嵌入式MODEM在鐵路雨量監測系統中的應用

引言
鐵路部門的雨量監測是有關鐵路安全的一個重要環節。由雨量過多引起的洪水會影響鐵路路基，引發列車交通事故。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。過去雨量監測是由各站點人工抄記雨量監測儀表數據，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、實時性變為可能。作者成功地運用微型計算機和單片機組成主從式微機網絡，將鐵路雨量監測構成一個分布式雨量監測系統。該系統將單片機雨量監測儀采集的數據，自動地由MODEM匯集到系統主計算機，從而使幾百公里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、系統結構設計
雨量監測系統是由微型計算機和單片機組成的主從式微機網絡。以單片機為核心的雨量監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、現場雨量曲線打印以及通信。管理部門以個人計算機為系統主機。雨量監測系統結構如圖1所示。
從圖1中看出系統主機直接與單片機建立通信聯系。由于各站點遠離系統主機，在不附加外部連線等硬件設施基礎上，利用單片機加MODEM方式以及電話線實現單片機遠程。系統主機可對各站部的單片機雨量監測儀進行各種設置及數據采集，單片機雨量監測儀根據雨量情況也可自動向系統主機發送當前雨量數據，這樣就可做到及時提供現場的雨量情況。

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控制寄存器和MODEM狀態寄存器。MCU通過這2個寄存器的操作實現對MODEM的控制并了解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。
MODEM的控制由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命令無法完成系統間的文件傳送，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。單片機與系統主機連接完成后，按通信協議所規定的數據串通信交換數據。數據通信結束后，程序發送掛斷線路命令串"+++ATH0"，MODEM自動斷線，從而完成1次通信。

三、系統主機與雨量監測儀的通信
系統主機軟件用VB5.0編制，運行于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，操作平臺如圖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
主機向站點雨量監測儀傳送報警設定值及收集當天或前天的雨量數據時稱為主動通信。電話圖標表示各站點的雨量監測儀，一旦被選中，程序就發出"ATDTxxxxx"撥號命令，雨量監測儀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后，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MODEM也處于自動應答狀態，隨時可以接收站點呼叫。主機程序接收到正確數據串后，將數據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，同時向站點發送"接收正確"的信息。站點收到主機正確信息后向MODEM發送"+++ATH0"離線掛機命令，結束本次通信。站點發來的數據串里包括站點號、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
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
本系統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測；電力部門電網監測等。