智能交通系統(tǒng)（IntelligentTransportSystem，簡稱ITS）研究領域，是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，其是將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技術、控制技術及計算機技術等有效地集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。

1 ETC系統(tǒng)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系統(tǒng)組成圖

OBU 中存有車輛的識別信息，如車牌號、汽車ID號，一般安裝于車輛前面的擋風玻璃上，RSU安裝于收費站旁邊，環(huán)路感應器安裝于車道地面下。中心管理系統(tǒng)有大型的數據庫，存儲大量注冊車輛和用戶的信息。當車輛通過收費站口時，環(huán)路感應器感知車輛，路邊單元發(fā)出詢問信號，車載單元做出響應。并進行雙向通信和數據交換，中心管理系統(tǒng)獲取車輛識別、車型等信息并和數據庫中相應信息進行比較判斷，根據不同情況來控制管理系統(tǒng)產生不同的動作。通過路邊單元與車載單元進行相互通信和信息交換，以達到對車輛的自動識別，并自動從該用戶的專用帳戶中扣除通行費，從而實現(xiàn)自動收費。

因為OBU在整個ETC 系統(tǒng)中起著非常重要的作用，而電源模塊的性能直接關系著OBU能否正常工作?，F(xiàn)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系統(tǒng)中應用設計方案

如OBU這種以嵌入式處理器為核心的系統(tǒng)，其功耗主要由處理器功耗和外圍電路功耗組成?？紤]實際的運行情況，汽車在公路上行駛的整個過程中，經過收費站的時間是非常短的，OBU只需要在汽車經過收費站時工作，而且工作時間不到一秒鐘，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，控制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，處于激活模式；當交易完成，車離開收費站后，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

同時，為實現(xiàn)進一步的分時供電控制，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，由主控制器統(tǒng)一協(xié)調。

激活的MCU，使用中斷編寫方式，對各個I/O 進行判斷后分時控制，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(fā)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，系統(tǒng)除主控制器外最多只為2 個模塊供電，大大減少了系統(tǒng)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

從檢波器檢測出來的信號是非常微弱的，可能是幾毫安甚至是微安級的，這么小的信號一般是不能滿足后級各種電路對信號幅度的要求，所以必須要進行放大。運算放大器的靜態(tài)電流與帶寬是成正比的，帶寬越大，靜態(tài)電流也越大，這一點在各大半導體生產商的選型表中可以明顯的看出；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(xiàn)低功耗，MCU應該選擇自身能耗低的型號，一款超低功耗MCU，主要從以下幾方面綜合考慮：系統(tǒng)平均電流、時鐘系統(tǒng)、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 系列單片機。

3.3 系統(tǒng)時鐘的設計

對于一個帶有低電壓睡眠喚醒的系統(tǒng)，晶振的選擇非常重要。這是因為低供電電壓使提供給晶體的激勵功率減少，特別在睡眠喚醒時，造成晶振啟振很慢或根本就不能啟振，而啟動時間過長將會明顯地增加系統(tǒng)的功耗。MSP430F2001 設計的系統(tǒng)可以很好地解決這個問題。

低速時鐘選用12kHz 的VLOCLK，高頻由內部集成的DCO振蕩器產生，可以通過調整的控制參數選擇合適的輸出頻率。

3.4 電源供電的設計

本系統(tǒng)采用2 節(jié)干電池作為測試供電，通過電源芯片產生+3.3V的電壓。由于TPS79633 的輸入電壓范圍是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，單片機只在工作與斷電之間轉換。其他I/O 接口作為控制其余模塊的輸出，進行分時控制。

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面：

系統(tǒng)采用中斷編寫方式，對各個I/O 進行判斷，分時控制，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，對總開關進行控制，達到斷電的功能。

系統(tǒng)的功耗會隨著系統(tǒng)的頻率升高而增加，在系統(tǒng)開始工作后使用12kHz 的主時鐘可以降低工作時的功耗。

4 結論

嵌入式系統(tǒng)的低功耗設計是嵌入式系統(tǒng)設計中必須考慮的設計原則，一個成功的低功耗設計應該是硬件設計和軟件設計的結合，從硬件設計開始，就應該充分意識到一個低功耗應用的特性，選擇一款合適MCU，通過對其特性的了解，設計系統(tǒng)方案；在軟件設計上，要考慮到低功耗編程的特殊性，并盡量使用單片機的低功耗模式。