中心議題：

• ETC係統介紹
• 低功耗智能電源在電子不停車收費係統中應用設計方案
• 智能電源電路設計及器件選擇

gaoxingnenghedigonghaoshidianzixitongfazhandebiranqushi
，qianrushixitongdegonghaoyuelaiyueshoudaorenmendeguanzhu，zheyidianduiyudianchigongdiandebianxieshiqianrushixitongyouweimingxian，zaidaduoshuqianrushixitongshejizhong
，xingnengdetigaozongshibansuizhexitonggonghaodezengjia，jiejuehaoerzhezhijiandemaodun，tansuodigonghaodedianyuanguanlijishu，tigongqieshikexingdejiejuefangan，jiangshiquanqiuxiangguanxingyegongtongmianlindejiyuhetiaozhan。benwenyidianzibutingcheshoufeixitongweijichu
，duixitongzhongchezaidanyuantichuleyizhongyouxiaodezhinengdianyuanguanlijiejuefangan。

1 ETC係統介紹

電子不停車收費（ElectronicTollCollection，ETC）設計成由路邊讀寫設備（Road Side Unit，簡稱RSU）、車載單元（OnBoardUnit
，簡稱OBU）、IC卡
、計算機安全控管技術
、網絡及賬務等幾大部分組成。

其組成由圖1.1 所示：

圖1. 1 ETC係統組成圖

OBU 中存有車輛的識別信息，如車牌號、汽車ID號


，一般安裝於車輛前麵的擋風玻璃上

，RSU安an裝zhuang於yu收shou費fei站zhan旁pang邊bian，環huan路lu感gan應ying器qi安an裝zhuang於yu車che道dao地di麵mian下xia。中zhong心xin管guan理li係xi統tong有you大da型xing的de數shu據ju庫ku
，存cun儲chu大da量liang注zhu冊ce車che輛liang和he用yong戶hu的de信xin息xi。當dang車che輛liang通tong過guo收shou費fei站zhan口kou時shi
，環huan路lu感gan應ying器qi感gan知zhi車che輛liang，路lu邊bian單dan元yuan發fa出chu詢xun問wen信xin號hao
，車che載zai單dan元yuan做zuo出chu響xiang應ying。並bing進jin行xing雙shuang向xiang通tong信xin和he數shu據ju交jiao換huan，中zhong心xin管guan理li係xi統tong獲huo取qu車che輛liang識shi別bie
、車che型xing等deng信xin息xi並bing和he數shu據ju庫ku中zhong相xiang應ying信xin息xi進jin行xing比bi較jiao判pan斷duan，根gen據ju不bu同tong情qing況kuang來lai控kong製zhi管guan理li係xi統tong產chan生sheng不bu同tong的de動dong作zuo。通tong過guo路lu邊bian單dan元yuan與yu車che載zai單dan元yuan進jin行xing相xiang互hu通tong信xin和he信xin息xi交jiao換huan，以yi達da到dao對dui車che輛liang的de自zi動dong識shi別bie，並bing自zi動dong從cong該gai用yong戶hu的de專zhuan用yong帳zhang戶hu中zhong扣kou除chu通tong行xing費fei

，從cong而er實shi現xian自zi動dong收shou費fei。

因為OBU在整個ETC 係統中起著非常重要的作用，而電源模塊的性能直接關係著OBU能否正常工作。現有的OBU供電方式一般有兩種，但各有缺憾。據此，新的低功耗電源設計方法應該產生。

2 低功耗智能電源在電子不停車收費係統中應用設計方案

如OBU這zhe種zhong以yi嵌qian入ru式shi處chu理li器qi為wei核he心xin的de係xi統tong，其qi功gong耗hao主zhu要yao由you處chu理li器qi功gong耗hao和he外wai圍wei電dian路lu功gong耗hao組zu成cheng。考kao慮lv實shi際ji的de運yun行xing情qing況kuang
，汽qi車che在zai公gong路lu上shang行xing駛shi的de整zheng個ge過guo程cheng中zhong，經jing過guo收shou費fei站zhan的de時shi間jian是shi非fei常chang短duan的de
，OBU隻需要在汽車經過收費站時工作，而且工作時間不到一秒鍾，其他絕大部分時間都不需要工作。OBU智能電源管理采用電池供電的方法，控製OBU 工作在兩種模式，睡眠模式和激活模式；當車進入收費站時，OBU被激活，開始工作，處於激活模式；當交易完成，車離開收費站後
，OBU馬上停止工作進入睡眠模式。根據這種特點
，對電源采用分級管理的策略

，即分為待機電源與工作電源，如圖2.1。

圖2. 1 OBU電源管理分級模塊結構圖[page]

