嵌入式MODEM在鐵路雨量監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

引言
鐵路部門的雨量監(jiān)測是有關鐵路安全的一個重要環(huán)節(jié)。由雨量過多引起的洪水會影響鐵路路基，引發(fā)列車交通事故。因此，為了確保交通命脈的安全，應及時將鐵路沿線的雨量反饋至鐵路管理部門。過去雨量監(jiān)測是由各站點人工抄記雨量監(jiān)測儀表數(shù)據(jù)，再匯總鐵路管理部門。顯然信息傳送不及時，且存在人為因素，備案困難。 微型計算機的發(fā)展和計算機通信技術的提高，使得各種信息采集的自動化、實時性變?yōu)榭赡堋Ｗ髡叱晒Φ剡\用微型計算機和單片機組成主從式微機網(wǎng)絡，將鐵路雨量監(jiān)測構成一個分布式雨量監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)將單片機雨量監(jiān)測儀采集的數(shù)據(jù)，自動地由MODEM匯集到系統(tǒng)主計算機，從而使幾百公里長的遠程通信既經(jīng)濟又可靠，大大提高了鐵路部門抗災的能力。檢測儀使用的MODEM為帆升電子通信廠的嵌入式MODEMMD-24(Z)A.PC機端使用的是實達捷豹2外置MODEM。

一、系統(tǒng)結構設計
雨量監(jiān)測系統(tǒng)是由微型計算機和單片機組成的主從式微機網(wǎng)絡。以單片機為核心的雨量監(jiān)測儀分布在鐵路各站點。該儀器功能有采集雨量、存儲雨量信息、雨量報警、現(xiàn)場雨量曲線打印以及通信。管理部門以個人計算機為系統(tǒng)主機。雨量監(jiān)測系統(tǒng)結構如圖1所示。
從圖1中看出系統(tǒng)主機直接與單片機建立通信聯(lián)系。由于各站點遠離系統(tǒng)主機，在不附加外部連線等硬件設施基礎上，利用單片機加MODEM方式以及電話線實現(xiàn)單片機遠程。系統(tǒng)主機可對各站部的單片機雨量監(jiān)測儀進行各種設置及數(shù)據(jù)采集，單片機雨量監(jiān)測儀根據(jù)雨量情況也可自動向系統(tǒng)主機發(fā)送當前雨量數(shù)據(jù)，這樣就可做到及時提供現(xiàn)場的雨量情況。

二、單片機雨量監(jiān)測儀及其遠程通信
各站點的雨量監(jiān)測儀以8051系列單片機為CPU，輔以定制的液晶顯示器、SRAM、熱敏式繪圖儀、雨量傳感器等，其原理框圖如圖2所示。圖中W87E58是MCU，它兼容MCS-51單片機并具有32KB片內(nèi)EEPROM。
單片機遠程通信由ST16C450連接MODEM實現(xiàn)。ST16C450是一種通用異步接收發(fā)送器，內(nèi)部有10個寄存器，其中有MODEM控制寄存器和MODEM狀態(tài)寄存器。MCU通過這2個寄存器的操作實現(xiàn)對MODEM的控制并了解MODEM的工作狀態(tài)，從而順利進行數(shù)據(jù)通信。ST16C450進行通信前首先要對其進行初始化，即設置波特率、通信數(shù)據(jù)格式、是否使用中斷等。ST16C450初始化后可采用程序查詢或中斷方式進行通信。
MODEM的使用主要有以下4個操作：
①初始化MODEM；
②撥號；
③應答到來的呼叫；
④掛斷線路，使MODEM回到AT命令狀態(tài)。
MODEM的控制由Hayes AT命令集完成，程序可直接發(fā)送（以AT字符開始再加命令和參）數(shù)給MODEM。但是，AT命令無法完成系統(tǒng)間的文件傳送，發(fā)送或接收文件必須由通信軟件按預先規(guī)定的通信協(xié)議完成。
MODEM初始化命令串"AT&FS0=3"，"&F"重置MODEM，"S0=3"表示應答鈴響3次。雨量監(jiān)測儀MODEM初始化子程序如下：
MSTR：MOV R4，#0
MST0：MOV DPTR，#P3FE ；MODEM狀態(tài)寄存器地址
MST1：MOVX A，@DPTR
ANL A，#30H
CJNE A，#30H，MST1
MOV DPTR，#P3FD ；通信線狀態(tài)寄存器
MST2：MOVX A，@DPTR
JNB ACC.5，MST2
MOV DPTR，#MTAB
MOV A，R4
MOVC A，@A+DPTR
JZ MST3
MOV DPTR，#P3F3 ；數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器
MOVX @DPTR，A
INC R4
SJMP MST0
MST3：RET
MTAB：DB 41H，54H，26H，53H，30H，3DH，33H
DB 0DH，0 ；AT&FS0=3
子程序執(zhí)行后MODEM應答"OK"，表示初始化完成。
MODEM撥號命令串"ATDTxxxxx"，xxxxx是電話號碼；撥號成功時MODEM將應答以"CONNECT"字符開始的字符串。單片機與系統(tǒng)主機連接完成后，按通信協(xié)議所規(guī)定的數(shù)據(jù)串通信交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信結束后，程序發(fā)送掛斷線路命令串"+++ATH0"，MODEM自動斷線，從而完成1次通信。

