一種基于GPRS通信的車輛檢測器的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：為了實現(xiàn)交通信號機檢測模塊與交通控制中心聯(lián)網(wǎng)并為其提供有用的路況信息功能，同時交通控制中心可以實時監(jiān)控與控制路口的交通信號機的參數(shù)，設(shè)計采用STC89C52單片機控制GPRS M1206B模塊的方法來完成這個功能。首先對作為數(shù)據(jù)采集部分的環(huán)形線圈檢測器的從理論到軟硬件的設(shè)計做了具體說明；然后介紹了M1206B模塊的GPRS功能，并且具體敘述了交通信號機與交通指揮中心的通信軟硬件的開發(fā)與設(shè)計。
關(guān)鍵詞：智能交通系統(tǒng)；環(huán)形線圈車輛檢測；STC89C52；GPRS；WAVACOM；M1206B

0 引言
    隨著人們汽車擁有量的快速增長，城市交通擁堵問題已不容忽視。為了了解道路上車輛行駛、擁堵等情況，加上信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能交通系統(tǒng)(ITS)應(yīng)運而生。通過掌握道路上車輛行駛的情況，采取相應(yīng)的措施可極大地改善城市的交通狀況。而能聯(lián)網(wǎng)的交通信號機在此起著至關(guān)重要的作用，但是現(xiàn)有的交通信號機的聯(lián)網(wǎng)存在以下一些問題：
    (1)一邊是交通信號機與交通指揮中心聯(lián)網(wǎng)都采用基于CAN總線、TCP／IP以太網(wǎng)的有線等方式的聯(lián)網(wǎng)；另一邊是還有部分老式的信號機的控制部分是單片機，聯(lián)網(wǎng)困難。這是由于單片機的硬件資源和處理能力有限，這樣對信號機與上位機通信的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理就成為一個很大的難題。
    (2)網(wǎng)絡(luò)的快速普及，在城市的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面越來越廣，這給交通信號機聯(lián)網(wǎng)提供了條件；但是對于一些網(wǎng)絡(luò)不健全的城市、以及縣城的交通信號機聯(lián)網(wǎng)就存在著問題。
    (3)在城市中，當(dāng)一些異常情況出現(xiàn)時，比如：停電、交通信號機出現(xiàn)故障等，上述聯(lián)網(wǎng)的交通信號機也會存在問題。在一些城市，通常的做法是放置一個太陽能的交通信號機在路中間，此信號機雖然可以控制交通但是它不能和交通指揮中心聯(lián)網(wǎng)，交通指揮中心也無法及時監(jiān)控及控制路口的車輛通行情況。
    出于對上述問題的考慮分析。本設(shè)計采用GPRS(General Packet Radio Service)技術(shù)來嘗試解決這些問題。

1可行性分析
    整體方案：采用單片機控制M1206模塊來實現(xiàn)此功能。單片機采用的是STC公司的STC89C52，STC89C52完全兼容C51，而且編程簡單，下載時采用ISP(In-System Programming)使下載調(diào)試程序非常簡單，因此開發(fā)方便成本低廉，同時比普通的51的速度快，完全可以滿足本設(shè)計的要求。GPRS模塊采用市場占有率高的WAVECOM代表型號Q24中的M1206模塊。
    M1206模塊雖然是WAVECOM比較早的一款產(chǎn)品，但是其性能穩(wěn)定、價格適中，而且接口采用RS 232，為單片機控制帶來了方便。同時它被廣泛運用于直放站、GPS車輛管理定位系統(tǒng)、短信息軟件、無線遠(yuǎn)程監(jiān)控、無線POS、移動辦公以及醫(yī)療監(jiān)護等領(lǐng)域。其具有115 Kb／s全雙工傳輸率、支持AT命令設(shè)置、支持TCP／IP，UDP以及PPP協(xié)議、2 W射頻功率輸出、高靈敏度天線、供電輸入5～24 V、自動進入省電模式等特點。
    從價格方面來說，單片機性價比高，GSM網(wǎng)絡(luò)連接可靠、費用按流量計算；從應(yīng)用范圍方面看，幾乎所有的交通信號系統(tǒng)都有串口，所以選用GPRS模塊是可行的；從網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面來說，GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)，可以說在有人聚居的地方就有GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋；從機動靈活性、不受斷電情況的制約方面上講，此方式也是可行的；同樣的采用GSM聯(lián)網(wǎng)的交通信號機還有其在一個區(qū)域內(nèi)快速架設(shè)的優(yōu)勢。

