基于GPRS的路況信息實時發布系統的設計*

孔 榮 ，湯榮生 ，倪倩倩 ，金 鑫

(1.蘇州大學 文正學院，江蘇 蘇州 215006；2.蘇州大學 物理科學與技術學院，江蘇 蘇州 215006)

國內當前的道路流量檢測主要通過設立路況通信員的方法來實現。廣播電臺通過在城市主干道附近設置或臨時招聘若干人員，隨時報告路況消息。這種方法低效、滯后嚴重、數據不可靠或沒有統計數據，不足以向城市管理部門提供決策參考信息。采用價格低廉、運行可靠，可實時動態控制紅綠燈系統的自動化道路監測及消息發布系統必將成為城市管理者關心的重要問題之一。為此，本文提出一種基于GPRS模塊的路況實時信息發布系統，該系統可通過GPRS模塊對外發布道路流量信息，并克服原有道路信息發布系統低效、準確性低、滯后嚴重等缺點。

1 總體設計方案

總體設計方案如圖1所示[1]。4個環形線圈車輛檢測器分別安裝在十字路口的4個方向，當有車輛經過環形線圈車輛檢測器時，產生高電平信號，該信號饋送至控制器?？刂破鲗υ撔畔⑦M行計數、處理，并實時控制紅綠燈切換的時間，將道路調整到最佳通行狀態；同時控制器通過SIM300構成的GPRS模塊將計算得到的相關數據傳送至控制中心及相關部門。控制中心可根據具體情況向社會公布，同時也可以向控制器發送指令，進行人工干預。該系統具有實時性高、客觀、準確的優點，同時也可以降低交管部門的勞動強度。

2 基于GPRS的短信收發平臺的硬件設計

2.1 環形線圈檢測器

環形線圈車輛檢測器以幾匝金屬線繞制而成的環形線圈為傳感器，埋設在道路上。環形線圈作為檢測器調諧電路中的一個電感元件，與車輛檢測器的振蕩回路一起形成LC諧振，當車輛通過時，也就是線圈中間或周圍有鐵制品存在時，由于鐵磁材料的高導磁率，將會使線圈中單位電流產生的磁通鏈劇增，從而導致線圈電感值發生微小變化，進而改變LC諧振的頻率，由此檢測車輛通過與否[2]。目前國內部分路段已經埋設了環形線圈作為攝像頭的啟動信號源。使用這種方式可以降低前期投入。

2.2 控制器設計

控制器采用ST公司的STR710作為中央處理單元。STR710具有14個外部中斷輸入，256 KB程序Flash存儲器，64 KB內部RAM，5個定時器，比較適合應用在有多個外部中斷源需要處理的場合[3]?？刂破麟娐房驁D如圖2所示。P2.5通過光耦連接到MAX485的DI端，控制紅綠燈的轉換；P2.4通過光耦連接到MAX485的DE端，使能MAX485發送功能。

圖2 控制器電路

2.3 GPRS模塊設計

GPRS模塊由SIM300接口電路、電源、SIM卡接口電路和開機電路組成，如圖3所示[4]。

圖3 GPRS模塊框圖

2.3.1 電源

SIM300的 VBAT電源管腳電壓范圍 3.4～4.5 V，模塊在發送數據時電流消耗較大，峰值電流可能達到2 A，所以電源一定要能夠提供2 A以上的電流。電源對模塊非常重要，一旦在電源上產生擾動、干擾，都可能造成模塊的死機。設計時應選擇輸出電流大于2 A的穩壓電路，如 LM2576等。

2.3.2 SIM300接口電路

SIM300接口電路如圖 4所示。其中 21、23、25腳需要接22 Ω匹配電阻，TXD和RXD連接到控制器的RX1和TX1。

圖4 SIM300接口電路

2.3.3 SIM卡座接口電路

SIM卡接口電路如圖5所示。若采用6腳SIM卡，第8腳可以懸空。

圖5 SIM卡接口電路

2.3.4 開機電路

SIM300在PWRKEY引腳為低，且持續時間不小于1 500 ms時啟動。開機電路如圖6所示。

3 基于GPRS的短信收發平臺的軟件設計

3.1 算法原理

設t0為起始時間，檢測器以時間T為周期檢測時間段Si中的車輛的流量Q(Si)和道路占有率C(Si)。其中：

圖6 開機電路

式中tHold(Si)為一周期中車輛處于線圈上的時間。

(1)若上游的檢測器A檢測出的流量的相對增量小于占有率的相對增量，則認為下游路段在本周期或下幾個周期內有可能發生交通擁擠。

(2)在條件(1)基礎上，上游與下游檢測器的車輛平均占有率絕對差大于某一閾值α，上游與下游檢測器的平均占有率相對差大于某一閾值β時，判定有交通擁擠事件發生。其中α、β與道路的實際設計容量有關。

(3)若上游與下游檢測器的車輛平均占有率絕對差小于或等于某一閾值α，上游與下游檢測器的平均占有率相對差大于某一閾值β時，判定交通擁擠處于消散過程。

圖7 檢測器安裝位置

3.2 控制器軟件設計

控制器軟件由主程序、指令處理、中斷處理、短信發送、擁堵判定和紅綠燈控制模塊組成。

3.2.1 主程序

主程序根據中斷程序返回的狀態循環調用擁堵判定和紅綠燈控制模塊，在擁堵發生前調整紅綠燈切換時間，以便緩解交通擁堵狀況，同時向控制中心發送信息，由控制中心發布路況信息，減少后續的車流。在發生擁堵時也可以在第一時間通知控制中心，以便采取進一步措施。在有控制中心指令時調用指令處理模塊。主程序框圖如圖8所示。

3.2.2 擁堵判定

擁堵判定按照3.1的描述設計。流程圖如圖9所示。

3.2.3 中斷處理

中斷處理模塊用于獲取檢測器信息和控制中心指令，為減少中斷處理時間，提高系統的響應速度，中斷處理模塊僅作初步處理，絕大部分工作交給主程序執行。

圖8 主程序框圖

圖9 擁堵判定框圖

3.2.4短信發送

短信發送用于將道路信息發送到控制中心或者在路況惡化時請求控制中心人工干預。

根據交通擁擠和消散過程的特征，給出了利用微機技術自動判定道路交通狀況的算法，并試圖在此基礎上實時地控制紅綠燈的變換周期，實現無人工干預情況下改善交通狀況，同時將路況實時信息發送到控制中心，控制中心可以根據實際情況向社會發布，并在特殊情況下進行人工干預。該系統具有高效、實時、客觀的特點，且簡單易于實現，具有良好的應用前景。

[1]唐運虞，劉向東，修春波，等.基于 GPRS的車輛監控系統的設計[J].信息技術，2004，28(10):56-61.

[2]張豫鶴，黃希，崔莉，等.面向交通信息采集的無線傳感器網絡節點[J].計算機研究與發展，2008，45(1):110-118.

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[6]莊斌，楊曉光，李克平，等.道路交通擁擠事件判別準則與檢測算法[J].中國公路學報，2006，19(3):82-86.