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摘要：针对公交客流数据依靠人工采集，数据传输非实时性的现状，介绍了基于GPRS远程传输，红外感应采集和压力感应采集的客流数据采集系统，阐述了以ARM Cortex-M3为内核的微处理器(LPC1768)为主控制器的硬件设计方案，实现了利用GPRS远程通信的方式将采集的公交客流数据及时、准确地传输至处理终端，从而为公共交通的实时调度提供可靠的依据。
关键词：通用分组无线业务(GPRS) 数据采集 微处理器(LPC1768)
0 引言
随着社会的飞速发展，作为城市基本交通工具的公共交通显得日益重要，如何实现市民便利和公司利益双赢，是每个公交公司和市民都普遍关注的问题。根据人工采集的客流数据和以往经验进行车辆调度，显然不能满足这种实时，快速，准确的调度要求，随着GPRS技术，嵌入式系统技术，网络通信技术的成熟应用，利用GPRS通信技术的实时在线，平均费用低，远程传输，网络覆盖面广等特点，将采集的客流数据实时、准确地传输给终端处理中心，从而为根据客流数据进行车辆的调度即公交实时调度提供可靠的依据。
通用分组无线业务（GPRS General Packet Radio Service）是第二代移动通信向第三代移动通信的过度技术，采用了众多协议类型和接口方式，如帧中继协议、IP协议以及Um接口、Gn接口、Gb接口等，并引入了其它分组支持单元(如GGSN、DNS等)，将电路交换和数据交换结合起来，实现系统资源的有效利用，拓展系统功能和业务，具有永远在线、高速传输、按流量计费、自如切换等特点。
1 系统硬件设计
本系统采用NXP公司的以ARM Cortex-M3为内核LPC1768系列微处理器为主控单元，扩展了64MB NAND Flash，用于存放启动代码和分析客流有效数据的算法。客流数据采集单元采用红外对射管，压力感应两种方式采集。GPRS传输单元采用SIM900B模块，通过UART口与主控器相连接。数据采集部分与LPC1768的A/D接口相连接。系统总体结构如图1所示
1.1 主控MCU单元 LPC1768是一款基于ARM Cortex-M3 内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，其带有Thumb指令扩展，工作频率最高达到72MHz，并包含了10/100 Ethernet MAC、4个UART、10位D/A和A/D转换器等。10bit的逐次逼近式A/D转换器最快转换速度为2.44us/次，且使用内部的转换器编程简单。512kB片内Flash存储系统可实现在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)。考虑到客流采集系统的工作环境，本身系统的复杂度和以后系统的升级，以ARM Cortex-M3为内核的LPC1768丰富的外设接口比单片机能更好地满足系统的需求和扩展。
1.2 GPRS传输单元 GPRS传输单元是整个通信系统的基础，主要完成客流数据的接收和发送，音频通讯等功能。功能模块包括串行接口，GPRS模块(SIM900B)，电源接口，音频接口，SIM卡接口。单元框图如图2所示：
此单元主要完成数据传输和音频通信的功能。本系统选用的是SIMCOM公司SIM900B模块，SIM900B可以工作在四个频段的GSM/GPRS设备，提供10级多时隙和4级编码能力，两个串口，两路语音通道包括两路麦克和话筒的输入和输出。
SIM900B提供全串口和三线制串口的工作模式，使用三线制串口工作模式时将CTS和RTS直接相连，实现数据的发送与接收。
对于音频通讯部分，由于模块在透明传输模式下串口不能显示到电话和信息接入，为了方便终端与现场之间的联系，利用一个MCU的GPIO引脚检测模块的RI引脚，当有电话和信息接入时RI引脚会产生一个大约50ms的低脉冲，此时可以通过MCU发送AT命令使模块退出透明传输模式从而进行音频通讯。
