【導讀】與我一同工作的同志對本研。究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。特授權天津理工大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入。有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編，以供查閱和借閱。同意學校向國家有關部門或機構送交論文的復本和電子?？冢@催生了一個亟待解決的需求：無線智能交通燈。本文主要對此進行了設計和研究。要地位，進而提出了以單片機作為控制器的光伏無線智能交通燈的設計思想。的闡釋本設計，本文對交通信號燈相關的研究背景和基礎知識進行了相應的介紹。中一種方法進行了改進，使其對車流量的預測具有更強的針對性。的了解交通燈運行的狀態(tài)及路口狀況。LED交通燈驅動電路、車流量檢測電路、光伏電池等。測結果準確，控制合理。

　　

【正文】 此信號主要包括兩個方面，一是交通信號的周期時長，即一個信號周期所花費的時間；二是每個周期中，各相位的綠信號時長。故交通信號的動態(tài)調(diào)整也要分兩個方面進行。 周期配時方案 在現(xiàn)實情況下，司機從信號燈由紅變綠到汽車啟動需要一定的時間，這段時間稱為啟動延遲時間，而在綠燈關閉后，仍處于路口內(nèi)的車輛還需一定的時間來通過路口，這段時間稱為結束滯 后時間。每一次紅綠燈的變換都伴隨著一段綠燈時間的損失，一般認為綠燈損失時間 =啟動延遲時間 結束滯后時間，通常為 3 秒鐘。因為有綠燈損失時間的存在，若周期過短，可能造成路口內(nèi)等待車輛過多，增加綠燈損失時間。相反如果周期過長，在某向無汽車通過時，還長時間保持綠燈同樣是對綠燈時間的一種浪費。因此本我們需要在車流輛小的時候適當?shù)臏p小周期時長，而在車流量大的時候適當增加周期時長，以更好的滿足車流量的控制要求。以某路口為例，取一個周期為一個計數(shù)單位，設第三章 車流量預測及動態(tài)配時方案設計 16 該路口各相位的飽和流量均為 50 輛 /分鐘， 計算周期 時長 有 4 個步驟 ： 利用 公式 (35)預測每一相位的車流量； 計算車流量 比 ： sq/qy? (36) 其中 q 為臨界 車 道 (即每相位上 車流量 最 大 的那條 車道 )車 流量 ， sq 為飽和流 量； 求和計算路口的周期流量： ??? n1i iyY (37) 其 中 n 為 相 位數(shù) ； 計算周期時長： LYsC nn TTTYT ?????? (38) 式中 sT 為通過飽和流量時，使路口通行量最優(yōu)的路口周期有效綠燈時長， YT 為各相位黃燈時間，取為 3 秒， LT 為各相位綠燈損失時間，也取 3 秒。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，該路口在流量飽和時以 3 分鐘為周期可使路口通行量最大，故 sT 取為 180 秒。由式 (38)也可以看出，周期時長越大，有效綠燈時間所占的比例也越大。 相位配時方案 在交通 控制系統(tǒng) 中，各 個 相位的時長是由各個交叉口的車流量的比來確定的。其計算過程如下： 通過公式 (35)預測出各相位的車流量； 計算各相綠燈時間： LYn1i iiGGi TTqqTT ?????? (39) 式中 GiT 為第 i 相位的時長， iq 為第 i 相位的臨界車輛數(shù)， GT 為有效綠燈時間，即上一節(jié)中的 sTY? 。 本章小結 本章首先對 車流量數(shù)據(jù)的特點進行了介紹，在此基礎上分析了幾種車流量預測方法的 優(yōu)點和缺陷 ，進而有針對性的提出了車流量預測模型的改進方法，最后，據(jù)此對交通信號的周期時長和相位時長提出了對應的調(diào)整手段。第四章 無線通信的實現(xiàn) 17 第四章 無線通信的實現(xiàn) 本章將 使用 AT89C52 單片機作為控制器，實現(xiàn) GPRS 模塊與遠程監(jiān)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋? 