基于GPRS的城市交通控制数据通信系统研究

1 系统组成及工作原理

基于GPRS网络的城市交通控制数据传输系统是一个分布式、集散型、网络化、全开放的监控系统，由监控中心、GPRS／Internet通信网络以及具有GPRS功能的路口智能交通信号机组成，如图1所示。

整个系统运行于客户／服务器模式，监控中心内部通过以太网将通信服务器、数据库服务器及监控工作站等设备互连。监控中心在软件系统的控制下，实时接收处理来自各路口智能交通信号机的交通量信息、当前工作状态以及信号配时方案等各种数据[4]，在监控中心的LED多媒体显示屏及中心监控终端上显示信号机位置、运行状态及相关信息。同时，监控中心的通信服务器也可以向各路口信号机下传各种控制指令和优化的信号配时参数，实现对整个分布式智能交通信号机状态的监视和控制。通信服务器可以由已接入Internet的计算机担当，完成TCP／UDP链路建立、维护、数据接收、存储以及图像的监控等。

路口交通信号机为全自动智能设备，可以通过短信、数据有无检测、响铃、预设时间等多种方式启动GPRS拨号程序接入Internet，主动与监控中心的通信服务器建立TCP或UDP连接，并向通信服务器传输数据或图像，实现城市交通信号的数据传输。

2 智能交通信号机的硬件构成

具有GPRS功能的智能交通信号机主要由ARM微处理器模块、GRPS无线通信模块、存储模块、电源晶振模块、交通信号机以及JTAG调试接口等模块组成，其结构框图如图2所示。

2.1 ARM微处理器模块

ARM微处理器模块是智能交通信号机的控制核心，负责交通信号机的数据采集、存储处理数据、GPRS通信等工作。根据智能交通信号机低功耗的要求，选用三星公司的S3C44BOX[5]。它是一款基于ARM7TDMI内核精简指令系统的32位高速处理器，工作在66MHz，支持Thumb(16位)／ARM(32位)双指令集，能很好地兼容8位／16位器件，具有性价比高、功耗低、体积小、可靠性高等特点。S3C44BOX提供了对两个串口Uart0和Uart1的直接支持。在本系统中，一个串口用于与GR47模块通信，同时在调试应用程序时需要另一个串口与PC机相连，以保证程序正常运行。

2.2 GPRS无线通信模块

GPRS无线通信模块是整个系统的通信基础，采用Sony-Ericsson公司的可编程无线通信模块GR47[6]，它提供RS232口，可以用AT指令进行控制。GR47具有GPRS和SMS两种无线数据传输通道，可以快速、安全、可靠地实现数据传输、语音传输、短消息服务，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段。在GPRS网络状态良好的情况下，优先通过GPRS通信方式将智能交通信号机所在位置、交通流以及运行状态等信息传输到监控中心并接收来自监控中心的指令。与此同时，GR47不断轮回检查GPRS网络状态，当出现网络拥塞、GPRS未覆盖或者中心工作人员误操作导致TCP／IP连接断开时，会立刻切换到SMS方式直至TCP／IP重新连接上。

2.3 存储模块

FLASH存储器存放系统启动代码、嵌入式操作系统、文件系统、应用程序的代码或其他在系统掉电后需要保护的用户数据等。选用SST公司16位数据带宽的SST39VF160，它具有2MB的存储容量，工作电压为2.7V～3.6V，其地址线A0～A20分别与S3C44BOX的地址线ADDR1～ADDR2相连。SDRAM存储器是系统运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈均位于SDRAM存储器中，其存储速度大大高于FLASH存储器，且具有读／写的属性。

2.4 电源、晶振模块

电源电路由3块DC-DC转换器(9V～5V，5V～3.3V，5V～2.5V)组成，分别给外围电路、CPU的I／O和S3C44BOX内核供电。10MHz晶振为系统提供工作时钟，通过片内PLL电路倍频为66MHz作为微处理器的工作时钟。

2.5 交通信号机

交通信号机是交通控制系统的重要组成部分。它在ARM微处理器S3C44BOX的协调下执行监控中心下传的控制指令如关灯、闪光、全红、手动步进等，也可以在无中心控制的条件下进行信号机单点自主时段控制。信号机运行时可连续、准确地采集大量现场交通数据，并将现场数据实时地传输到监控中心，监控中心通过对交通数据的采集、存储和处理，不仅可以直接用于交通控制，还可以为交通指挥调度和城市交通规划提供准确科学的量化依据。智能交通信号机采用芯片16C550实现数据的串／并扩展，其8根数据线D0～D7连接到微处理器S3C44BOX对应的D0～D7，交通信号机通过MAX232标准串口与微处理器实现双向高速数据交换。