗时较大的矛盾,本系统设计了基丁PCI的非易失性数据存储卡来暂存关键收费数据,并给出了驱动程序的实现。 第三,软件的实现充分利用了Linux的多进(线)程特性,将一个复杂的系统分解成多个简单的功能模块；软件还根据实时性要求,利用RTLinux内核不受各种软硬件中断的影响,不会造成时间上的不可预测性的特点对任务进行了划分,将其划分成实时任务和非实时任务,满足系统对实时性的要求。此外,还详细阐述了各进(线)程之间以及车道控制机与收费站之间的通信机制,并给出了具体的实现方法。 第四,对此次研究设计工作予以总结并提出展望。实验表明,本次设计开发的ETC车道系统的功能及实时性和稳定性基本达到了设计的要求。

目录

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声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2 ETC国内外发展状况

1.2.1国外ETC发展状况

1.2.2国内ETC发展状况

1.3论文研究工作的重大意义

1.4论文的研究工作和创新点

1.5论文各章节安排

第二章ETC车道系统总体设计

2.1总体设计与结构

2.2 ETC相关技术分析

2.2.1交通专用短程通信技术

2.2.2车载通信设备

2.2.3车辆检测器

2.3系统平台

2.3.1硬件环境

2.3.2操作系统平台

2.4系统功能结构

2.4.1系统硬件体系结构

2.4.2系统软件体系结构

2.4.3系统运行流程设计

2.5 ETC车道布局

2.5.1 ETC车道配置

2.5.2设备布局及安装要求设计

2.6本章小结

第三章交易记录存储卡的设计与实现

3.1硬件设计与实现

3.2 Linux下PCI驱动程序开发

3.2.1 PCI总线体系结构

3.2.2驱动程序的设计与实现

3.3本章小结

第四章系统软件实时模块设计与实现

4.1车检输入模块

4.1.1车检信号

4.1.2 RTLinux线程调度

4.1.3 I/O板卡选择

4.1.4设计方案

4.2 RSU通信模块

4.2.1 RTLinux下串口通信的实现

4.2.2串口通信协议

4.2.3应用流程的设计

4.3主控模块

4.3.1 RTLinux进(线)程间通信

4.3.2主控实现机制

4.4本章小结

第五章数据通信机制及功能模块的设计与实现

5.1车道数据库结构与保护机制

5.1.1需求分析

5.1.2详细表结构

5.1.3事务处理

5.2车道与收费站通信机制及功能模块的实现

5.2.1时间同步模块

5.2.2文件更新模块

5.2.3记录上传模块

5.3实时模块与非实时模块通信机制及功能模块的实现

5.3.1参数推送模块

5.3.2记录存储模块

5.3.3费额显示模块

5.3.4图像抓拍模块

5.4其他通信机制及功能模块的实现

5.4.1系统日志模块

5.4.2监控端通信模块

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1课题总结

6.2课题展望

致谢

参考文献

附录 缩略语

研究生发表论文清单