国标ETC中非接触IC卡部分的设计和实现.doc

国标ETC中非接触IC卡部分的设计和实现 关键字：ETC??非接触IC卡??IC卡??电子收费??射频卡?????? 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，具有极高的必威体育官网网址性能。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。? ??? 3.3 IC 卡存储结构的方案 ??? FM11RF08SH 芯片EEPROM 容量为1KB，在存储结构上分为16个独立的扇区，编号 从0 到15。每个扇区又划分为4个块