基于GPRS通信的車輛檢測器 - 全文

　　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，加上信息技術的迅猛發(fā)展，智能交通系統(tǒng)(ITS)應運而生。通過掌握道路上車輛行駛的情況，采取相應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)絡數(shù)據(jù)的處理就成為一個很大的難題。

　　(2)網(wǎng)絡的快速普及，在城市的網(wǎng)絡覆蓋面越來越廣，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。本設計采用GPRS(General Packet Radio Service)技術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、無線遠程監(jiān)控、無線POS、移動辦公以及醫(yī)療監(jiān)護等領域。其具有115 Kb/s全雙工傳輸率、支持AT命令設置、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)絡連接可靠、費用按流量計算;從應用范圍方面看，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)絡的覆蓋面來說，GSM網(wǎng)絡覆蓋面遠遠超過了現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡，可以說在有人聚居的地方就有GSM網(wǎng)絡的覆蓋;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)快速架設的優(yōu)勢。

　　2 GPRS簡介

　　GPRS是通用分組無線服務技術的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務。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，因此使用者所負擔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;設備是可以永遠在線。

　　3 系統(tǒng)整體圖

　　系統(tǒng)是網(wǎng)絡結構圖如圖1所示，它是系統(tǒng)的網(wǎng)絡的分布圖，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。基于單片機的交通信號控制機的整體框圖如圖2所示。

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　　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。本設計中為了使單片機與M1206B更加有效連接和協(xié)調工作采用了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模塊的設置

　　對GPRS模塊進行主要的設置工作有：

　　(1)設置通信波特率，可以使用AT+IPR=115 200命令，把波特率設為115 200 b/s或其他合適的波特率;

　　(2)設置接入網(wǎng)關，通過AT+CGD CONT=1，“IP”，“CMNET”命令設置GPRS接入網(wǎng)關為移動夢網(wǎng);

　　(3)設置移動終端的類別，通過AT+CGCLASS=“B”設置移動終端的類別為B類，即同時監(jiān)控多種業(yè)務;但只能運行一種業(yè)務，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。這時應檢查一下SIM卡的GPRS業(yè)務是否已經(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)：

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　　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)對應的PDU碼(是GPRS短信的一中編碼格式)存入E2PROM中。

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　　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 結語

　　本文將單片機與M1206B模塊相結合，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)絡打下了基礎。由于本設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。