一种ETC/MTC融合的车道系统软硬件研究与实现

摘要

伴随着城市交通压力的增大，停车场作为城市交通中的重要组成部分，它的容量和吞吐能力面临着日益增长的巨大压力。目前国内停车场普遍采用MTC作为车道收费系统，该系统的车道通行效率较低，已成为限制停车场吞吐能力的瓶颈。而ETC收费系统以其高服务水平、高效的通行能力及由此带来的节能减排效果，已成为高速公路的发展重点，我国正力争在2015年基本实现ETC的全国联网。鉴于此，与高速公路相衔接，在城市交通和大型停车场引入ETC技术以提高停车场收费车道的通行效率也成为一个趋势。
　　本文研究涉及嵌入式技术、射频技术和基于5.8GHz的短距离无线通信技术。本文项目源于大连某大型停车场的ETC快速通道项目，ETC系统建设在原MTC系统的通道上，并要求保障原MTC系统的投资和功能。本文首先深入研究了国内外ETC和MTC技术的发展，并对现场MTC收费系统的运行现状、系统架构，以及ETC系统设备进行了充分的研究，在此基础上提出了一套融合MTC与ETC技术的车道系统设计方案。然后完成了ETC/MTC融合车道控制器的硬件设计和PCB板的制作，硬件电路CPU采用AT91SAM7S64微处理器且基于ARM7指令集，并完成了相应的嵌入式软件模块编写，软件模块包含了ETC系统接口、MTC系统接口、融合系统逻辑判断和闸机控制模块。系统融合逻辑模块采用了一种调度算法，完成了对MTC和ETC系统的流程控制和融合，也解决了低功率ETC设备通行速度较慢的技术问题。
　　测试和现场运行表明，系统软硬件运行稳定，实现了所设计的功能，MTC和ETC车辆均可顺利通过该融合通道，且ETC车辆通行时速达到20km/h，得到甲方认可。本文设计了一种国内首次将ETC和MTC技术融合的车道系统，其设计方案可以作为在城市停车场系统推广ETC技术应用的一个案例，具有一定的参考及应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的研究背景及意义

1．3 本课题研究的主要内容及论文整体结构

1．3．1 课题研究内容

1．3．2 论文整体结构

第2章 相关技术基本原理研究

2．1 ETC的基本组成、原理及流程

2．1．1 ETC的基本组成

2．1．2 ETC系统的工作原理

2．1．3 ETC车道系统工作流程

2．2 MTC停车场系统的基本组成及工作流程

2．2．1 MTC停车场系统的基本组成

2．2．2 MTC停车场系统的工作流程

2．3 嵌入式处理器及操作系统

2．3．1 嵌入式系统

2．3．2 ARM7微处理器

2．3．3 μC／OS-Ⅱ操作系统

第3章 ETC／MTC融合车道系统整体设计

3．1 车道需求和架构设计

3．1．1 融合ETC与MTC的车道系统需求

3．1．2 混合式车道系统功能

3．1．3 混合式车道系统的架构设计

3．2 混合式车道系统组成

3．2．1 车载单元(OBU)

3．2．2 路侧单元(RSU)

3．2．3 车辆地感检测设备

3．2．4 系统融合控制器

3．2．5 其他设备

3．3 混合式车道系统工作流程设计

3．3．1 入场车道工作流程设计

3．3．2 出场车道工作流程设计

第4章 系统融合控制器软硬件设计与实现

4．1 硬件系统的结构概述

4．2 AT91 SAM7S64硬件概述

4．2．1 AT91SAM7S64特性

4．2．2 AT91SAM7S64功能框图

4．2．3 AT91SAM7S64应用电路

4．3 外围硬件电路设计

4．3．1 电源电路

4．3．2 Jtag程序下载接口

4．3．3 I／O接口

4．3．4 RS232通信及调试接口

4．3．5 PCB板设计

4．4 软件设计

4．4．1 系统初始化流程

4．4．2 task_key_read任务设计

4．4．3 task_door_control任务设计

4．4．4 task_led任务设计

第5章 系统调试与测试

5．1 融合控制器上电运行调试

5．1．1 电源模块检测

5．1．2 通过Jtag下载测试程序

5．1．3 I／O接口与RS232接口通信测试

5．2 混合车道状态模拟测试

5．3 现场联调测试

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

作者简介