基于GPRS的城市交通控制數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)研究

1 系統(tǒng)組成及工作原理

基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的城市交通控制數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是一個(gè)分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化、全開(kāi)放的監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)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(hào)機(jī)組成，如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行于客戶／服務(wù)器模式，監(jiān)控中心內(nèi)部通過(guò)以太網(wǎng)將通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及監(jiān)控工作站等設(shè)備互連。監(jiān)控中心在軟件系統(tǒng)的控制下，實(shí)時(shí)接收處理來(lái)自各路口智能交通信號(hào)機(jī)的交通量信息、當(dāng)前工作狀態(tài)以及信號(hào)配時(shí)方案等各種數(shù)據(jù)[4]，在監(jiān)控中心的LED多媒體顯示屏及中心監(jiān)控終端上顯示信號(hào)機(jī)位置、運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)信息。同時(shí)，監(jiān)控中心的通信服務(wù)器也可以向各路口信號(hào)機(jī)下傳各種控制指令和優(yōu)化的信號(hào)配時(shí)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)分布式智能交通信號(hào)機(jī)狀態(tài)的監(jiān)視和控制。通信服務(wù)器可以由已接入Internet的計(jì)算機(jī)擔(dān)當(dāng)，完成TCP／UDP鏈路建立、維護(hù)、數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)以及圖像的監(jiān)控等。

路口交通信號(hào)機(jī)為全自動(dòng)智能設(shè)備，可以通過(guò)短信、數(shù)據(jù)有無(wú)檢測(cè)、響鈴、預(yù)設(shè)時(shí)間等多種方式啟動(dòng)GPRS撥號(hào)程序接入Internet，主動(dòng)與監(jiān)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(shù)據(jù)或圖像，實(shí)現(xiàn)城市交通信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸。

2 智能交通信號(hào)機(jī)的硬件構(gòu)成

具有GPRS功能的智能交通信號(hào)機(jī)主要由ARM微處理器模塊、GRPS無(wú)線通信模塊、存儲(chǔ)模塊、電源晶振模塊、交通信號(hào)機(jī)以及JTAG調(diào)試接口等模塊組成，其結(jié)構(gòu)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(hào)機(jī)的控制核心，負(fù)責(zé)交通信號(hào)機(jī)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)處理數(shù)據(jù)、GPRS通信等工作。根據(jù)智能交通信號(hào)機(jī)低功耗的要求，選用三星公司的S3C44BOX[5]。它是一款基于ARM7TDMI內(nèi)核精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)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，具有性價(jià)比高、功耗低、體積小、可靠性高等特點(diǎn)。S3C44BOX提供了對(duì)兩個(gè)串口Uart0和Uart1的直接支持。在本系統(tǒng)中，一個(gè)串口用于與GR47模塊通信，同時(shí)在調(diào)試應(yīng)用程序時(shí)需要另一個(gè)串口與PC機(jī)相連，以保證程序正常運(yùn)行。

2.2 GPRS無(wú)線通信模塊

GPRS無(wú)線通信模塊是整個(gè)系統(tǒng)的通信基礎(chǔ)，采用Sony-Ericsson公司的可編程無(wú)線通信模塊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)線數(shù)據(jù)傳輸通道，可以快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(hào)機(jī)所在位置、交通流以及運(yùn)行狀態(tài)等信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心并接收來(lái)自監(jiān)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(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞、GPRS未覆蓋或者中心工作人員誤操作導(dǎo)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(chǔ)模塊

FLASH存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)啟動(dòng)代碼、嵌入式操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序的代碼或其他在系統(tǒng)掉電后需要保護(hù)的用戶數(shù)據(jù)等。選用SST公司16位數(shù)據(jù)帶寬的SST39VF160，它具有2MB的存儲(chǔ)容量，工作電壓為2.7V～3.6V，其地址線A0～A20分別與S3C44BOX的地址線ADDR1～ADDR2相連。SDRAM存儲(chǔ)器是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的主要區(qū)域，系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)、堆棧均位于SDRAM存儲(chǔ)器中，其存儲(chǔ)速度大大高于FLASH存儲(chǔ)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(zhuǎn)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(nèi)核供電。10MHz晶振為系統(tǒng)提供工作時(shí)鐘，通過(guò)片內(nèi)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(hào)機(jī)

交通信號(hào)機(jī)是交通控制系統(tǒng)的重要組成部分。它在ARM微處理器S3C44BOX的協(xié)調(diào)下執(zhí)行監(jiān)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(hào)機(jī)單點(diǎn)自主時(shí)段控制。信號(hào)機(jī)運(yùn)行時(shí)可連續(xù)、準(zhǔn)確地采集大量現(xiàn)場(chǎng)交通數(shù)據(jù)，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過(guò)對(duì)交通數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和處理，不僅可以直接用于交通控制，還可以為交通指揮調(diào)度和城市交通規(guī)劃提供準(zhǔn)確科學(xué)的量化依據(jù)。智能交通信號(hào)機(jī)采用芯片16C550實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串／并擴(kuò)展，其8根數(shù)據(jù)線D0～D7連接到微處理器S3C44BOX對(duì)應(yīng)的D0～D7，交通信號(hào)機(jī)通過(guò)MAX232標(biāo)準(zhǔn)串口與微處理器實(shí)現(xiàn)雙向高速數(shù)據(jù)交換。