1.3 电源单元 电源模块包括主控器单元和GPRS单元的供电，由于主控器的供电电压为3.3V，故采用电源电压调节器LM1117，它能输出3.3V电压及800mA电流，且误差在1%以内。SIM900B的VBAT电源管脚电压范围3.4~4.5V，模块在发送数据时电流消耗较大，峰值电流可能达到2A，所以电源一定要能够提供2A以上的稳定电流，电源电压调节芯片LM2596是降压型电源管理单片集成电路，可以提供3A的驱动电流，有很好的线性和负载调节特性，在一定范围内可以根据系统要求调节输出电压，且其通用性较强，方便以后的维护。理想的电源设计是整个模块能够稳定可靠运行的第一基础，一旦电源不稳定或者提供的电流较小，会造成模块的网络掉线，自动关机。本系统利用一个MCU的GPIO引脚与两个不同晶体管形成一个控制开关对GPRS模块的上/断电进行控制，同时也可以在不掉电的情况下通过对VDD_EXT引脚的检测，利用模块PWRKEY引脚低电平复位的功能进行模块的重启，提供了在公交环境中发生死机时保证模块能够恢复工作。
1.4 数据采集单元 根据公交车辆所处的环境复杂和人数众多等因素，在数据采集部分采用红外对射管和压力感应的方式进行客流数据采集，然后根据采集方式的不同特点分析出客流的约值。考虑到数据的采集主要集中在公交车的车门进行，单向或双向通过的人数不会大于二人，所以采用两组红外对射管，安装高度大约在人体的腰部。压力采集时通过安装在车门台阶下面的压力感应器未采集压力数据。由于数据采集单元采集的模拟信号，所以将其连接至主控微处理器的A/D端口，分析原始采集的数据后得到有效的传输数据，然后经过串口与GPRS单元进行数据的发送。单元框图如图3所示：
2 软件设计
2.1 数据采集部分 数据采集部分包括两种采集方式：红外对射管采集和压力感应器采集。红外采集包括发射端和接收端，由发射端发射红外线，当红外线被遮挡时，产生信号1，否则信号为0。对比固定的时间间隔采样和只当数据发生变化时采样这两种获取数据的方式，为了减少数据的冗余，避免重复的数据，我们采取数据变化时采样的方式，即只当状态0变化为状态1，或状态1变化为状态0时，进行数据保存。由于时间精确到10ms，小于光电传感器的响应时间30ms，保证了数据的可靠性。对于压力感应器采集，根据感应人体体重形成的压力变化，找出一个人和两个人体重压力变化的分界点，将其设置为区别一个人或两个人的临界值，从而得到两个不同的信号并将其保存。具体流程如图4所示。
2.2 数据发送部分 数据发送部分主要是利用GPRS模块的远程传输功能，将有效的客流数据通过GPRS网络发送至数据处理中心。模块的初始化是通过AT+IPR=9600；&W设置本地模块的波特率，SIM900B支持掉电保护，此命令只需设置一次即可。由于本系统需要的是模块的透明传输模式，所以用AT+CIPMODE=1设置成透明传输模式，此命令需在上电之后设置。然后AT+CGATT=1连接GPRS网络。AT+CIPCSGP=1，”CMNET”，AT+SIPSTART=”TCP”，””202.113.125.27”，8080用来激活移动服务场景并连接服务器，服务器的IP地址必须是公网的IP地址且开通GPRS数据服务功能。数据发送部分的流程如图5所示：
3 结语
本文通过两种客流数据采集方式，利用GPRS数据远程传输具有永远在线，切换自如，计费方式灵活，传输速率高等优点，将采集的客流数据通过GPRS网络连入互联网，在远端采集设备和终端处理中心之间提供了一条透明的传输通道，实现了客流数据的及时、准确地传输。
参考文献：
[1]Bud Bate R J.通用分组无线业务(GPRS)技术与应用[M].朱洪波，沈越泓，蔡越明，等，译.北京:人民邮电出版社，2004.
[2]侯婷，杨宏业，李俊芬，等，GPRS无线数据传输终端的设计和实现.微计算机信息，2006.
[3]桑楠.嵌入式系统原理及应用开发技术（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2008.