三、系統(tǒng)主機與雨量監(jiān)測儀的通信
系統(tǒng)主機軟件用VB5.0編制，運行于Windows 95環(huán)境。整個軟件由通信、日報表、月報表、年報表、設定、曲線圖、報警等模塊組成，操作平臺如圖3所示。主機可與30個站點的雨量監(jiān)測儀連接。
程序中使用MSComm控件，通過向連接在串行口上的MODEM發(fā)送AT命令來控制。主機通信狀況分為2類：主動通信和被動通信。下面分別加以介紹。
1.主動通信
主機向站點雨量監(jiān)測儀傳送報警設定值及收集當天或前天的雨量數(shù)據(jù)時稱為主動通信。電話圖標表示各站點的雨量監(jiān)測儀，一旦被選中，程序就發(fā)出"ATDTxxxxx"撥號命令，雨量監(jiān)測儀MDOEM處于自動應答方式被連接。MODEM連接成功后，主機會收到"CONNECT 4800"信息，此時，主機就可以向站點發(fā)送命令和數(shù)據(jù)串。如果站點接收到正確數(shù)據(jù)，根據(jù)命令代碼（由通信協(xié)議規(guī)定）就可知道主機是要設定參數(shù)還是要收集當天或前天的雨量數(shù)據(jù)。若是收集雨量數(shù)據(jù)，站點雨量監(jiān)測儀將雨量數(shù)據(jù)傳送給主機；主機收到站點正確的雨量數(shù)據(jù)后，向MODEM發(fā)送"+++ATH0"離線掛機命令，結束本次通信。
主站發(fā)送的數(shù)據(jù)串里包括站點號、通信代碼、當前日期和時間、警戒值及校驗和等信息。用@K和@J作為開始和結束標志。
下面是主動通信的主要源程序：
Private Sub 主動通信（發(fā)送代碼）
Dim i,j,ss,FsStr,ret
設置充許通信False
For i=0 T0 29 '工區(qū)數(shù)
If工區(qū)選中（i）Then
顯示信息"撥號到"+工區(qū)名（i)+"..."
FsStr="ATDT"+電話號碼（i）+vbCr
'撥號的AT命令
ret=發(fā)送AT命令（FsStr,"CONNECT"，60000）
'發(fā)送撥號命令，限時60s
If ret="正常"Then
FsStr=Format(i,"00")+發(fā)送代碼
'發(fā)送字符串組合
FsStr=FsStr+Format(Now,"yymmddhhmmss")
FsStr=FsStr+設定值
FsStr=FsStr+計算累加和（FsStr）
FsStr="@K"+FsStr+"@J"
ret=發(fā)送AT命令（FsStr,"@J"，5000）
'發(fā)送數(shù)據(jù)，等待接收串結束符@J
If InStr(接收串，"@KCUO@J")Then
'收到下位機的返回是"錯"
顯示"返回有錯."信息處理
Else
處理接收串 '下位機接收正確
End If
顯示"掛機..."信息處理
ret=發(fā)送AT命令（"+++"，"OK"，3000）
'掛機，等待OK，限時3S
ret=發(fā)送AT命令（"ATH0"+vbCrLf，"OK"，3000）
End If
End If
Next i
End Sub
2.被動通信
當站點監(jiān)測到雨量超過警戒值時，就主動撥號給主機，對主機而言就是被動通信。平時主機MODEM也處于自動應答狀態(tài)，隨時可以接收站點呼叫。主機程序接收到正確數(shù)據(jù)串后，將數(shù)據(jù)記錄到相應文件中保存，點亮操作平臺上該站點的報警指示燈提醒用戶，同時向站點發(fā)送"接收正確"的信息。站點收到主機正確信息后向MODEM發(fā)送"+++ATH0"離線掛機命令，結束本次通信。站點發(fā)來的數(shù)據(jù)串里包括站點號、通信代碼、各種雨量數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)及校驗和等信息。用@K和@J作為開始和結束標志。
被動通信部分的主要源程序如下：
Private Sub MSComm1_OnComm()
Dim strSh,Shc
Shc=MSComm1.InBufferCount '取接收字符個數(shù)
If Shc>0 Then
strSh=MSComm1,Input '取本次接收串
接收串=接收串+strSh
If InStr(接收串，"RING")Then '若是電話鈴響
顯示"接收數(shù)據(jù)..."信息算是 '顯示接收數(shù)據(jù)信息
接收串=""
End If
If InStr(接收串，"@J")Then '收到接收串結束答@J
處理接收串 '處理接收串
End If
End If
End Sub

結束語
本系統(tǒng)已成功應用于鐵路部門。它具有實時性好、信息傳送距離遠、可靠性高、電路簡單、投資少等優(yōu)點。它可推廣用于其他需要信息采集及遠程通信的部門，如氣象部門溫度和風速收集、水文部門水位和雨量監(jiān)測；電力部門電網(wǎng)監(jiān)測等。