基于Modem的單片機與PC機遠程數據傳輸設計
1、系統(tǒng)總體結構及原理
本系統(tǒng)的結構采用中央控制型星型結構及自動撥號連接方式，中央管理PC機通過公共電話網絡或程控交換機與多個現(xiàn)場單片機連通?，F(xiàn)場單片機完成對各物理參量的數據采集，進行數字濾波、數據處理、比值告警、現(xiàn)場顯示及對現(xiàn)場設備進行控制等，并定時或隨機地向中央管理PC機報告過程情況。中央管理PC機定時或隨機地匯集各測試點的信息，進行數據處理、顯示打印、聲光報警，并負責全局的綜合控制、管理調度和策劃指揮等任務。中央PC機可通過電話網依次自動撥號呼叫下屬各現(xiàn)場單片機，單片機收到呼叫并建立聯(lián)接后發(fā)送數據到中央管理PC機，各現(xiàn)場單片機之間則不能進行呼叫聯(lián)絡。由于單片機應用系統(tǒng)的安裝數量和分布范圍不同，與中心站的距離一般為幾公里到幾十公里，在單片機與PC機之間需要傳送的數據量不是很大的情況下，采用調制解調器通過電話線路進行通信較為適用。下位單片機以其所在單位的電話號碼作為其唯一的地址，并由單片機控制電話的使用，可以實現(xiàn)無人值守自動通信。每當電話響鈴一定次數后仍無人接聽，則單片機自動接入線路，通過不同標志來判斷是主機呼叫還是人打電話。若是主機呼叫，表示中心站要求通信，單片機將保持與上位PC機連接，將各種測量數據發(fā)送出去并接收主機發(fā)來的命令；若是人打電話，則斷開連接繼續(xù)進行數據采集，并接通模擬響鈴電路，提醒人們接聽。
2、Modem通信接口硬件設計
由于89C51單片機串口的電平為TTL電平，必須先轉換為RS－232電平才能與Modem通信。一般采用MAX232芯片實現(xiàn)單片機和Modem的連接，進行電平轉換。
單片機雖然有串行輸入、輸出口，但不具有RTS、CTS、DTR、DSR等標準接口握手信號線?？紤]到單片機與上位機的通信量并不大，所以在連接時采用簡單的“三線式”，即只通過TXD、RXD和地線GND進行連接，其他信號在對Modem初始化時發(fā)送AT命令將其忽略。如果單片機和上位機之間的通信量很大，并且需要精確、可靠的控制時，可以在89C51與MAX232之間再擴展一個8250。
3、關鍵技術及實現(xiàn)
3．1、對Modem控制及初始化
要使Modem正常通信，必須對Modem進行初始化，必須用到HAYES－AT命令集。AT命令是一套控制Modem撥號、應答、鏈接等操作的約定。對Modem(包括上、下位機)的初始化，可以寫在主程序里，這樣每次啟動應用程序時都會重新對Modem進行初始化，也可以把初始化程序寫進Modem非易失存儲器里，這樣就不用每次都對Modem進行初始化。在這里，利用上位機VB程序對串口操作的方便性，把初始化命令配置固化到Modem里面。利用VB的MSComm控件的OUTPUT屬性發(fā)送AT命令到Modem對其進行初始化。若對與單片機相連的Modem進行初始化，可以先后發(fā)送以下命令：
(1)發(fā)送“AT&D0&S0&R1”，設置為忽略DTR，DSR，CTS信號。
(2)發(fā)送“ATE0X0S0＝2”，將Modem設置為不回應所收到的指令以及返回結果碼的類型，S0＝2表示在響鈴2次之后Modem自動摘機并試圖連接。
(3)發(fā)送“AT&C1”，設置載波偵測信號隨線上實際狀態(tài)變化。
(4)發(fā)送“ATV0”，設置以數字方式返回結果碼。
(5)最后發(fā)送“AT&W”，將以上配置存放到非易失存儲器中。
以上每個AT命令之后必須加上CR(也就是鍵盤上的ENTER鍵)字符，否則Modem將不認識此命令。與PC機相連接的Modem初始化與上面大致一樣，區(qū)別在于不用忽略DTR、DSR、CTS和設置成字符串返回結果碼，這樣對調試程序比較方便。
3．2、下位機的通信實現(xiàn)
上位機Modem(與PC機相連)撥號后，等待下位機Modem(與單片機相連)送來的載波信號；下位機Modem檢測到鈴聲(響了預定的次數)后便自動摘機，然后與上位機進行載波連接。雙方如果在預定時間沒有檢測到載波信號，Modem則自動釋放線路，同時返回NOCARRIER結果碼；一旦載波建立成功，Modem返回CONNECT結果碼，表明雙方連接成功，可進行數據通信。下位機通信程序必須對串行口進行正確的設置，使跟上位機的通信方式和波特率保持一致；通過測試單片機串行口的RI標志位，判斷是否有串口數據的有效輸入來完成檢測PC機的呼叫任務。如果串口接收到數據“32H”(結果代碼2)則開始計時，并繼續(xù)查詢串口，若15秒內串口接收到數據“31H”(結果代碼1)，表示載波建立成功，保持單片機與PC機連接，開始與PC機進行通信。數據傳送完成后，再發(fā)送“＋＋＋”序列，使調制解調器從聯(lián)機狀態(tài)返回到命令狀態(tài)，延時一段時間后發(fā)送“ATH0”命令掛機，一次數據通信結束。若第一次響鈴15秒后還未接收到結果代碼1，則表示載波無效，上次響鈴為人打電話或者是聯(lián)接出現(xiàn)錯誤，單片機不與PC機連接而繼續(xù)運行現(xiàn)場檢測程序。