[4]蓝枫叶.嵌入式操作系统:设计与实现[M].北京：电子工业出版社，2008.
[5]葛纫秋，韩宇龙.嵌入式系统设计[M].北京：高等教育出版社，2008.
关键词：通用分组无线业务(GPRS) 数据采集 微处理器(LPC1768)
0 引言
随着社会的飞速发展，作为城市基本交通工具的公共交通显得日益重要，如何实现市民便利和公司利益双赢，是每个公交公司和市民都普遍关注的问题。根据人工采集的客流数据和以往经验进行车辆调度，显然不能满足这种实时，快速，准确的调度要求，随着GPRS技术，嵌入式系统技术，网络通信技术的成熟应用，利用GPRS通信技术的实时在线，平均费用低，远程传输，网络覆盖面广等特点，将采集的客流数据实时、准确地传输给终端处理中心，从而为根据客流数据进行车辆的调度即公交实时调度提供可靠的依据。
通用分组无线业务（GPRS General Packet Radio Service）是第二代移动通信向第三代移动通信的过度技术，采用了众多协议类型和接口方式，如帧中继协议、IP协议以及Um接口、Gn接口、Gb接口等，并引入了其它分组支持单元(如GGSN、DNS等)，将电路交换和数据交换结合起来，实现系统资源的有效利用，拓展系统功能和业务，具有永远在线、高速传输、按流量计费、自如切换等特点。
1 系统硬件设计
本系统采用NXP公司的以ARM Cortex-M3为内核LPC1768系列微处理器为主控单元，扩展了64MB NAND Flash，用于存放启动代码和分析客流有效数据的算法。客流数据采集单元采用红外对射管，压力感应两种方式采集。GPRS传输单元采用SIM900B模块，通过UART口与主控器相连接。数据采集部分与LPC1768的A/D接口相连接。系统总体结构如图1所示
1.1 主控MCU单元 LPC1768是一款基于ARM Cortex-M3 内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，其带有Thumb指令扩展，工作频率最高达到72MHz，并包含了10/100 Ethernet MAC、4个UART、10位D/A和A/D转换器等。10bit的逐次逼近式A/D转换器最快转换速度为2.44us/次，且使用内部的转换器编程简单。512kB片内Flash存储系统可实现在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)。考虑到客流采集系统的工作环境，本身系统的复杂度和以后系统的升级，以ARM Cortex-M3为内核的LPC1768丰富的外设接口比单片机能更好地满足系统的需求和扩展。
1.2 GPRS传输单元 GPRS传输单元是整个通信系统的基础，主要完成客流数据的接收和发送，音频通讯等功能。功能模块包括串行接口，GPRS模块(SIM900B)，电源接口，音频接口，SIM卡接口。单元框图如图2所示：
此单元主要完成数据传输和音频通信的功能。本系统选用的是SIMCOM公司SIM900B模块，SIM900B可以工作在四个频段的GSM/GPRS设备，提供10级多时隙和4级编码能力，两个串口，两路语音通道包括两路麦克和话筒的输入和输出。
SIM900B提供全串口和三线制串口的工作模式，使用三线制串口工作模式时将CTS和RTS直接相连，实现数据的发送与接收。
对于音频通讯部分，由于模块在透明传输模式下串口不能显示到电话和信息接入，为了方便终端与现场之间的联系，利用一个MCU的GPIO引脚检测模块的RI引脚，当有电话和信息接入时RI引脚会产生一个大约50ms的低脉冲，此时可以通过MCU发送AT命令使模块退出透明传输模式从而进行音频通讯。
