一种基于GPRS通信的车辆检测器的设计与实现

摘要：为了实现交通信号机检测模块与交通控制中心联网并为其提供有用的路况信息功能，同时交通控制中心可以实时监控与控制路口的交通信号机的参数，设计采用STC89C52单片机控制GPRS M1206B模块的方法来完成这个功能。首先对作为数据采集部分的环形线圈检测器的从理论到软硬件的设计做了具体说明；然后介绍了M1206B模块的GPRS功能，并且具体叙述了交通信号机与交通指挥中心的通信软硬件的开发与设计。
关键词：智能交通系统；环形线圈车辆检测；STC89C52；GPRS；WAVACOM；M1206B

0 引言
    随着人们汽车拥有量的快速增长，城市交通拥堵问题已不容忽视。为了了解道路上车辆行驶、拥堵等情况，加上信息技术的迅猛发展，智能交通系统(ITS)应运而生。通过掌握道路上车辆行驶的情况，采取相应的措施可极大地改善城市的交通状况。而能联网的交通信号机在此起着至关重要的作用，但是现有的交通信号机的联网存在以下一些问题：
    (1)一边是交通信号机与交通指挥中心联网都采用基于CAN总线、TCP／IP以太网的有线等方式的联网；另一边是还有部分老式的信号机的控制部分是单片机，联网困难。这是由于单片机的硬件资源和处理能力有限，这样对信号机与上位机通信的网络数据的处理就成为一个很大的难题。
    (2)网络的快速普及，在城市的网络覆盖面越来越广，这给交通信号机联网提供了条件；但是对于一些网络不健全的城市、以及县城的交通信号机联网就存在着问题。
    (3)在城市中，当一些异常情况出现时，比如：停电、交通信号机出现故障等，上述联网的交通信号机也会存在问题。在一些城市，通常的做法是放置一个太阳能的交通信号机在路中间，此信号机虽然可以控制交通但是它不能和交通指挥中心联网，交通指挥中心也无法及时监控及控制路口的车辆通行情况。
    出于对上述问题的考虑分析。本设计采用GPRS(General Packet Radio Service)技术来尝试解决这些问题。

1可行性分析
    整体方案：采用单片机控制M1206模块来实现此功能。单片机采用的是STC公司的STC89C52，STC89C52完全兼容C51，而且编程简单，下载时采用ISP(In-System Programming)使下载调试程序非常简单，因此开发方便成本低廉，同时比普通的51的速度快，完全可以满足本设计的要求。GPRS模块采用市场占有率高的WAVECOM代表型号Q24中的M1206模块。
    M1206模块虽然是WAVECOM比较早的一款产品，但是其性能稳定、价格适中，而且接口采用RS 232，为单片机控制带来了方便。同时它被广泛运用于直放站、GPS车辆管理定位系统、短信息软件、无线远程监控、无线POS、移动办公以及医疗监护等领域。其具有115 Kb／s全双工传输率、支持AT命令设置、支持TCP／IP，UDP以及PPP协议、2 W射频功率输出、高灵敏度天线、供电输入5～24 V、自动进入省电模式等特点。
    从价格方面来说，单片机性价比高，GSM网络连接可靠、费用按流量计算；从应用范围方面看，几乎所有的交通信号系统都有串口，所以选用GPRS模块是可行的；从网络的覆盖面来说，GSM网络覆盖面远远超过了现有的有线网络，可以说在有人聚居的地方就有GSM网络的覆盖；从机动灵活性、不受断电情况的制约方面上讲，此方式也是可行的；同样的采用GSM联网的交通信号机还有其在一个区域内快速架设的优势。

2 GPRS简介
    GPRS是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可以说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，它是以封包(Packet)的形式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料大小来计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56 Kb／s甚至114 Kb／s。GPRS的特点如下：高速数据传输速度，可以达到10倍于GSM；设备是可以永远在线。

3 系统整体图
    系统是网络结构图如图1所示，它是系统的网络的分布图，下位机(即信号控制机)由串口连接到GPRS模块然后通过GSM网络连接到交通指挥中心端的上位机。下位机与上位机的通信是由单片机控制的。其通信过程是下位机部分通过GSM网络发送数据到上位机，然后由上位机软件将数据存入数据库中为以后决策做准备，同时通过图表将路口数据的变化展现给控制中心的工作人员；工作人员根据信号灯的配时方案将交通信号机参数发送给下位机。基于单片机的交通信号控制机的整体框图如图2所示。

4 电路分析
    单片机与M1206B的连接主要是通过串口连接的，但是与通常所使用的串口不同。通常使用的串口只要其中的3根线即TXD，RXD，GND就可以了。本设计中为了使单片机与M1206B更加有效连接和协调工作采用了CTS与RTS作为握手信号。CTS与RTS的硬件连接图如图3所示。

5 软件部分
5．1 GPRS模块的设置
    对GPRS模块进行主要的设置工作有：
    (1)设置通信波特率，可以使用AT+IPR=115 200命令，把波特率设为115 200 b／s或其他合适的波特率；
    (2)设置接入网关，通过AT+CGD CONT=1，“IP”，“CMNET”命令设置GPRS接入网关为移动梦网；
    (3)设置移动终端的类别，通过AT+CGCLASS=“B”设置移动终端的类别为B类，即同时监控多种业务；但只能运行一种业务，即在同一时间只能使用GPRS上网，或者使用GSM的语音通信；
    (4)测试GPRS服务是否开通，使用AT+CGACT=1，1命令激活GPRS功能。如果返回OK，则GPRS连接成功；如果返回ERROR，则意味着GPRS失败。这时应检查一下SIM卡的GPRS业务是否已经开通，GPRS模块天线是否安装正确等问题。
    GPRS模块可以通过拨“*99***1#”登录到GGSN上动态分配到Internet网的IP地址。其间GPRS模块与网关的通信要符合点对点协议(Point to Point Protocol，PPP)，其中身份验证时用户名、密码都为空。使用PPP协议登录上之后，就可以通过GGSN接上Internet了。
5．2 软件部分的编写
    由于篇幅有限，以下介绍一下核心函数：

    此函数是对单片机内部的E2PROM写入数据，在此模块中的作用是为了节约单片中有限的RAM空间，将一些对M1206B操作的AT命令以及采集到的数据对应的PDU码(是GPRS短信的一中编码格式)存入E2PROM中。


    这个函数实现数据的发送。在发送时要对数据进行打包即在数据包头前加上相应的协议头。其中Temp_Buffer是存放最后要发送数据的数组，data_len是要发送的数据大小。

6 结语
    本文将单片机与M1206B模块相结合，采用M1206B的GPRS的功能实现了智能交通信号机和交通指挥中心的数据传输功能，为智能交通信号机提供做出决策的数据来源，而且为指挥交通实时的监管各路口与下达交通信号机的配时方案提供了数据，从而可以进一步使道路畅通，同时为以后交通信号控制器接入物联网形成更大的ITS网络打下了基础。由于本设计采用廉价的单片机STC89C52和M1206B的GPRS模块，从经济性和实用性来看也具有一定的实用价值。