高速公路的快速发展,极大地促进了整个社会经济的发展。但是,与高速公路建设相比,公路收费的自动化水平却相对滞后,造成收费站前车辆拥挤,交通堵塞现象日趋严重,大大降低了高速公路的通行速度。全自动电子收费系统(Electrical Toll Collection System,简称ETC)即不停车自动收费系统,可以有效提高高速公路的通行能力和服务水平。在ETC系统中,收费站与车辆利用无线收发装置进行通信,无需停止行车就可以快速完成收费过程。与无线电相比,光波具有频带宽,信道容量大,抗电磁干扰能力强,保密性好等优势。基于无线光通信技术的光波ETC系统具有美好的发展前景。本论文研究并设计了光ETC系统的无线光通信装置,包括车载通信单元和路侧通信单元两部分。主要工作内容为:完成了车载通信单元和路侧通信单元光发射机、接收机、编码解码模块以及控制系统的设计,并讨论了通信协议的相关内容和影响通信的主要因素。系统通信采用850nm近红外光作为载波。车载单元的发射机采用多个红外LED发射光信号,接收机采用多个红外接收二极管接收,大大节省了用户成本。收费站采用大功率激光器和大面积的PIN光电二极管。收发装置前装有光学天线和光学滤波片。本文分别研究了车载单元和收费站单元的发射电路及接收电路设计。最后,控制系统的设计采用了单片机和CPLD的组合结构,以单片机为控制核心,由CPLD实现编码解码及串并转换等数据处理,并完成了所有硬件的设计和软件编程及仿真测试。本系统以4Mbit/s速率通信,收费时间0.1s左右,允许车辆以最高108km/h的时速通过收费站。本论文设计的红外光波ETC系统无线光通信装置具有运行稳定,成本低廉,抗干扰能力强等优点。车载通信单元由于采用了价格十分低廉的红外LED和红外接收二极管,用户更容易接收,从而大大促进了光波ETC系统的推广应用。