3．3、基于VB的調制解調器編程
VB6．0的MSComm通信控件提供了一系列標準通信命令的接口，它允許建立串口連接，可以連接到其他通信設備(如Modem)、還可以發(fā)送命令、進行數據交換以及監(jiān)視和響應在通信過程中可能發(fā)生的各種錯誤和事件，從而可以用它創(chuàng)建全雙工的、事件驅動的、高效實用的通信程序。對MSComm通信控件屬性了解后，就可以進行通信軟件的編制。首先要在程序的初始化階段對通信參數進行設置，主要是初始化串口和Modem(前面已經介紹)，包括選擇通信端口、設置串口波特率、打開串口等。在主控PC機中建立一個電話號碼集，按照N個下屬下位機的采集序號依次將它們的電話號碼編號。在定時通訊時按照軟件記錄器記錄的采集序號，通過查表指令獲得相應的電話號碼，再調用自動撥號程序進行呼叫聯(lián)絡；若呼叫成功，則通信鏈路建立，可以與現(xiàn)場下位機進行通信。
鑒于傳輸過程中會產生數據的丟失，可采用求和校驗法保證串行通訊數據的準確性。發(fā)送方將所傳數據累加求和，僅保留和的最低位字節(jié)作為校驗字符放在傳送數據串的末尾，發(fā)往對方。對方將接收到的數據累加，取和的最低位字節(jié)與校驗字符相比較，若相等，則向發(fā)送方送正確通知碼，否則發(fā)錯誤通知碼，通知發(fā)送方重傳數據，直至接收正確為止。由于分布式遠程測控系統(tǒng)有大量的采集及控制數據要進行傳遞，因此可在中央PC中利用VB6．0建立動態(tài)數據庫，用以存放現(xiàn)場采集的數據，上/下限報警值等，該數據庫按照N個下屬現(xiàn)場單片機的約定序號，依次分區(qū)，在各種通訊處理中根據不同序號分別從相應數據庫區(qū)中讀/寫數據。
本系統(tǒng)的結構采用中央控制型星型結構及自動撥號連接方式，中央管理PC機通過公共電話網絡或程控交換機與多個現(xiàn)場單片機連通?，F(xiàn)場單片機完成對各物理參量的數據采集，進行數字濾波、數據處理、比值告警、現(xiàn)場顯示及對現(xiàn)場設備進行控制等，并定時或隨機地向中央管理PC機報告過程情況。中央管理PC機定時或隨機地匯集各測試點的信息，進行數據處理、顯示打印、聲光報警，并負責全局的綜合控制、管理調度和策劃指揮等任務。中央PC機可通過電話網依次自動撥號呼叫下屬各現(xiàn)場單片機，單片機收到呼叫并建立聯(lián)接后發(fā)送數據到中央管理PC機，各現(xiàn)場單片機之間則不能進行呼叫聯(lián)絡。由于單片機應用系統(tǒng)的安裝數量和分布范圍不同，與中心站的距離一般為幾公里到幾十公里，在單片機與PC機之間需要傳送的數據量不是很大的情況下，采用調制解調器通過電話線路進行通信較為適用。下位單片機以其所在單位的電話號碼作為其唯一的地址，并由單片機控制電話的使用，可以實現(xiàn)無人值守自動通信。每當電話響鈴一定次數后仍無人接聽，則單片機自動接入線路，通過不同標志來判斷是主機呼叫還是人打電話。若是主機呼叫，表示中心站要求通信，單片機將保持與上位PC機連接，將各種測量數據發(fā)送出去并接收主機發(fā)來的命令；若是人打電話，則斷開連接繼續(xù)進行數據采集，并接通模擬響鈴電路，提醒人們接聽。
2、Modem通信接口硬件設計
由于89C51單片機串口的電平為TTL電平，必須先轉換為RS－232電平才能與Modem通信。一般采用MAX232芯片實現(xiàn)單片機和Modem的連接，進行電平轉換。
單片機雖然有串行輸入、輸出口，但不具有RTS、CTS、DTR、DSR等標準接口握手信號線?？紤]到單片機與上位機的通信量并不大，所以在連接時采用簡單的“三線式”，即只通過TXD、RXD和地線GND進行連接，其他信號在對Modem初始化時發(fā)送AT命令將其忽略。如果單片機和上位機之間的通信量很大，并且需要精確、可靠的控制時，可以在89C51與MAX232之間再擴展一個8250。
3、關鍵技術及實現(xiàn)
3．1、對Modem控制及初始化
