鐵路雨量監測系統中的遠程通信

關(guān)鍵詞：單片機 MODEM 遠程通信 監測系統 VB

引言

鐵路部門(mén)的雨量監測是有關(guān)鐵路安全的一個(gè)重要環(huán)節。由雨量過(guò)多引起的洪水會(huì )影響鐵路路基，引發(fā)列車(chē)交通事故。因此，為了確保交通命脈的安全，應及時(shí)將鐵路沿線(xiàn)的雨量反饋至鐵路管理部門(mén)。過(guò)去雨量監測是由各站點(diǎn)人工抄記雨量監測儀表數據，再匯總鐵路管理部門(mén)。顯然信息傳送不及時(shí)，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(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?。作者成功地運用微型計算機和單片機組成主從式微機網(wǎng)絡(luò )，將鐵路雨量監測構成一個(gè)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(dòng)地由MODEM匯集到系統主計算機，從而使幾百公里長(cháng)的遠程通信既經(jīng)濟又可靠，大大提高了鐵路部門(mén)抗災的能力。

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(wǎng)絡(luò )。以單片機為核心的雨量監測儀分布在鐵路各站點(diǎn)。該儀器功能有采集雨量、存儲雨量信息、雨量報警、現場(chǎng)雨量曲線(xiàn)打印以及通信。管理部門(mén)以個(gè)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(lián)系。由于各站點(diǎn)遠離系統主機，在不附加外部連線(xiàn)等硬件設施基礎上，利用單片機加MODEM方式以及電話(huà)線(xiàn)實(shí)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(jìn)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(dòng)向系統主機發(fā)送當前雨量數據，這樣就可做到及時(shí)提供現場(chǎng)的雨量情況。

二、單片機雨量監測儀及其遠程通信

各站點(diǎn)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(shí)現。ST16C450是一種通用異步接收發(fā)送器，內部有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)現對MODEM的控制并了解MODEM的工作狀態(tài)，從而順利進(jìn)行數據通信。ST16C450進(jìn)行通信前首先要對其進(jìn)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(xún)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；

③應答到來(lái)的呼叫；

④掛斷線(xiàn)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(kāi)始再加命令和參）數給MODEM。但是，AT命令無(wú)法完成系統間的文件傳送，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(tài)寄存器地址

MST1：MOVX A，@DPTR

ANL A，#30H

CJNE A，#30H，MST1

MOV DPTR，#P3FD ；通信線(xiàn)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 ；數據發(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

子程序執行后MODEM應答"OK"，表示初始化完成。

MODEM撥號命令串"ATDTxxxxx"，xxxxx是電話(huà)號碼；撥號成功時(shí)MODEM將應答以"CONNECT"字符開(kāi)始的字符串。單睡機與系統主機連接完成后，按通信協(xié)議所規定的數據串通信交換數據。數據通信結束后，程序發(fā)送掛斷線(xiàn)路命令串"+++ATH0"，MODEM自動(dòng)斷線(xiàn)，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(huán)境。整個(gè)軟件由通信、日報表、月報表、年報表、設定、曲線(xiàn)圖、報警等模塊組成，操作平臺如圖3所示。主機可與30個(gè)站點(diǎn)的雨量監測儀連接。

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。主機通信狀況分為2類(lèi)：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

主機向站點(diǎn)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(shí)稱(chēng)為主動(dòng)通信。電話(huà)圖標表示各站點(diǎn)的雨量監測儀，一旦被選中，程序就發(fā)出"ATDTxxxxx"撥號命令，雨量監測儀MDOEM處于自動(dòng)應答方式被連接。MODEM連接成功后，主機會(huì )收到"CONNECT 4800"信息，此時(shí)，主機就可以向站點(diǎn)發(fā)送命令和數據串。如果站點(diǎn)接收到正確數據，根據命令代碼（由通信協(xié)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(diǎn)雨量監測儀將雨量數據傳送給主機；主機收到站點(diǎn)正確的雨量數據后，向MODEM發(fā)送"+++ATH0"離線(xiàn)掛機命令，結束本次通信。

主站發(fā)送的數據串里包括站點(diǎn)號、通信代碼、當前日期和時(shí)間、警戒值及校驗和等信息。用@K和@J作為開(kāi)始和結束標志。

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(huà)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(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(fā)送AT命令（"+++"，"OK"，3000）

'掛機，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

當站點(diǎn)監測到雨量超過(guò)警戒值時(shí)，就主動(dòng)撥號給主機，對主機而言就是被動(dòng)通信。平時(shí)主機MODEM也處于自動(dòng)應答狀態(tài)，隨時(shí)可以接收站點(diǎn)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(diǎn)亮操作平臺上該站點(diǎn)的報警指示燈提醒用戶(hù)，同時(shí)向站點(diǎn)發(fā)送"接收正確"的信息。站點(diǎn)收到主機正確信息后向MODEM發(fā)送"+++ATH0"離線(xiàn)掛機命令，結束本次通信。站點(diǎn)發(fā)來(lái)的數據串里包括站點(diǎn)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(kāi)始和結束標志。

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

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(huà)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(yǔ)

本系統已成功應用于鐵路部門(mén)。它具有實(shí)時(shí)性好、信息傳送距離遠、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程通信的部門(mén)，如氣象部門(mén)溫度和風(fēng)速收集、水文部門(mén)水位和雨量監測；電力部門(mén)電網(wǎng)監測等。