嵌入式MODEM在鐵路雨量監測係統中的應用
引言
鐵(tie)路(lu)部(bu)門(men)的(de)雨(yu)量(liang)監(jian)測(ce)是(shi)有(you)關(guan)鐵(tie)路(lu)安(an)全(quan)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)環(huan)節(jie)。由(you)雨(yu)量(liang)過(guo)多(duo)引(yin)起(qi)的(de)洪(hong)水(shui)會(hui)影(ying)響(xiang)鐵(tie)路(lu)路(lu)基(ji)，引(yin)發(fa)列(lie)車(che)交(jiao)通(tong)事(shi)故(gu)。因(yin)此(ci)，為(wei)了(le)確(que)保(bao)交(jiao)通(tong)命(ming)脈(mai)的(de)安(an)全(quan)，應(ying)及(ji)時(shi)將(jiang)鐵(tie)路(lu)沿(yan)線(xian)的(de)雨(yu)量(liang)反(fan)饋(kui)至(zhi)鐵(tie)路(lu)管(guan)理(li)部(bu)門(men)。過(guo)去(qu)雨(yu)量(liang)監(jian)測(ce)是(shi)由(you)各(ge)站(zhan)點(dian)人(ren)工(gong)抄(chao)記(ji)雨(yu)量(liang)監(jian)測(ce)儀(yi)表(biao)數(shu)據(ju)，再(zai)彙(hui)總(zong)鐵(tie)路(lu)管(guan)理(li)部(bu)門(men)。顯(xian)然(ran)信(xin)息(xi)傳(chuan)送(song)不(bu)及(ji)時(shi)，且(qie)存(cun)在(zai)人(ren)為(wei)因(yin)素(su)，備(bei)案(an)困(kun)難(nan)。 微型計算機的發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shi時shi性xing變bian為wei可ke能neng。作zuo者zhe成cheng功gong地di運yun用yong微wei型xing計ji算suan機ji和he單dan片pian機ji組zu成cheng主zhu從cong式shi微wei機ji網wang絡luo，將jiang鐵tie路lu雨yu量liang監jian測ce構gou成cheng一yi個ge分fen布bu式shi雨yu量liang監jian測ce係xi統tong。該gai係xi統tong將jiang單dan片pian機ji雨yu量liang監jian測ce儀yi采cai集ji的de數shu據ju，自zi動dong地di由youMODEM彙集到係統主計算機，從而使幾百公裏長的遠程通信既經濟又可靠，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、係統結構設計
雨(yu)量(liang)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)是(shi)由(you)微(wei)型(xing)計(ji)算(suan)機(ji)和(he)單(dan)片(pian)機(ji)組(zu)成(cheng)的(de)主(zhu)從(cong)式(shi)微(wei)機(ji)網(wang)絡(luo)。以(yi)單(dan)片(pian)機(ji)為(wei)核(he)心(xin)的(de)雨(yu)量(liang)監(jian)測(ce)儀(yi)分(fen)布(bu)在(zai)鐵(tie)路(lu)各(ge)站(zhan)點(dian)。該(gai)儀(yi)器(qi)功(gong)能(neng)有(you)采(cai)集(ji)雨(yu)量(liang)、存儲雨量信息、雨量報警、現場雨量曲線打印以及通信。管理部門以個人計算機為係統主機。雨量監測係統結構如圖1所示。
從圖1中看出係統主機直接與單片機建立通信聯係。由於各站點遠離係統主機，在不附加外部連線等硬件設施基礎上，利用單片機加MODEM方(fang)式(shi)以(yi)及(ji)電(dian)話(hua)線(xian)實(shi)現(xian)單(dan)片(pian)機(ji)遠(yuan)程(cheng)。係(xi)統(tong)主(zhu)機(ji)可(ke)對(dui)各(ge)站(zhan)部(bu)的(de)單(dan)片(pian)機(ji)雨(yu)量(liang)監(jian)測(ce)儀(yi)進(jin)行(xing)各(ge)種(zhong)設(she)置(zhi)及(ji)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)，單(dan)片(pian)機(ji)雨(yu)量(liang)監(jian)測(ce)儀(yi)根(gen)據(ju)雨(yu)量(liang)情(qing)況(kuang)也(ye)可(ke)自(zi)動(dong)向(xiang)係(xi)統(tong)主(zhu)機(ji)發(fa)送(song)當(dang)前(qian)雨(yu)量(liang)數(shu)據(ju)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)做(zuo)到(dao)及(ji)時(shi)提(ti)供(gong)現(xian)場(chang)的(de)雨(yu)量(liang)情(qing)況(kuang)。
二、單片機雨量監測儀及其遠程通信
各站點的雨量監測儀以8051係列單片機為CPU，輔以定製的液晶顯示器、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單片機並具有32KB片內EEPROM。
單片機遠程通信由ST16C450連接MODEM實現。ST16C450是一種通用異步接收發送器，內部有10個寄存器，其中有MODEM控製寄存器和MODEM狀態寄存器。MCU通過這2個寄存器的操作實現對MODEM的控製並了解MODEM的工作狀態，從而順利進行數據通信。ST16C450進行通信前首先要對其進行初始化，即設置波特率、通信數據格式、是否使用中斷等。ST16C450初始化後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。