1.3 电源单元 电源模块包括主控器单元和GPRS单元的供电，由于主控器的供电电压为3.3V，故采用电源电压调节器LM1117，它能输出3.3V电压及800mA电流，且误差在1%以内。SIM900B的VBAT电源管脚电压范围3.4~4.5V，模块在发送数据时电流消耗较大，峰值电流可能达到2A，所以电源一定要能够提供2A以上的稳定电流，电源电压调节芯片LM2596是降压型电源管理单片集成电路，可以提供3A的驱动电流，有很好的线性和负载调节特性，在一定范围内可以根据系统要求调节输出电压，且其通用性较强，方便以后的维护。理想的电源设计是整个模块能够稳定可靠运行的第一基础，一旦电源不稳定或者提供的电流较小，会造成模块的网络掉线，自动关机。本系统利用一个MCU的GPIO引脚与两个不同晶体管形成一个控制开关对GPRS模块的上/断电进行控制，同时也可以在不掉电的情况下通过对VDD_EXT引脚的检测，利用模块PWRKEY引脚低电平复位的功能进行模块的重启，提供了在公交环境中发生死机时保证模块能够恢复工作。
1.4 数据采集单元 根据公交车辆所处的环境复杂和人数众多等因素，在数据采集部分采用红外对射管和压力感应的方式进行客流数据采集，然后根据采集方式的不同特点分析出客流的约值。考虑到数据的采集主要集中在公交车的车门进行，单向或双向通过的人数不会大于二人，所以采用两组红外对射管，安装高度大约在人体的腰部。压力采集时通过安装在车门台阶下面的压力感应器未采集压力数据。由于数据采集单元采集的模拟信号，所以将其连接至主控微处理器的A/D端口，分析原始采集的数据后得到有效的传输数据，然后经过串口与GPRS单元进行数据的发送。单元框图如图3所示：
2 软件设计
2.1 数据采集部分 数据采集部分包括两种采集方式：红外对射管采集和压力感应器采集。红外采集包括发射端和接收端，由发射端发射红外线，当红外线被遮挡时，产生信号1，否则信号为0。对比固定的时间间隔采样和只当数据发生变化时采样这两种获取数据的方式，为了减少数据的冗余，避免重复的数据，我们采取数据变化时采样的方式，即只当状态0变化为状态1，或状态1变化为状态0时，进行数据保存。由于时间精确到10ms，小于光电传感器的响应时间30ms，保证了数据的可靠性。对于压力感应器采集，根据感应人体体重形成的压力变化，找出一个人和两个人体重压力变化的分界点，将其设置为区别一个人或两个人的临界值，从而得到两个不同的信号并将其保存。具体流程如图4所示。
2.2 数据发送部分 数据发送部分主要是利用GPRS模块的远程传输功能，将有效的客流数据通过GPRS网络发送至数据处理中心。模块的初始化是通过AT+IPR=9600；&W设置本地模块的波特率，SIM900B支持掉电保护，此命令只需设置一次即可。由于本系统需要的是模块的透明传输模式，所以用AT+CIPMODE=1设置成透明传输模式，此命令需在上电之后设置。然后AT+CGATT=1连接GPRS网络。AT+CIPCSGP=1，”CMNET”，AT+SIPSTART=”TCP”，””202.113.125.27”，8080用来激活移动服务场景并连接服务器，服务器的IP地址必须是公网的IP地址且开通GPRS数据服务功能。数据发送部分的流程如图5所示：
3 结语
本文通过两种客流数据采集方式，利用GPRS数据远程传输具有永远在线，切换自如，计费方式灵活，传输速率高等优点，将采集的客流数据通过GPRS网络连入互联网，在远端采集设备和终端处理中心之间提供了一条透明的传输通道，实现了客流数据的及时、准确地传输。
参考文献：
[1]Bud Bate R J.通用分组无线业务(GPRS)技术与应用[M].朱洪波，沈越泓，蔡越明，等，译.北京:人民邮电出版社，2004.
[2]侯婷，杨宏业，李俊芬，等，GPRS无线数据传输终端的设计和实现.微计算机信息，2006.
[3]桑楠.嵌入式系统原理及应用开发技术（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2008.
[4]蓝枫叶.嵌入式操作系统:设计与实现[M].北京：电子工业出版社，2008.
[5]葛纫秋，韩宇龙.嵌入式系统设计[M].北京：高等教育出版社，2008.