鐵路雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程通信

關(guān)鍵詞：單片機(jī) MODEM 遠(yuǎn)程通信 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) VB

引言

鐵路部門的雨量監(jiān)測(cè)是有關(guān)鐵路安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由雨量過(guò)多引起的洪水會(huì)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(yīng)及時(shí)將鐵路沿線的雨量反饋至鐵路管理部門。過(guò)去雨量監(jiān)測(cè)是由各站點(diǎn)人工抄記雨量監(jiān)測(cè)儀表數(shù)據(jù)，再匯總鐵路管理部門。顯然信息傳送不及時(shí)，且存在人為因素，備案困難。

微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的提高，使得各種信息采集的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性變?yōu)榭赡堋Ｗ髡叱晒Φ剡\(yùn)用微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成主從式微機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將鐵路雨量監(jiān)測(cè)構(gòu)成一個(gè)分布式雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將單片機(jī)雨量監(jiān)測(cè)儀采集的數(shù)據(jù)，自動(dòng)地由MODEM匯集到系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)，從而使幾百公里長(zhǎng)的遠(yuǎn)程通信既經(jīng)濟(jì)又可靠，大大提高了鐵路部門抗災(zāi)的能力。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成的主從式微機(jī)網(wǎng)絡(luò)。以單片機(jī)為核心的雨量監(jiān)測(cè)儀分布在鐵路各站點(diǎn)。該儀器功能有采集雨量、存儲(chǔ)雨量信息、雨量報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)雨量曲線打印以及通信。管理部門以個(gè)人計(jì)算機(jī)為系統(tǒng)主機(jī)。雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1中看出系統(tǒng)主機(jī)直接與單片機(jī)建立通信聯(lián)系。由于各站點(diǎn)遠(yuǎn)離系統(tǒng)主機(jī)，在不附加外部連線等硬件設(shè)施基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)加MODEM方式以及電話線實(shí)現(xiàn)單片機(jī)遠(yuǎn)程。系統(tǒng)主機(jī)可對(duì)各站部的單片機(jī)雨量監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行各種設(shè)置及數(shù)據(jù)采集，單片機(jī)雨量監(jiān)測(cè)儀根據(jù)雨量情況也可自動(dòng)向系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送當(dāng)前雨量數(shù)據(jù)，這樣就可做到及時(shí)提供現(xiàn)場(chǎng)的雨量情況。

二、單片機(jī)雨量監(jiān)測(cè)儀及其遠(yuǎn)程通信

各站點(diǎn)的雨量監(jiān)測(cè)儀以8051系列單片機(jī)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(jī)并具有32KB片內(nèi)EEPROM。

單片機(jī)遠(yuǎn)程通信由ST16C450連接MODEM實(shí)現(xiàn)。ST16C450是一種通用異步接收發(fā)送器，內(nèi)部有10個(gè)寄存器，其中有MODEM控制寄存器和MODEM狀態(tài)寄存器。MCU通過(guò)這2個(gè)寄存器的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)MODEM的控制并了解MODEM的工作狀態(tài)，從而順利進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。ST16C450進(jìn)行通信前首先要對(duì)其進(jìn)行初始化，即設(shè)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(jìn)行通信。

MODEM的使用主要有以下4個(gè)操作：

①初始化MODEM；

②撥號(hào)；

③應(yīng)答到來(lái)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(wú)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(yù)先規(guī)定的通信協(xié)議完成。

MODEM初始化命令串"ATFS0=3"，"F"重置MODEM，"S0=3"表示應(yīng)答鈴響3次。雨量監(jiān)測(cè)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 ；ATFS0=3

子程序執(zhí)行后MODEM應(yīng)答"OK"，表示初始化完成。

MODEM撥號(hào)命令串"ATDTxxxxx"，xxxxx是電話號(hào)碼；撥號(hào)成功時(shí)MODEM將應(yīng)答以"CONNECT"字符開始的字符串。單睡機(jī)與系統(tǒng)主機(jī)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(jié)束后，程序發(fā)送掛斷線路命令串"+++ATH0"，MODEM自動(dòng)斷線，從而完成1次通信。