要使Modem正常通信，必須對Modem進行初始化，必須用到HAYES－AT命令集。AT命令是一套控制Modem撥號、應答、鏈接等操作的約定。對Modem(包括上、下位機)的初始化，可以寫在主程序里，這樣每次啟動應用程序時都會重新對Modem進行初始化，也可以把初始化程序寫進Modem非易失存儲器里，這樣就不用每次都對Modem進行初始化。在這里，利用上位機VB程序對串口操作的方便性，把初始化命令配置固化到Modem里面。利用VB的MSComm控件的OUTPUT屬性發(fā)送AT命令到Modem對其進行初始化。若對與單片機相連的Modem進行初始化，可以先后發(fā)送以下命令：
(1)發(fā)送“AT&D0&S0&R1”，設置為忽略DTR，DSR，CTS信號。
(2)發(fā)送“ATE0X0S0＝2”，將Modem設置為不回應所收到的指令以及返回結果碼的類型，S0＝2表示在響鈴2次之后Modem自動摘機并試圖連接。
(3)發(fā)送“AT&C1”，設置載波偵測信號隨線上實際狀態(tài)變化。
(4)發(fā)送“ATV0”，設置以數字方式返回結果碼。
(5)最后發(fā)送“AT&W”，將以上配置存放到非易失存儲器中。
以上每個AT命令之后必須加上CR(也就是鍵盤上的ENTER鍵)字符，否則Modem將不認識此命令。與PC機相連接的Modem初始化與上面大致一樣，區(qū)別在于不用忽略DTR、DSR、CTS和設置成字符串返回結果碼，這樣對調試程序比較方便。
3．2、下位機的通信實現(xiàn)
上位機Modem(與PC機相連)撥號后，等待下位機Modem(與單片機相連)送來的載波信號；下位機Modem檢測到鈴聲(響了預定的次數)后便自動摘機，然后與上位機進行載波連接。雙方如果在預定時間沒有檢測到載波信號，Modem則自動釋放線路，同時返回NOCARRIER結果碼；一旦載波建立成功，Modem返回CONNECT結果碼，表明雙方連接成功，可進行數據通信。下位機通信程序必須對串行口進行正確的設置，使跟上位機的通信方式和波特率保持一致；通過測試單片機串行口的RI標志位，判斷是否有串口數據的有效輸入來完成檢測PC機的呼叫任務。如果串口接收到數據“32H”(結果代碼2)則開始計時，并繼續(xù)查詢串口，若15秒內串口接收到數據“31H”(結果代碼1)，表示載波建立成功，保持單片機與PC機連接，開始與PC機進行通信。數據傳送完成后，再發(fā)送“＋＋＋”序列，使調制解調器從聯(lián)機狀態(tài)返回到命令狀態(tài)，延時一段時間后發(fā)送“ATH0”命令掛機，一次數據通信結束。若第一次響鈴15秒后還未接收到結果代碼1，則表示載波無效，上次響鈴為人打電話或者是聯(lián)接出現(xiàn)錯誤，單片機不與PC機連接而繼續(xù)運行現(xiàn)場檢測程序。
3．3、基于VB的調制解調器編程
VB6．0的MSComm通信控件提供了一系列標準通信命令的接口，它允許建立串口連接，可以連接到其他通信設備(如Modem)、還可以發(fā)送命令、進行數據交換以及監(jiān)視和響應在通信過程中可能發(fā)生的各種錯誤和事件，從而可以用它創(chuàng)建全雙工的、事件驅動的、高效實用的通信程序。對MSComm通信控件屬性了解后，就可以進行通信軟件的編制。首先要在程序的初始化階段對通信參數進行設置，主要是初始化串口和Modem(前面已經介紹)，包括選擇通信端口、設置串口波特率、打開串口等。在主控PC機中建立一個電話號碼集，按照N個下屬下位機的采集序號依次將它們的電話號碼編號。在定時通訊時按照軟件記錄器記錄的采集序號，通過查表指令獲得相應的電話號碼，再調用自動撥號程序進行呼叫聯(lián)絡；若呼叫成功，則通信鏈路建立，可以與現(xiàn)場下位機進行通信。
鑒于傳輸過程中會產生數據的丟失，可采用求和校驗法保證串行通訊數據的準確性。發(fā)送方將所傳數據累加求和，僅保留和的最低位字節(jié)作為校驗字符放在傳送數據串的末尾，發(fā)往對方。對方將接收到的數據累加，取和的最低位字節(jié)與校驗字符相比較，若相等，則向發(fā)送方送正確通知碼，否則發(fā)錯誤通知碼，通知發(fā)送方重傳數據，直至接收正確為止。由于分布式遠程測控系統(tǒng)有大量的采集及控制數據要進行傳遞，因此可在中央PC中利用VB6．0建立動態(tài)數據庫，用以存放現(xiàn)場采集的數據，上/下限報警值等，該數據庫按照N個下屬現(xiàn)場單片機的約定序號，依次分區(qū)，在各種通訊處理中根據不同序號分別從相應數據庫區(qū)中讀/寫數據。
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：鞏經理
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：南京塞姆泵業(yè)有限公司
