CHENG Quan, FAN Yu

1 概述

高速公路是20世紀(jì)30年代在西方國(guó)家開始出現(xiàn)的為汽車運(yùn)輸提供特別服務(wù)的交通基礎(chǔ)設(shè)施，是國(guó)家的重要資源，對(duì)于促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、提高人民生活質(zhì)量、維護(hù)國(guó)家安全等都具有重要價(jià)值。高速公路的發(fā)展不僅是經(jīng)濟(jì)的需要，也是人類文明和現(xiàn)代生活的組成部分。高速公路的正常運(yùn)行是高速公路發(fā)揮作用的首要條件，但是由于天氣原因引起的大雨、大霧等使道路能見度降低的情況嚴(yán)重影響著高速公路的正常運(yùn)行。因此高速公路能見度檢測(cè)及信息報(bào)告是高速公路信息的重要組成部分和發(fā)展的必然方向。

2 能見度介紹

大氣能見度(Visibility)是反映大氣透明度的一個(gè)指標(biāo)，一般定義為具有正常視力的人在當(dāng)時(shí)的天氣條件下還能夠看清楚目標(biāo)輪廓的最大地面水平距離。影響能見度的因子主要有大氣透明度、燈光強(qiáng)度和視覺感閾。大氣能見度和當(dāng)時(shí)的天氣情況密切相關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過程時(shí)，大氣透明度較低，因此能見度較差。 測(cè)量大氣能見度一般可用目測(cè)的方法，也可以使用大氣透射儀、激光能見度自動(dòng)測(cè)量?jī)x等測(cè)量?jī)x器測(cè)量。激光能見度自動(dòng)測(cè)量?jī)x是通過激光測(cè)量大氣消光系數(shù)的方法來推算能見度，相對(duì)而言，較為客觀和準(zhǔn)確，該系統(tǒng)檢測(cè)端我們選用激光能見度測(cè)量?jī)x。

根據(jù)柯西密德（Koschmieder）定律，對(duì)以水平天空為背景的黑體目標(biāo)物，目標(biāo)物和背景視亮度對(duì)比可以表示為：

式中：ε-視覺對(duì)比閾值；

σ-大氣水平消光系數(shù)；

r-目標(biāo)物和觀測(cè)者之間的距離；

ν-能見度。

激光能見度測(cè)量?jī)x將檢測(cè)到的信號(hào)利用上式經(jīng)處理后送至控制器的數(shù)據(jù)采集板，經(jīng)單片機(jī)取樣和計(jì)算得到大氣能見度值，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心。

3 系統(tǒng)總體方案及構(gòu)成

GSM (Global system mobile) 全球數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)覆蓋最廣、系統(tǒng)可靠性最高、話機(jī)擁有量最大的數(shù)字移動(dòng)蜂窩通訊系統(tǒng)。當(dāng)前中國(guó)移動(dòng)GSM網(wǎng)是國(guó)內(nèi)第一大網(wǎng), 依托具有強(qiáng)大數(shù)字移動(dòng)蜂窩通信技術(shù)的GSM網(wǎng)作為能見度信息的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)可確保傳輸通道的可靠性。而短消息方式是GSM的一種便捷的數(shù)據(jù)通信方式。

系統(tǒng)主要構(gòu)成原理如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成原理框圖

射頻天線起到信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)功能,實(shí)現(xiàn)外部射頻信號(hào)與內(nèi)部基帶處理器之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換。GSM基帶處理器實(shí)現(xiàn)協(xié)議處理,用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送過來的AT指令。Flash卡用來暫存產(chǎn)生和接收的短信信息。Zip 插座為用戶應(yīng)用接口部分,有40個(gè)引腳, 8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS232信號(hào)接口引腳,實(shí)現(xiàn)與執(zhí)行前端單片機(jī)的通訊， 6個(gè)SIM卡連接引腳。

本文提出并設(shè)計(jì)了基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的高速公路能見度檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)通過GSM 模塊連接整個(gè)GSM 網(wǎng)絡(luò)，再通過GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞，整個(gè)系統(tǒng)具有高可靠性，高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。該系統(tǒng)主要有能見度檢測(cè)系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)和GSM模塊幾部分組成。能見度檢測(cè)系統(tǒng)把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī),單片機(jī)通過電路以19200b/s的速率和GSM網(wǎng)絡(luò)專用模塊TC35i相連接然后發(fā)送出去。單片機(jī)控制系統(tǒng)在上電后完成初始化即進(jìn)入待命狀態(tài), TC35i模塊處于發(fā)送狀態(tài)與控制中心之間建立通信協(xié)議；由于采集數(shù)據(jù)的執(zhí)行前端時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,在處理數(shù)據(jù)時(shí)不可能將每次檢測(cè)到的數(shù)據(jù)均以短消息的形式發(fā)送給主站設(shè)備,在檢測(cè)系統(tǒng)中利用單片機(jī)程序設(shè)定檢測(cè)信號(hào)的下限,當(dāng)信號(hào)引發(fā)下限時(shí),立即通知GSM引擎發(fā)送短信信息,然后將信息傳送給控制中心。

