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網絡的城市交通控制數據傳輸系統是一個分布式、集散型、網絡化、全開放的監控系統，由監控中心、GPRS／Internet通信網絡以及具有GPRS功能的路口智能交通信號機組成，如圖1所示。

整個系統運行于客戶／服務器模式，監控中心內部通過以太網將通信服務器、數據庫服務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，實時接收處理來自各路口智能交通信號機的交通量信息、當前工作狀態以及信號配時方案等各種數據[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、運行狀態及相關信息。同時，監控中心的通信服務器也可以向各路口信號機下傳各種控制指令和優化的信號配時參數，實現對整個分布式智能交通信號機狀態的監視和控制。通信服務器可以由已接入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智能設備，可以通過短信、數據有無檢測、響鈴、預設時間等多種方式啟動GPRS撥號程序接入Internet，主動與監控中心的通信服務器建立TCP或UDP連接，并向通信服務器傳輸數據或圖像，實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無線通信模塊、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ARM7TDMI內核精簡指令系統的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，具有性價比高、功耗低、體積小、可靠性高等特點。S3C44BOX提供了對兩個串口Uart0和Uart1的直接支持。在本系統中，一個串口用于與GR47模塊通信，同時在調試應用程序時需要另一個串口與PC機相連，以保證程序正常運行。

2.2 GPRS無線通信模塊

GPRS無線通信模塊是整個系統的通信基礎，采用Sony-Ericsson公司的可編程無線通信模塊GR47[6]，它提供RS232口，可以用AT指令進行控制。GR47具有GPRS和SMS兩種無線數據傳輸通道，可以快速、安全、可靠地實現數據傳輸、語音傳輸、短消息服務，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段。在GPRS網絡狀態良好的情況下，優先通過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等信息傳輸到監控中心并接收來自監控中心的指令。與此同時，GR47不斷輪回檢查GPRS網絡狀態，當出現網絡擁塞、GPRS未覆蓋或者中心工作人員誤操作導致TCP／IP連接斷開時，會立刻切換到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A0～A20分別與S3C44BOX的地址線ADDR1～ADDR2相連。SDRAM存儲器是系統運行時的主要區域，系統及用戶數據、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鐘，通過片內PLL電路倍頻為66MHz作為微處理器的工作時鐘。

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ARM微處理器S3C44BOX的協調下執行監控中心下傳的控制指令如關燈、閃光、全紅、手動步進等，也可以在無中心控制的條件下進行信號機單點自主時段控制。信號機運行時可連續、準確地采集大量現場交通數據，并將現場數據實時地傳輸到監控中心，監控中心通過對交通數據的采集、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的量化依據。智能交通信號機采用芯片16C550實現數據的串／并擴展，其8根數據線D0～D7連接到微處理器S3C44BOX對應的D0～D7，交通信號機通過MAX232標準串口與微處理器實現雙向高速數據交換。