摘要：随着世界各国 电子 收费技术的日益成熟以及应用的普及,人们也体验到引入电子收费对交通运输的巨大影响。我国也提出了相应的国家标准。IC卡作为人们日常生活的一个支付手段,同样可以作为电子收费中的储值载体。由于非接触IC更适合车辆环境,所以采用了非接触IC卡以及相应的 读卡器 。为了适合国标的要求,对其的设计和实现也是整个电子收费系统的一个重要部分。本文从多个方面考虑和设计了结构,并最终实现了这个部分。

　　1：背景

　　ETC 的全称是 EleCTRic Toll Collection，意思就是电子收费，通常被称为称不停车收 费。与ETC 对应的是MTC（Manual Toll Collection），即人工收费。人工收费在我国的高 速公路收费占有很大的比重，也比较符合我国的当前国情。当然，我国在人工收费中已经 引入了利用 仪器 来辨别车型，引入IC 卡来代替原来的现金支付。在计费、打印、汇总和统 计的业务上也利用了计算机管理系统，从而在效率上已经有了一定的提高。随着我国经济 的不断发展和生活水平的提高，交通的流量持续增长，使得交通堵塞和交通事故等负面效 应日趋严重。在这个时候引入ETC 的收费方式，可以使得车辆在通过收费站的时候不用停 车或只需减速通过即可自动完成费用的收取。ETC 不仅使得在收费站的单位时间的车辆通 行量大大提高，而且使得收费站工作人员的工作负担大大降低。由于基于电子设备的自动 操作，收费错误以及漏收和逃费的现象也得以减少。ETC 的研究可以追溯到七八十年代。 在九十年代，ETC 已经成为了世界各国交通部门优先发展和应用的先进技术之一。我国在 1995 年从美国引入了一套ETC 系统硬件，并在广东佛山投入使用，此后又在多个省市的 高速公路投入使用。

　　2：国标ETC 系统概述

　　中国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会于 2007 年3 月发布了电 子收费--专用短程通信标准，标准号为GB/T 20851-2007。包括5 个部分：物理层、数据链 路层、应用层、设备应用层、物理层主要参数测试方法。在国标中，ETC 系统可以大体分 为前端系统和后台数据库系统。前端系统包括车道计算机控制系统、RSU( RoadSide Unit 即路侧设备)、OBU (On Board Unit 即车载设备)、以及IC 读卡器。后台数据库则是具有中 心数据库的分级的数据库系统。

　　3:储值IC 卡方案

　　3.1 车载设备OBU 的组成

　　国标中的OBU采用的是双片式设计，既实现与RSU的信令交互，又具有读卡器的硬件 功能，能够实现IC卡的读写计费功能。本文的主要研究和设计对象是OBU的IC卡操作。 OBU和RSU之间的无线通信采用的是DSRC（专用短距离通信）标准。 1998 年5月，我国交 通部ITS中心向交通部无线电管理委员会提出将5.8GHz频段分配给智能运输系统技术领域的 短程通信（包括ETC收费系统）。由于国标中的OBU采用了双片式设计，所以OBU在硬件 上就包括了主 CPU 芯片和读卡器芯片。除此之外，还有和RSU以及ICC交互的两套射频天 线系统和 电池 供电 电路 。

　　3.2 非接触IC 卡和读卡器芯片

　　在 ETC 的应用中，IC 卡是交易信息的重要载体。所以在构建ETC 硬件系统特别是车载 硬件部分的时候，IC 卡的采用显得格外的重要。车辆应用环境有以下特性：如车辆在行驶 的时候会有显著的震动；车辆内会有油污和灰尘的污染。除此之外，还要考虑到IC 卡还可 以应用在汽车相关的其他服务行业，如加油收费、车辆清洗维护，所以不可避免地会有IC 卡的不断插拔的操作。所以在国标ETC 中我们选择了非接触IC 卡。在实现国标ETC 的时 候，我们采用的射频IC 卡的芯片是由复旦微电子股份有限公司制造的FM11RF08SH 芯 片。该芯片采用CMOS EEPROM 工艺，容量为 1K*8Bits EEPROM，是多用途非接触式射 频IC 卡芯片，内含加密控制和通讯 逻辑电路 ，具有极高的保密性能。现在世界上采用的读 卡器芯片主要是飞利浦的RC5XX 系列芯片。读卡器硬件上我们选用了兼容RC5XX 的国产 芯片FM1735。该芯片工作在 13.56MHz 的频率下，完全支持ISO14443 的Type A 和Type B 协议，并有灵活的 微处理器 接口 ，特别是SPI 串行的接口形式可以大大节省OBU 上CPU 的引脚资源。