基于GPRS的交通信號控制系統的研制

張晶瑩

（天津城市建設管理職業技術學院，天津 300134）

交通是社會經濟的“血液循環系統”，是制約經濟發展的瓶頸。城市交通問題，是困擾城市發展、制約城市經濟建設的重要因素，人們對交通有效控制的意識越來越強烈。但由于目前的交通信號控制機大多數是進口設備，價格昂貴，兼容性差，且維護不便；另一方面，由于傳統交通控制系統采用有線敷設的方式，建設成本偏高，施工困難，建設周期長，維護不便，而且網絡成本、網絡規模、信道共享等都存在一定的局限性。如果采取無線技術取代有線，上述的大部分問題都能夠得到很好的解決。因此，基于GPRS的交通信號控制系統的研制，具有一定的經濟效益。

1 系統總體分析

系統由交通信號機、數據中心服務器/客戶端、GPRS無線數據通信模塊（GPRS DTU）、移動網絡以及因特網組成。交通信號機安置在交通路口，數據中心服務器設在交通指揮中心，客戶端可設在各交通支隊，分別具有不同的權限。交通信號機的控制核心——數字信號處理器DSP，集成有RS-232全雙工方式的通訊口，通過與GPRS通信模塊RS232連接，可實現交通信號機與數據中心服務器/客戶端的聯網通訊。采用RS232串口電路和GPRS模塊，利用移動網絡與因特網實現無線通信。此方法的益處，是不用破壞路面，連網方便[1]。通訊前，需要協調中央控制計算機與DSP的通訊格式，采用一致的通訊協議和組態數據（包括起始位，停止位，波特率，奇偶校驗及數據長度等數據）。

2 系統的硬件集成

信號機的硬件，采用模塊化設計，選擇以TMS320F 2812型DSP為核心控制單元，連接驅動元件、存儲器和電源等組成控制主板，它與信號燈驅動板、GPRS模塊、LCD屏和按鍵構成交通信號機的硬件。

2.1 TMS320F2812

本設計選用TMS320F281x系列中的TMS320F2812型DSP，其主要特點有：采用高性能靜態CMOS技術，主頻可達150 MHz，FLASH編程電壓為3.3 V；片內集成128 k×16的Flash和8 k×16單訪問周期的RAM存儲器；支持動態改變鎖相環的倍頻數，片內集成看門狗定時模塊；支持多種串口通信包括 SCI、SPI、UART 和 e CAN 等[2]。

2.2 串行通信接口

本設計采用串行通信，RS232接口電路用來實現上位機和DSP的數據傳輸，將預設方案從上位機發送到DSP，DSP將信號機的運行狀態反饋給上位機。硬件上，DSP的SCI引腳RXA和TXA直接連接到RS232電平轉換芯片MAX3232來實現。兩個RS232接口，一個用于有線連接，另一個用于無線連接。

2.3 GPRS模塊

GPRS是通用分組無線業務（General Packet Ra-dio Service）的英文簡稱[3]。本系統選用的無線通信模塊，是結合西門子工業級MC55無線通訊模塊，配有串行通訊接口（RS-232/422/485），通過GPRS自動上線接入因特網進行撥號，并具有自動上線注冊機制。因此可以直接與任何帶有串行接口的終端設備連接，實現完成透明數據傳輸，提供基于互聯網的完備處理機制和方便標準的二次開發能力，為不具備TCP/IP協議處理功能的終端設備，提供基于互聯網的完善無線通信能力。

3 系統下位機程序設計

城市交通控制的目標，是期求最大的通行效率，該目標是通過系統軟件設計的實現。系統采用C語言開發，主要實現功能是交通信號機控制、串口通訊、液晶顯示驅動等，同時還包括系統初始化、中斷、定時等與硬件相關的工作[4]。系統將提供若干套交通控制方案，可通過串口無線發送方案號或本地鍵盤控制交通信號機執行相應方案，實時返回運行方案號，LCD顯示運行方案，并且可通過上位機發送命令，隨時監聽各路口的交通運行情況。

3.1 主程序設計

系統程序采用模塊化設計。整個程序分為：初始化程序、主程序、信號燈控制程序、按鍵程序、串口中斷程序、LCD顯示程序等。主程序流程圖如圖1所示。

圖1 主程序流程圖

首先系統初始化，關中斷起到對LCD和RS232初始化程序的保護作用，之后使能全局中斷，主程序不斷掃描是否有按鍵，如果有鍵盤鍵入，執行信號燈控制程序，全局也可通過串口中斷方式，無線控制交通運行方案。方案選擇是通過無線通信發送方案號或本地鍵盤控制交通方案，方案包括十字路口的運行方案（區別在于紅綠燈的時間不同）、主干道通行程序（綠通帶）和黃閃控制程序（4個路口都有黃燈閃爍表示允許所有的車輛慢速通過）。

3.2 RS232串口通信程序設計

串口中斷程序主要功能，是實現串口的收發數據，包括數據服務中心對交通方案的發送與接收和鍵盤控制運行方案向數據服務中心的發送。此外，數據服務中心可發送監聽命令0x00，實時監聽各路口信號機當前運行情況。