協(xié)議分析 TCP/IP 協(xié)議分析 TCP/IP（ Transmission Control Protocol/Inter Protocol），即 傳輸控制協(xié)議 /因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議， 也可以稱之為 網(wǎng)絡通訊協(xié)議， 它 是 互聯(lián)網(wǎng) 最基本的協(xié)議 ，同時也是 國際互聯(lián)網(wǎng)絡的基礎。 TCP/IP 協(xié)議 為網(wǎng)絡設備與互聯(lián)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)定了一個準則，同時也可以用于規(guī)范兩個設備之間的數(shù)據(jù)通信。 TCP/IP 協(xié)議由 4 個層級 組 成，每一層都 有其固定的任務，并且同時需要為上一層提供一些數(shù)據(jù)支持 。 這個協(xié)議主要有 傳輸層的 TCP 協(xié)議和網(wǎng)絡層的 IP協(xié)議 共同構成 。其作用可以概括為 ： TCP 協(xié)議 負責 數(shù)據(jù)的匹配認證，主要用于發(fā)現(xiàn)問題和處理問題，就像檢驗裝置，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)故障，就會要求重新發(fā)送； 而 IP 協(xié)議 負責 地址匹配，它 會為 Inter 網(wǎng)絡中所有 的 設備終端 設置 一個網(wǎng)絡地址 ， 借此可以方便的定位各終端的網(wǎng)絡位置 [34]。 再將 TCP/IP 協(xié)議進行細分的話，還可以分為四層結構 ：網(wǎng)絡接口層、網(wǎng)絡層、傳輸層 和 應用層。 TCP/IP 協(xié)議 與 傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)的參考模型 存在明顯的不同，一是協(xié)議的層級劃分方面存在區(qū)別 ，傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)的參考模型可劃分為七層， 包括 ： 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話 層、表示層和應用層，每層負責完成 指 定功能 ，而 TCP/IP協(xié)議則僅包含 四層 ； 二 是 在每個層級的服務功能方面也有這不同之處， 傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)的參考模型下， 只有在相同的層次上 硬件 才能完成數(shù)據(jù)的交換 ，而 TCP/IP 協(xié)議結構下，每一層都 為它的上一級提供服務 ， 相同層次的數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)交換 。 TCP/IP 體系結構 所 對應的 OSI 結構和協(xié)議如表 41 所示。 表 41 TCP/IP 體系結構對應的 OSI 結構和協(xié)議 應用層 應用層 TFTP,HTTP,SNMP, FTP,SMTP,DNS, Tel 表示層 會話層 傳輸層 傳輸層 TCP,UDP 互聯(lián)網(wǎng)絡層 網(wǎng)絡層 IP,ICMP,OSPF,BGP,IGMP, ARP,RARP 網(wǎng)絡接口層 數(shù)據(jù)鏈路層 SLIP,CSLIP,PPP,MTU,ARP, RARP,ISO2110,IEEE802 物理層 第四章 無線通信的實現(xiàn) 18 網(wǎng)絡接口層 在整個體系結構中，處于最下面一個層次的是 網(wǎng)絡接口層， 它 對 介質(zhì)的 物理 特性（ 例如 電子、機械、功 能、規(guī)程 等 特性） 進行了 規(guī)范性說明 ， 并且掌管 IP 數(shù)據(jù)報的 收發(fā) 。 網(wǎng)絡層 網(wǎng)絡層 也叫 IP層， 它的主要功能是完成設備之間的相互通信 。 