4 單片機(jī)與TC35i模塊接口設(shè)計(jì)

TC35i的數(shù)據(jù)通信接口為RS - 232串行接口,工作在CMOS電平(2.65 V) ,使用/TXD和/RXD兩個(gè)引腳與單片機(jī)通信,支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。 單片機(jī)可以通過正確的AT指令對(duì)TC35i模塊進(jìn)行初始化和短消息的接收發(fā)送控制。 對(duì)短消息的控制共有3種模式: Block模式、PDU模式和Text模式。 文本模式和PDU 模式實(shí)質(zhì)上是指短信息數(shù)據(jù)的編碼格式,編碼得到的字符串表面上由“0～9”、“A～F”這些字符組成。PDU 編碼得到的字符串不僅包含可顯示的短信息本身, 還包含很多其它信息。PDU模式可采用的編碼方式有三種: 7-bit編碼、8-bit編碼和UCS-2編碼。7-bit編碼只能發(fā)送ASCII字符,8-bit編碼通常用于傳送數(shù)據(jù)信息, UCS-2編碼用于發(fā)送Unicode字符。

GSM引擎模塊提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。GSM07.07中定義的AT Command接口，提供了一種移動(dòng)平臺(tái)與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口；GSM07.05對(duì)短消息作了詳細(xì)的規(guī)定。在短消息模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息時(shí)，能夠通過串口發(fā)送指示消息，數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以向GSM模塊發(fā)送各種命令。

在AT89C52單片機(jī)和GSM模塊的連接過程中首先要對(duì)GSM模塊的通信速率和工作模式進(jìn)行設(shè)定程序如下：

START：CLR P1.0; /IGT=0

LCALL DL100MS ; 延時(shí)100毫秒

SETB P1.0; /IGT=1; 啟動(dòng)TC35i模塊

MOV PCON, #80H;

MOV TH1, #0FBH; 18.432MHZ晶振;時(shí)，設(shè)置串口為19200波特率

MOV TL1, #0FBH

MOV SCON,#50H; 串口8位無校驗(yàn)

SETB TR1

RET

設(shè)置TC35i模塊為PDU工作模式

CMGF：MOV 40H, #41H ; A

MOV 41H, #54H ; T

MOV 42H, #2BH ; +

MOV 43H, #43H ; C

MOV 44H, #4DH ; M

MOV 45H, #47H ; G

MOV 46H, #46H ; F

MOV 47H, #3DH ; =

MOV 48H, #30H ; 0

MOV 49H, #0DH ; CR

MOV R2, #0AH ;發(fā)送10個(gè)字符

MOV R0, #40H

CMGF1：MOV A, @R0

MOV SBUF, A

JNB TI, $

CLR TI

INC R0

DJNZ R2, CMGF1

RET

該程序經(jīng)實(shí)際應(yīng)用在GSM模塊與AT89C52單片機(jī)進(jìn)行通信過程中性能良好沒有出現(xiàn)過數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。TC35i的接口電平一般是3V左右，單片機(jī)系統(tǒng)的工作電壓一般為2.7～5.5V，范圍較寬，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_，需在接口加電平限制電路；在調(diào)試過程中系統(tǒng)不能接收已正確發(fā)送的短消息主要是由于PDU中PID字節(jié)的設(shè)置，使得收到的信息要存入SIM卡而SIM卡已滿，故不再接收信息，改變PID的設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。

5 結(jié)論

將GSM通訊引入高速公路監(jiān)測(cè)領(lǐng)域采用無線方式傳輸無需架線，投資少，施工快、維護(hù)量??；數(shù)據(jù)傳送準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)；易于同監(jiān)控單元集成構(gòu)成監(jiān)測(cè)終端，非常適合對(duì)高速公路能見度的監(jiān)測(cè)要求。

[1] 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999,172-191.

[2] 李朝青.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.

[3] 李建華.RS-232和調(diào)制解調(diào)器高級(jí)通信編成[M].北京:人民郵電出版社,2001.

[4] 《GSM AT 命令手冊(cè)》 http://www.cnaye.com