基于GPRS的城市交通控制數據通信系統研究

1 系統組成及工作原理

基于GPRS網(wǎng)絡(luò )的城市交通控制數據傳輸系統是一個(gè)分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò )化、全開(kāi)放的監控系統，由監控中心、GPRS／Internet通信網(wǎng)絡(luò )以及具有GPRS功能的路口智能交通信號機組成，如圖1所示。

整個(gè)系統運行于客戶(hù)／服務(wù)器模式，監控中心內部通過(guò)以太網(wǎng)將通信服務(wù)器、數據庫服務(wù)器及監控工作站等設備互連。監控中心在軟件系統的控制下，實(shí)時(shí)接收處理來(lái)自各路口智能交通信號機的交通量信息、當前工作狀態(tài)以及信號配時(shí)方案等各種數據[4]，在監控中心的LED多媒體顯示屏及中心監控終端上顯示信號機位置、運行狀態(tài)及相關(guān)信息。同時(shí)，監控中心的通信服務(wù)器也可以向各路口信號機下傳各種控制指令和優(yōu)化的信號配時(shí)參數，實(shí)現對整個(gè)分布式智能交通信號機狀態(tài)的監視和控制。通信服務(wù)器可以由已接入Internet的計算機擔當，完成TCP／UDP鏈路建立、維護、數據接收、存儲以及圖像的監控等。

路口交通信號機為全自動(dòng)智能設備，可以通過(guò)短信、數據有無(wú)檢測、響鈴、預設時(shí)間等多種方式啟動(dòng)GPRS撥號程序接入Internet，主動(dòng)與監控中心的通信服務(wù)器建立TCP或UDP連接，并向通信服務(wù)器傳輸數據或圖像，實(shí)現城市交通信號的數據傳輸。

2 智能交通信號機的硬件構成

具有GPRS功能的智能交通信號機主要由ARM微處理器模塊、GRPS無(wú)線(xiàn)通信模塊、存儲模塊、電源晶振模塊、交通信號機以及JTAG調試接口等模塊組成，其結構框圖如圖2所示。

2.1 ARM微處理器模塊

ARM微處理器模塊是智能交通信號機的控制核心，負責交通信號機的數據采集、存儲處理數據、GPRS通信等工作。根據智能交通信號機低功耗的要求，選用三星公司的S3C44BOX[5]。它是一款基于A(yíng)RM7TDMI內核精簡(jiǎn)指令系統的32位高速處理器，工作在66MHz，支持Thumb(16位)／ARM(32位)雙指令集，能很好地兼容8位／16位器件，具有性?xún)r(jià)比高、功耗低、體積小、可靠性高等特點(diǎn)。S3C44BOX提供了對兩個(gè)串口Uart0和Uart1的直接支持。在本系統中，一個(gè)串口用于與GR47模塊通信，同時(shí)在調試應用程序時(shí)需要另一個(gè)串口與PC機相連，以保證程序正常運行。

2.2 GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊

GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊是整個(gè)系統的通信基礎，采用Sony-Ericsson公司的可編程無(wú)線(xiàn)通信模塊GR47[6]，它提供RS232口，可以用AT指令進(jìn)行控制。GR47具有GPRS和SMS兩種無(wú)線(xiàn)數據傳輸通道，可以快速、安全、可靠地實(shí)現數據傳輸、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段。在GPRS網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)良好的情況下，優(yōu)先通過(guò)GPRS通信方式將智能交通信號機所在位置、交通流以及運行狀態(tài)等信息傳輸到監控中心并接收來(lái)自監控中心的指令。與此同時(shí)，GR47不斷輪回檢查GPRS網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)，當出現網(wǎng)絡(luò )擁塞、GPRS未覆蓋或者中心工作人員誤操作導致TCP／IP連接斷開(kāi)時(shí)，會(huì )立刻切換到SMS方式直至TCP／IP重新連接上。

2.3 存儲模塊

FLASH存儲器存放系統啟動(dòng)代碼、嵌入式操作系統、文件系統、應用程序的代碼或其他在系統掉電后需要保護的用戶(hù)數據等。選用SST公司16位數據帶寬的SST39VF160，它具有2MB的存儲容量，工作電壓為2.7V～3.6V，其地址線(xiàn)A0～A20分別與S3C44BOX的地址線(xiàn)ADDR1～ADDR2相連。SDRAM存儲器是系統運行時(shí)的主要區域，系統及用戶(hù)數據、堆棧均位于SDRAM存儲器中，其存儲速度大大高于FLASH存儲器，且具有讀／寫(xiě)的屬性。

2.4 電源、晶振模塊

電源電路由3塊DC-DC轉換器(9V～5V，5V～3.3V，5V～2.5V)組成，分別給外圍電路、CPU的I／O和S3C44BOX內核供電。10MHz晶振為系統提供工作時(shí)鐘，通過(guò)片內PLL電路倍頻為66MHz作為微處理器的工作時(shí)鐘。

2.5 交通信號機

交通信號機是交通控制系統的重要組成部分。它在A(yíng)RM微處理器S3C44BOX的協(xié)調下執行監控中心下傳的控制指令如關(guān)燈、閃光、全紅、手動(dòng)步進(jìn)等，也可以在無(wú)中心控制的條件下進(jìn)行信號機單點(diǎn)自主時(shí)段控制。信號機運行時(shí)可連續、準確地采集大量現場(chǎng)交通數據，并將現場(chǎng)數據實(shí)時(shí)地傳輸到監控中心，監控中心通過(guò)對交通數據的采集、存儲和處理，不僅可以直接用于交通控制，還可以為交通指揮調度和城市交通規劃提供準確科學(xué)的量化依據。智能交通信號機采用芯片16C550實(shí)現數據的串／并擴展，其8根數據線(xiàn)D0～D7連接到微處理器S3C44BOX對應的D0～D7，交通信號機通過(guò)MAX232標準串口與微處理器實(shí)現雙向高速數據交換。