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

高(gao)性(xing)能(neng)和(he)低(di)功(gong)耗(hao)是(shi)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)發(fa)展(zhan)的(de)必(bi)然(ran)趨(qu)勢(shi)，嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)耗(hao)越(yue)來(lai)越(yue)受(shou)到(dao)人(ren)們(men)的(de)關(guan)注(zhu)，這(zhe)一(yi)點(dian)對(dui)於(yu)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)的(de)便(bian)攜(xie)式(shi)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)尤(you)為(wei)明(ming)顯(xian)，在(zai)大(da)多(duo)數(shu)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)中(zhong)
，性(xing)能(neng)的(de)提(ti)高(gao)總(zong)是(shi)伴(ban)隨(sui)著(zhe)係(xi)統(tong)功(gong)耗(hao)的(de)增(zeng)加(jia)
，解(jie)決(jue)好(hao)二(er)者(zhe)之(zhi)間(jian)的(de)矛(mao)盾(dun)
，探(tan)索(suo)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)技(ji)術(shu)，提(ti)供(gong)切(qie)實(shi)可(ke)行(xing)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)

，將(jiang)是(shi)全(quan)球(qiu)相(xiang)關(guan)行(xing)業(ye)共(gong)同(tong)麵(mian)臨(lin)的(de)機(ji)遇(yu)和(he)挑(tiao)戰(zhan)。本(ben)文(wen)以(yi)電(dian)子(zi)不(bu)停(ting)車(che)收(shou)費(fei)係(xi)統(tong)為(wei)基(ji)礎(chu)，對(dui)係(xi)統(tong)中(zhong)車(che)載(zai)單(dan)元(yuan)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)有(you)效(xiao)的(de)智(zhi)能(neng)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

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OBUzhezhongyiqianrushichuliqiweihexindexitong，qigonghaozhuyaoyouchuliqigonghaohewaiweidianlugonghaozucheng。kaolvshijideyunxingqingkuang
，qichezaigonglushangxingshidezhenggeguochengzhong，jingguoshoufeizhandeshijianshifeichangduande，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
congjianboqijiancechulaidexinhaoshifeichangweiruode，kenengshijihaoanshenzhishiweianjide
，zhemexiaodexinhaoyibanshibunengmanzuhoujigezhongdianluduixinhaofududeyaoqiu，suoyibixuyaojinxingfangda。yunsuanfangdaqidejingtaidianliuyudaikuanshichengzhengbide
，daikuanyueda


，jingtaidianliuyeyueda
，zheyidianzaigedabandaotishengchanshangdexuanxingbiaozhongkeyimingxiandekanchu；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

，晶振的de選xuan擇ze非fei常chang重zhong要yao。這zhe是shi因yin為wei低di供gong電dian電dian壓ya使shi提ti供gong給gei晶jing體ti的de激ji勵li功gong率lv減jian少shao，特te別bie在zai睡shui眠mian喚huan醒xing時shi，造zao成cheng晶jing振zhen啟qi振zhen很hen慢man或huo根gen本ben就jiu不bu能neng啟qi振zhen，而er啟qi動dong時shi間jian過guo長chang將jiang會hui明ming顯xian地di增zeng加jia係xi統tong的de功gong耗hao。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。