同時，為實現進一步的分時供電控製，工作電源模塊又按功能模塊劃分獨立電源回路，各個模塊電源獨立可控，由主控製器統一協調。

激活的MCU，使用中斷編寫方式，對各個I/O 進行判斷後分時控製，輸出各個耗電模塊的DC/DC使能高電平信號，分時為射頻接收、射頻發送、基帶電路、IC卡讀寫、賬戶管理及人機接口供電；在任一時刻，係統除主控製器外最多隻為2 個模塊供電，大大減少了係統的功耗。

3 智能電源電路設計及器件選擇

3.1 放大電路設計
從(cong)檢(jian)波(bo)器(qi)檢(jian)測(ce)出(chu)來(lai)的(de)信(xin)號(hao)是(shi)非(fei)常(chang)微(wei)弱(ruo)的(de)，可(ke)能(neng)是(shi)幾(ji)毫(hao)安(an)甚(shen)至(zhi)是(shi)微(wei)安(an)級(ji)的(de)，這(zhe)麼(me)小(xiao)的(de)信(xin)號(hao)一(yi)般(ban)是(shi)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)後(hou)級(ji)各(ge)種(zhong)電(dian)路(lu)對(dui)信(xin)號(hao)幅(fu)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)
，所(suo)以(yi)必(bi)須(xu)要(yao)進(jin)行(xing)放(fang)大(da)。運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)與(yu)帶(dai)寬(kuan)是(shi)成(cheng)正(zheng)比(bi)的(de)
，帶(dai)寬(kuan)越(yue)大(da)
，靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)也(ye)越(yue)大(da)
，這(zhe)一(yi)點(dian)在(zai)各(ge)大(da)半(ban)導(dao)體(ti)生(sheng)產(chan)商(shang)的(de)選(xuan)型(xing)表(biao)中(zhong)可(ke)以(yi)明(ming)顯(xian)的(de)看(kan)出(chu)；通過比對
，為了設計出增益大
、噪聲小、又具有一定帶寬的放大器，本設計選擇TLV2382 最為喚醒信號放大器。

圖3. 1 運算放大器單電源供電電路

3.2 低功耗M C U 軟硬件設計
為了實現低功耗
，MCU應該選擇自身能耗低的型號，一款超低功耗MCU
，主要從以下幾方麵綜合考慮：係統平均電流、時鍾係統、中斷
、片內外設、BOR 保護
、管腳漏電流、處理效率。根據這一特點
，本設計選擇了美國德州儀器（TI ） 1996 年開始推向市場的一種16 位超低功耗的混合信號處理器（Mixed SignalProcessor） MSP430 係列單片機。

3.3 係統時鍾的設計
對於一個帶有低電壓睡眠喚醒的係統，晶振dexuanzefeichangzhongyao。zheshiyinweidigongdiandianyashitigonggeijingtidejiligonglvjianshao，tebiezaishuimianhuanxingshi，zaochengjingzhenqizhenhenmanhuogenbenjiubunengqizhen
，erqidongshijianguochangjianghuimingxiandizengjiaxitongdegonghao。MSP430F2001 設計的係統可以很好地解決這個問題。

低速時鍾選用12kHz 的VLOCLK
，高頻由內部集成的DCO振蕩器產生


，可以通過調整的控製參數選擇合適的輸出頻率。

3.4 電源供電的設計
本係統采用2 節幹電池作為測試供電
，通過電源芯片產生+3.3V的電壓。由於TPS79633 的輸入電壓範圍是2.7~5.5V，使能信號高電平
，而且低電平，因而可以直接使用單片機的I/O 管腳作為使能信號。

MCU的工作與否完全由總開關的輸出POW所決定，單片機隻在工作與斷電之間轉換。其他I/O 接口作為控製其餘模塊的輸出
，進行分時控製。

3.5 軟件設計
在降低功耗上必須軟硬件結合才能達到理想的效果。軟件設計主要注意以下方麵：

係統采用中斷編寫方式，對各個I/O 進行判斷
，分時控製
，對每個模塊分時供電，從而降低功耗。其次輸出一個反饋信號
，對總開關進行控製
，達到斷電的功能。

係統的功耗會隨著係統的頻率升高而增加
，在係統開始工作後使用12kHz 的主時鍾可以降低工作時的功耗。

4 結論

嵌qian入ru式shi係xi統tong的de低di功gong耗hao設she計ji是shi嵌qian入ru式shi係xi統tong設she計ji中zhong必bi須xu考kao慮lv的de設she計ji原yuan則ze
，一yi個ge成cheng功gong的de低di功gong耗hao設she計ji應ying該gai是shi硬ying件jian設she計ji和he軟ruan件jian設she計ji的de結jie合he，從cong硬ying件jian設she計ji開kai始shi，就jiu應ying該gai充chong分fen意yi識shi到dao一yi個ge低di功gong耗hao應ying用yong的de特te性xing


，選xuan擇ze一yi款kuan合he適shiMCU


，通過對其特性的了解，設計係統方案
；在軟件設計上，要考慮到低功耗編程的特殊性，並盡量使用單片機的低功耗模式。