2 GPRS簡介
    GPRS是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可以說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，它是以封?Packet)的形式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費用是以其傳輸資料大小來計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56 Kb／s甚至114 Kb／s。GPRS的特點如下：高速數(shù)據(jù)傳輸速度，可以達到10倍于GSM；設(shè)備是可以永遠(yuǎn)在線。

3 系統(tǒng)整體圖
    系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，它是系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的分布圖，下位機(即信號控制機)由串口連接到GPRS模塊然后通過GSM網(wǎng)絡(luò)連接到交通指揮中心端的上位機。下位機與上位機的通信是由單片機控制的。其通信過程是下位機部分通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)到上位機，然后由上位機軟件將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中為以后決策做準(zhǔn)備，同時通過圖表將路口數(shù)據(jù)的變化展現(xiàn)給控制中心的工作人員；工作人員根據(jù)信號燈的配時方案將交通信號機參數(shù)發(fā)送給下位機?；趩纹瑱C的交通信號控制機的整體框圖如圖2所示。

4 電路分析
    單片機與M1206B的連接主要是通過串口連接的，但是與通常所使用的串口不同。通常使用的串口只要其中的3根線即TXD，RXD，GND就可以了。本設(shè)計中為了使單片機與M1206B更加有效連接和協(xié)調(diào)工作采用了CTS與RTS作為握手信號。CTS與RTS的硬件連接圖如圖3所示。

5 軟件部分
5．1 GPRS模塊的設(shè)置
    對GPRS模塊進行主要的設(shè)置工作有：
    (1)設(shè)置通信波特率，可以使用AT+IPR=115 200命令，把波特率設(shè)為115 200 b／s或其他合適的波特率；
    (2)設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)，通過AT+CGD CONT=1，“IP”，“CMNET”命令設(shè)置GPRS接入網(wǎng)關(guān)為移動夢網(wǎng)；
    (3)設(shè)置移動終端的類別，通過AT+CGCLASS=“B”設(shè)置移動終端的類別為B類，即同時監(jiān)控多種業(yè)務(wù)；但只能運行一種業(yè)務(wù)，即在同一時間只能使用GPRS上網(wǎng)，或者使用GSM的語音通信；
    (4)測試GPRS服務(wù)是否開通，使用AT+CGACT=1，1命令激活GPRS功能。如果返回OK，則GPRS連接成功；如果返回ERROR，則意味著GPRS失敗。這時應(yīng)檢查一下SIM卡的GPRS業(yè)務(wù)是否已經(jīng)開通，GPRS模塊天線是否安裝正確等問題。
    GPRS模塊可以通過撥“*99***1#”登錄到GGSN上動態(tài)分配到Internet網(wǎng)的IP地址。其間GPRS模塊與網(wǎng)關(guān)的通信要符合點對點協(xié)議(Point to Point Protocol，PPP)，其中身份驗證時用戶名、密碼都為空。使用PPP協(xié)議登錄上之后，就可以通過GGSN接上Internet了。
5．2 軟件部分的編寫
    由于篇幅有限，以下介紹一下核心函數(shù)：

    此函數(shù)是對單片機內(nèi)部的E2PROM寫入數(shù)據(jù)，在此模塊中的作用是為了節(jié)約單片中有限的RAM空間，將一些對M1206B操作的AT命令以及采集到的數(shù)據(jù)對應(yīng)的PDU碼(是GPRS短信的一中編碼格式)存入E2PROM中。


    這個函數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。在發(fā)送時要對數(shù)據(jù)進行打包即在數(shù)據(jù)包頭前加上相應(yīng)的協(xié)議頭。其中Temp_Buffer是存放最后要發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)組，data_len是要發(fā)送的數(shù)據(jù)大小。

6 結(jié)語
    本文將單片機與M1206B模塊相結(jié)合，采用M1206B的GPRS的功能實現(xiàn)了智能交通信號機和交通指揮中心的數(shù)據(jù)傳輸功能，為智能交通信號機提供做出決策的數(shù)據(jù)來源，而且為指揮交通實時的監(jiān)管各路口與下達交通信號機的配時方案提供了數(shù)據(jù)，從而可以進一步使道路暢通，同時為以后交通信號控制器接入物聯(lián)網(wǎng)形成更大的ITS網(wǎng)絡(luò)打下了基礎(chǔ)。由于本設(shè)計采用廉價的單片機STC89C52和M1206B的GPRS模塊，從經(jīng)濟性和實用性來看也具有一定的實用價值。