傳輸層 傳輸層協(xié)議 起到協(xié)調(diào)工作于各平臺的應用程序之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔谩?該層的 主要任務是： (1) 將 數(shù)據(jù)信息 處理成統(tǒng)一的格式 ； (2) 進行接收確認和丟失判斷 。其 具體協(xié)議有兩種 ：傳輸控制協(xié)議 TCP 和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 UDP 。 應用層 應用層一般是指用戶操作界面，它是 一組面向用戶的應用程序，比如說常用的聊天軟件就是一個應用程序 。 其 常用協(xié)議有 FTP、 TELNET、 DNS 等。 TCP/IP 協(xié)議棧的精簡 對于 嵌入式系 統(tǒng) 來說， 操作方式簡單快捷、安全可靠性高、數(shù)據(jù)傳輸量小等特點是其在應用市場中相對于其他控制系統(tǒng)來說所具有的巨 大優(yōu)勢。 TCP/IP 協(xié)議 是一種通用協(xié)議，因此它也帶著某些設計中用不到的多余協(xié)議，考慮到系統(tǒng)的資源限制，一個恰當?shù)膮f(xié)議比一個全能的協(xié)議更加實用。因此，我們有必要對這個通用協(xié)議進行精簡，將不必要的部分刪除，保留其最核心的，需要用到的功能即可。 本文 對 TCP/IP 協(xié)議棧 進行了 精簡 之后，只保留了對本設計起著重要作用的 PPP， IP，和 TCP 協(xié) 議 三部分 ，其結構如表 42 所示。 以 下 是 對 精簡 TCP/IP 協(xié)議棧內(nèi)容 進行詳細的介紹 ： PPP 協(xié)議是 GPRS 模塊連接網(wǎng)絡的門戶，用以實現(xiàn)與運營商之間的 LCP 協(xié)商、PAP/CHAP 身份認證以及 IPCP 協(xié)商過程。 [35]。 IP 協(xié)議是整個協(xié)議棧的核心協(xié)議， 用以 實現(xiàn)異構網(wǎng)絡之間的 相互 通信。 傳輸層選用面向連接的 TCP 協(xié)議 ，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠 。 表 42 精簡 TCP/IP 協(xié)議體系 參考模型 精簡協(xié)議體系結構 傳輸層 TCP 互聯(lián)網(wǎng)層 IP 網(wǎng)絡接口層 PPP 第四章 無線通信的實現(xiàn) 19 GPRS 技術的應用 GPRS 網(wǎng)絡技術簡介 GPRS（ General Packet Radio Service）即通用無線分組業(yè)務 [36]，是一項 較新的 無線高速數(shù)據(jù)通信 技術， 應用該技術， 用戶可以在 移動設備中 使用 網(wǎng)頁 瀏覽、 郵件 收發(fā)等數(shù)據(jù)業(yè)務， 并且， 多個用戶 可以在同一時間內(nèi) 使用 同一數(shù)據(jù)資源 ， 因此， 資源利用率 相對來說提高了很多 。 通用無線分組業(yè)務 的主要特點 有 [37]： 聯(lián)網(wǎng)迅速。 GPRS 用戶 只要一 開機，就附著在 了 GPRS 網(wǎng)絡上，每次使用時只需要激活之后等待幾秒后就能登錄互聯(lián)網(wǎng)。 傳輸速度較快。 GPRS 技術采用了數(shù)據(jù)分組交 換技術，網(wǎng)絡傳輸速率可達到56Kbps114Kbps， 數(shù)據(jù)封裝在每個分組網(wǎng)上發(fā)送，發(fā)送之后，不需要此容量的時候就將數(shù)據(jù)釋放，提供了及時連接和高速接入。 永遠在線。只要用戶的 GPRS 手機處于開機狀態(tài)，就一直與 GPRS 網(wǎng)絡保持聯(lián)通，由此能夠保證永遠在線。 接入范圍廣。 全國各城鎮(zhèn)幾乎都有 GPRS 網(wǎng)絡覆蓋。 按流量計費。用戶只用在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用無線資源 。 