串口通信程序采用中斷控制方式，流程圖如圖2所示。

圖2 RS232通信程序流程圖

主要包括串口初始化函數InitSci()，串口中斷發送函數SCITX_ISR()，串口中斷接收函數SCIRX_ISR()。

4 系統上位機程序設計

4.1 實現功能

本系統實現的是多路口在線監控，上位機一方面可以通過無線發送方案號給交通信號機，改變交通運行方案。對于方案的改變，無論無線發送還是鍵盤控制，都可以向數據服務中心即時反饋；另一方面，可在線監聽各路口交通燈運行情況，包括動態IP、登陸時間、最后通訊時間、當前運行方案等；并且在服務器端開發數據庫管理系統，包括系統登錄、方案管理、交通控制管理和系統維護這4個模塊，對交通數據進行維護。

4.2 開發及運行環境

本系統后臺采用Microsoft SQL Server 2000數據庫，該數據庫系統在準確性、安全性和運行速度方面，有絕對優勢，并且效率高，處理數據量大；前臺采用微軟公司的Visual Studio 2005作為主要的開發工具，實現與SQL Server 2000數據庫無縫鏈接，開發語言采用C#。系統運行平臺可以是Windows XP(SP2)/2000(SP4)/Windows Server 2003(SP1)，運行環境為Microsoft.NET Framework SDK v2.0。

4.3 Winsock API網絡編程

Winsock的接口函數封裝了TCP/IP協議的各種功能。.NET Framework Socket類是Winsock32 API提供的套接字服務的托管代碼版本。在大多數情況下，Socket類方法只是將數據封送到它們的本機Win32副本中，并處理任何必要的安全檢查。一個系統的通信，首先要建立服務器端和客戶端，需要分別創建套接字(socket)，然后再綁定通訊地址，建立監聽后方可完成通訊。Winsock網絡編程流程圖如圖3所示。

圖3 Winsock網絡編程流程圖

4.4 ADO.NET數據庫開發

本系統采用SQL Server2000作為后臺數據庫，數據庫命名為tramagsys。在VS.NET開發環境中，C#利用ADO.NET進行數據庫開發的基本步驟，總的來說經歷了這樣的幾個過程[5]：

（1）創建和數據庫tramagsys連接的Connection對象；

（2）配置Data Adapter對象并創建和操作數據集Data Set；

（3）把 tramagsys數據庫中的表添加到 Data Set中；

（4）把數據集Data Set綁定到用戶界面的Data Grid上；

（5）運行程序時，利用SqlDataAdapter把數據填充到Data Set中，最終的數據庫中的數據顯示在用戶界面的Data Grid中。

5 系統的調試

5.1 組網方案

根據數據中心服務器接入Internet的不同方式，本文提出了4種組網方案：

（1）數據中心直接使用合法的固定IP地址；（2）數據中心沒有固定的IP地址，通過路由器端口映射獲得固定IP地址；

（3）數據中心采用動態IP地址；

（4）用戶數據中心通過專線方式直接連接到GPRS網絡。

本系統選用了方案（3），數據中心沒有固定的全局IP地址，通過ADSL調制解調器連接到因特網。ADSL Modem上電自動撥號獲得動態IP地址，在數據中心安裝動態域名解析服務程序；GPRS DTU設備上的服務端IP和端口號設置為數據中心服務器的域名和偵聽端口號，如果是TCP連接方式，則自動與ADSL等調制解調器建立可靠的TCP連接。

5.2 系統通信方式

系統通信方式可分為兩種：

（1）服務器端—DTU終端方式通信；

（2）客戶端—服務器端—DTU終端方式通信。方式（2）是客戶端和DTU終端均與服務器聯網，服務器作為傳輸中介。

一方面，通過服務器端或客戶端向各路口交通信號機發送方案，控制交通燈運行，并向服務器端和客戶端即時反饋運行情況；

另一方面，現場鍵盤控制交通方案，并向服務器端即時反饋運行情況，所有記錄出現在界面的報文監視中，并生成log文件存在硬盤。

此外，服務器端可對任意路口發送“0x00”監聽命令，交通信號機實時返回當前交通運行情況。實現實時監聽，提高系統可靠性。

6 結束語

城市交通一直是困擾城市建設的重要因素，采用有效的交通控制系統，可以提高交通車輛通行率，減少交通事故的頻繁發生，實現交通的實時性、快速性和安全性，具有一定的現實意義。創新將GPRS無線通信運用到交通控制系統中，具有使用成本低、準確性高、對環境適應性好、易于安裝、易于維護等特點。

[1]陳以蒙，王亦軍.一種基于GPRS的DSP與PC機通信系統[J].浙江科技學院學報，2004，16(4)：236-238.

[2]蘇奎峰，呂 強，耿慶鋒，陳圣儉.TMS320F2812原理與開發[M].北京：電子工業出版社，2005.

[3]貝 茨，朱洪波，沈越泓，蔡躍明.通用分組無線業務（GPRS）技術與應用[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[4]楊鋼鋒，毛漢領，黃振峰.交通信號機基于DSP的解決方案設計[J].交通與計算機，2008，26(2)：79-81.

[5]賽奎春.明日科技.Visual C#開發技術大全[M]．北京：人民郵電出版社，2007.