三、系統(tǒng)主機(jī)與雨量監(jiān)測(cè)儀的通信

系統(tǒng)主機(jī)軟件用VB5.0編制，運(yùn)行于Windows 95環(huán)境。整個(gè)軟件由通信、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、設(shè)定、曲線圖、報(bào)警等模塊組成，操作平臺(tái)如圖3所示。主機(jī)可與30個(gè)站點(diǎn)的雨量監(jiān)測(cè)儀連接。

程序中使用MSComm控件，通過(guò)向連接在串行口上的MODEM發(fā)送AT命令來(lái)控制。主機(jī)通信狀況分為2類：主動(dòng)通信和被動(dòng)通信。下面分別加以介紹。

1.主動(dòng)通信

主機(jī)向站點(diǎn)雨量監(jiān)測(cè)儀傳送報(bào)警設(shè)定值及收集當(dāng)天或前天的雨量數(shù)據(jù)時(shí)稱為主動(dòng)通信。電話圖標(biāo)表示各站點(diǎn)的雨量監(jiān)測(cè)儀，一旦被選中，程序就發(fā)出"ATDTxxxxx"撥號(hào)命令，雨量監(jiān)測(cè)儀MDOEM處于自動(dòng)應(yīng)答方式被連接。MODEM連接成功后，主機(jī)會(huì)收到"CONNECT 4800"信息，此時(shí)，主機(jī)就可以向站點(diǎn)發(fā)送命令和數(shù)據(jù)串。如果站點(diǎn)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(jī)是要設(shè)定參數(shù)還是要收集當(dāng)天或前天的雨量數(shù)據(jù)。若是收集雨量數(shù)據(jù)，站點(diǎn)雨量監(jiān)測(cè)儀將雨量數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)；主機(jī)收到站點(diǎn)正確的雨量數(shù)據(jù)后，向MODEM發(fā)送"+++ATH0"離線掛機(jī)命令，結(jié)束本次通信。

主站發(fā)送的數(shù)據(jù)串里包括站點(diǎn)號(hào)、通信代碼、當(dāng)前日期和時(shí)間、警戒值及校驗(yàn)和等信息。用@K和@J作為開始和結(jié)束標(biāo)志。

下面是主動(dòng)通信的主要源程序：

Private Sub 主動(dòng)通信（發(fā)送代碼）

Dim i,j,ss,FsStr,ret

設(shè)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(hào)到"+工區(qū)名（i)+"..."

FsStr="ATDT"+電話號(hào)碼（i）+vbCr

'撥號(hào)的AT命令

ret=發(fā)送AT命令（FsStr,"CONNECT"，60000）

'發(fā)送撥號(hào)命令，限時(shí)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(shè)定值

FsStr=FsStr+計(jì)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(jié)束符@J

If InStr(接收串，"@KCUO@J")Then

'收到下位機(jī)的返回是"錯(cuò)"

顯示"返回有錯(cuò)."信息處理

Else

處理接收串 '下位機(jī)接收正確

End If

顯示"掛機(jī)..."信息處理

ret=發(fā)送AT命令（"+++"，"OK"，3000）

'掛機(jī)，等待OK，限時(shí)3S

ret=發(fā)送AT命令（"ATH0"+vbCrLf，"OK"，3000）

End If

End If

Next i

End Sub

2.被動(dòng)通信

當(dāng)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)到雨量超過(guò)警戒值時(shí)，就主動(dòng)撥號(hào)給主機(jī)，對(duì)主機(jī)而言就是被動(dòng)通信。平時(shí)主機(jī)MODEM也處于自動(dòng)應(yīng)答狀態(tài)，隨時(shí)可以接收站點(diǎn)呼叫。主機(jī)程序接收到正確數(shù)據(jù)串后，將數(shù)據(jù)記錄到相應(yīng)文件中保存，點(diǎn)亮操作平臺(tái)上該站點(diǎn)的報(bào)警指示燈提醒用戶，同時(shí)向站點(diǎn)發(fā)送"接收正確"的信息。站點(diǎn)收到主機(jī)正確信息后向MODEM發(fā)送"+++ATH0"離線掛機(jī)命令，結(jié)束本次通信。站點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)串里包括站點(diǎn)號(hào)、通信代碼、各種雨量數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)及校驗(yàn)和等信息。用@K和@J作為開始和結(jié)束標(biāo)志。

被動(dòng)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(gè)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(jié)束答@J

處理接收串 '處理接收串

End If

End If

End Sub

結(jié)束語(yǔ)

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