高速公路运营管理是一项综合性系统工程，高速公路机电系统正是为满足其运营管理的具体需求而提供的一个技术平台。为了提高高速公路运行效率，保证人员货物的出行和运输安全，对高速公路老旧收费站机电系统的升级改造问题进行了分析与研究。首先，给出了设计目的、设计原则以及设计方案选择及原由。重点研究了ETC收费系统以及车牌自动识别系统的设计以及施工方案。其次，将射频自动识别不停车收费系统按其功能分为自动识别控制子系统、自动判断型子系统、数据采集子系统、车辆检测子系统、闭路电视子系统和信号控制子系统等，并分别对ETC系统和射频自动识别不停车系统及情报板无线传输系统的工作原理和工作流程进行了论述。最后对ETC方案的选择和施工实施做了重点的阐述。最后，经过实际检验，可以看到升级改造后的机电系统解决了因人工停车收费造成的排队塞车现象，恢复了高速公路本应具有的高速、快捷形象；节省投资运营成本；使得环境更加环保节能。结果表明，设计的升级改造方案科学、正确、严谨、有效，具有较高的实用价值。