基于GPRS的城市交通控制数据通信系统研究

数据通信系统是城市交通控制系统的重要组成部分之一，它通过数据采集、传输和管理技术，使监控中心能够准确地获取路网各个路口的交通流量和交通信号机的运行状态，从而为保证路网的控制效果创造条件。因此，如何能够快速、准确、实时地将各个路口的交通流数据和交通信号机运行状态上传给监控中心以及由监控中心下传控制指令给信号机就成了整个控制系统高效运行的重要环节。目前我国现有的城市交通控制系统网络主要采用电话或专用电缆等有线方式[1]进行数据通信，已不能满足智能交通系统：ITS[2]及各种智能车载移动终端数据通信的实时性和移动性要求。通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)作为一种高速、高效、经济的无线系统，具有网络覆盖范围广、接入迅速、按流量计费、实时在线、没有任何布线的优点[3]，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适合短时的突发大数据量通信，完全满足分布式的城市交通实时、多点交通信号机数据采集及监控的双向数据通信需求。本文采用32位ARM7TDMI核ARM微处理器S3C44BOX及GPRS模块GR47，设计了具有GPRS功能的智能交通信号机，实现了基于GRPS网络的城市交通控制数据通信系统，基本上克服了传统有线通信方式所造成的造价高、覆盖范围小、扩展性差等缺点。

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