AT 指令簡介 AT 指令 [38]是指由數(shù)據(jù)終端設備 (Data Terminal Equipment, DTE)或者終端設備(Terminal Equipment, TE)向數(shù)據(jù)電路終端設備 (Data Circuit Terminal Equipment, DCTE)或終端適配器 (Terminal Adapter, TA)發(fā)送的，用于實現(xiàn)控制移動臺 (Mobile Station)功能的，以實現(xiàn)其與 GSM 網(wǎng)絡業(yè)務進行交互的操作指令。 最原始的一套用于 GSM 業(yè)務的 AT 指令是由 諾基亞、摩托羅拉、惠普和愛立信等幾大主要的移動電話生產(chǎn)廠商共同研制 開發(fā)的 ，之后 逐漸形成 標準以及在此 基礎上改進 的 標準。如今， AT 指令已經(jīng)在 手機通訊領域中發(fā)揮了 不可替代的重要 作用， 其支持的服務類型 包括呼叫服務、短消息服務、傳真服務和 GPRS 等。 以“ AT”或“ at”做為前綴是 AT 指令集的指令格式幀的一個特點 ，由于 AT 指令 目前 已經(jīng)形成一套 行業(yè) 標準，因此它的指令格式 基本 都是固定的，當 DCTE 收到并完成指令執(zhí)行后，會向 DTE 發(fā)送相應的結果代碼，用來提示指令執(zhí)行情況。本文介紹一些常用的AT 指令如表 43 所示。其中測試命令用來檢測某項設置的當前狀態(tài)，而寫命令則是改變該項設置。對于本文中用到的指令，后文還將詳細敘述。 第四章 無線通信的實現(xiàn) 20 表 43 常用 AT 指令的 格式和命令含義 指令格式 命令含義 AT+CMGF 設定短消息格式，文本格式或 PDU 格式 測試命令： AT+CMGF=? 響應： +CMGF：（ 0， 1） OK 其中 0=PDU（缺?。?1=文本格式（ text mode） 寫命令： AT+CMGF=1 設置短信的收發(fā)格式為文本格式。 AT+CSCA 短消息服務中心號碼 測試命令： AT+CSCA=? 響應： OK 讀命令： AT+CSCA? 響應： +CSCA:sca，其中 sca 為短信服務中心號 寫命令： AT+CSCA=sca Sca 表示短信服務中 心號碼。 AT+CMGS 向手機發(fā)送一條短消息 測試命令： AT+CMGS=? 響應： OK 寫命令 AT+CMGS=telCR 響應： 其中 “ tel” 為目的號碼 輸入文本 ctrlZ/ESC 響應： +CMGS:mr OK，表明發(fā)送成功。其中 mr為短信的編號 響應： +CMGS: ERROR，表明發(fā)送失敗 AT+CNMI 新消息提醒 AT+CMGL 短消息列表 測試命令： AT+CMGL=? 響應： +CMGL:（ list of supported stat s） 寫命令： AT+CMGL=stat stat含義： 0 獲得收到的未讀信息； 1 收到的并已讀的信息； 2 儲存的未發(fā)送的信息； 3 儲存的已發(fā)送的信息； 4 表示所有的 AT+CMGR 讀取短消息 測試命令： AT+CMGR=? 響應： OK 寫命令：AT+CMGR=index Index 表示短消息在手機內(nèi)存中的索引號。 AT+CMGD 從手機中刪除一條短消息 測試命令： AT+CMGD=？ 響應： OK 寫命令 : AT+CMGD=index Index 為短信在內(nèi)存中的索引 第四章 無線通信的實現(xiàn) 21 GPRS 模塊串口通信的實現(xiàn) GTM900C 模塊的通信電平為 ，而 51 單片機的電平為 5V， 無法直接使用某一種電平進行數(shù)據(jù)通信， 所以需要通過串口 轉化 完成 GPRS 模塊與 控制器 之間的通信， 通過這種方式來完成短消息收發(fā) ， GPRS 數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ?[39]。系統(tǒng)使用的串口是 RS232 接口。 從電氣特性上看來， RS232 標準采用的是負邏輯方式， .即邏輯 1 對應 15~5V，而邏輯 0 反倒對應 5V~15V。 因此， 在與 RS232 接口進行通信時，必須首先經(jīng)過 RS232 電平轉換， 其接口電路如圖 41 所 示。 圖 41 RS232 電平轉換接口電