MODEM的控製由Hayes AT命令集完成，程序可直接發送（以AT字符開始再加命令和參）數給MODEM。但是，AT命令無法完成係統間的文件傳送，發送或接收文件必須由通信軟件按預先規定的通信協議完成。
MODEM初始化命令串"AT&FS0=3"，"&F"重置MODEM，"S0=3"表示應答鈴響3次。雨量監測儀MODEM初始化子程序如下：
MSTR：MOV R4，#0
MST0：MOV DPTR，#P3FE ；MODEM狀態寄存器地址
MST1：MOVX A，@DPTR
ANL A，#30H
CJNE A，#30H，MST1
MOV DPTR，#P3FD ；通信線狀態寄存器
MST2：MOVX A，@DPTR
JNB ACC.5，MST2
MOV DPTR，#MTAB
MOV A，R4
MOVC A，@A+DPTR
JZ MST3
MOV DPTR，#P3F3 ；數據發送保持寄存器
MOVX @DPTR，A
INC R4
SJMP MST0
MST3：RET
MTAB：DB 41H，54H，26H，53H，30H，3DH，33H
DB 0DH，0 ；AT&FS0=3
子程序執行後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zi符fu開kai始shi的de字zi符fu串chuan。單dan片pian機ji與yu係xi統tong主zhu機ji連lian接jie完wan成cheng後hou，按an通tong信xin協xie議yi所suo規gui定ding的de數shu據ju串chuan通tong信xin交jiao換huan數shu據ju。數shu據ju通tong信xin結jie束shu後hou，程cheng序xu發fa送song掛gua斷duan線xian路lu命ming令ling串chuan"+++ATH0"，MODEM自動斷線，從而完成1次通信。
三、係統主機與雨量監測儀的通信
係統主機軟件用VB5.0編製，運行於Windows 95環境。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，操作平台如圖3所示。主機可與30個站點的雨量監測儀連接。
程序中使用MSComm控件，通過向連接在串行口上的MODEM發送AT命令來控製。主機通信狀況分為2類：主動通信和被動通信。下麵分別加以介紹。
1.主動通信
主zhu機ji向xiang站zhan點dian雨yu量liang監jian測ce儀yi傳chuan送song報bao警jing設she定ding值zhi及ji收shou集ji當dang天tian或huo前qian天tian的de雨yu量liang數shu據ju時shi稱cheng為wei主zhu動dong通tong信xin。電dian話hua圖tu標biao表biao示shi各ge站zhan點dian的de雨yu量liang監jian測ce儀yi，一yi旦dan被bei選xuan中zhong，程cheng序xu就jiu發fa出chu"ATDTxxxxx"撥號命令，雨量監測儀MDOEM處於自動應答方式被連接。MODEM連接成功後，主機會收到"CONNECT 4800"信息，此時，主機就可以向站點發送命令和數據串。如果站點接收到正確數據，根據命令代碼（由通信協議規定）就可知道主機是要設定參數還是要收集當天或前天的雨量數據。若是收集雨量數據，站點雨量監測儀將雨量數據傳送給主機；主機收到站點正確的雨量數據後，向MODEM發送"+++ATH0"離線掛機命令，結束本次通信。
主站發送的數據串裏包括站點號、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作為開始和結束標誌。
下麵是主動通信的主要源程序：
Private Sub 主動通信（發送代碼）
Dim i,j,ss,FsStr,ret
設置充許通信False
For i=0 T0 29 '工區數
If工區選中（i）Then
顯示信息"撥號到"+工區名（i)+"..."
FsStr="ATDT"+電話號碼（i）+vbCr
'撥號的AT命令
ret=發送AT命令（FsStr,"CONNECT"，60000）
'發送撥號命令，限時60s
If ret="正常"Then
FsStr=Format(i,"00")+發送代碼
'發送字符串組合
FsStr=FsStr+Format(Now,"yymmddhhmmss")
FsStr=FsStr+設定值
FsStr=FsStr+計算累加和（FsStr）
FsStr="@K"+FsStr+"@J"
ret=發送AT命令（FsStr,"@J"，5000）
'發送數據，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=發送AT命令（"+++"，"OK"，3000）
'掛機，等待OK，限時3S
ret=發送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MODEMyechuyuzidongyingdazhuangtai，suishikeyijieshouzhandianhujiao。zhujichengxujieshoudaozhengqueshujuchuanhou，jiangshujujiludaoxiangyingwenjianzhongbaocun，dianliangcaozuopingtaishanggaizhandiandebaojingzhishidengtixingyonghu，tongshixiangzhandianfasong"接收正確"的信息。站點收到主機正確信息後向MODEM發送"+++ATH0"離線掛機命令，結束本次通信。站點發來的數據串裏包括站點號、通信代碼、各種雨量數據、報警數據及校驗和等信息。用@K和@J作為開始和結束標誌。
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
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"接收數據..."信息算是 '顯示接收數據信息
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
本係統已成功應用於鐵路部門。它具有實時性好、信息傳送距離遠、可靠性高、電路簡單、投資少等優點。它可推廣用於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測；電力部門電網監測等。
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