隨著自動化程度的不斷提高，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠程采集與傳輸?shù)囊笠踩找嫣岣?，在電話通訊網(wǎng)絡相當普及的今天，最方便最靈活的方法就是采用MODEM(調(diào)制解調(diào)器)并借助于現(xiàn)有的模擬公用電話交換網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)過幾年的研究，筆者開發(fā)了一種在單片機控制下通過公用電話交換機網(wǎng)絡做載體的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，這種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)不受時間與地域的限制，并可隨時實時追蹤現(xiàn)場資料的變化情況，從而為遠程故障的診斷和排除提供了便利。

由于目前國內(nèi)有關單片機和MODEM的接口資料很少，所以，本文主要就單片機和MODEM接口及如何利用AT命令來控制MODEM 做些介紹。

1 系統(tǒng)組成

圖1 所示為該遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)組成圖，整個系統(tǒng)主要由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器和監(jiān)控中心兩部分組成，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器負責將所采集到的數(shù)據(jù)進行預處理后打包， 并通過現(xiàn)場調(diào)制解調(diào)器MODEM、公用電話網(wǎng)和監(jiān)控中心的MODEM 將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。然后監(jiān)控中心將接收到的數(shù)據(jù)進行處理、顯示、存儲和分析，并根據(jù)需要向現(xiàn)場發(fā)送控制指令，由于監(jiān)控中心采用計算機與MODEM 直接相連的方式， 因此硬件接口比較簡單， 而軟件編寫不是本文討論的重點，不再贅述。系統(tǒng)有兩種工作方式：即監(jiān)控中心呼叫現(xiàn)場請求發(fā)送數(shù)據(jù)和現(xiàn)場呼叫監(jiān)控中心主動發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)組成圖

2 MODEM 命令

由于MODEM 是將數(shù)據(jù)通過公用電話網(wǎng)進行遠程發(fā)送和傳輸?shù)臉蛄?，這里先將MODEM 的功能及用法做一介紹“MODEM 是“調(diào)制解調(diào)器”的英文縮寫，所謂調(diào)制，就是將“0”和“1”的數(shù)字信號變成不同的頻率信號，調(diào)制到載波頻率上，并利用電話線進行模擬信號的傳送， 解調(diào)是調(diào)制的反過程， 即將載波頻率上的頻率信號解調(diào)成與其對應的數(shù)字信號，傳送至終端控制器。

目前，我們在市場上所見到的MODEM 都用賀氏兼容的指令集來管理和設定MODEM 的各項操作和通訊功能，而一般這些指令皆以AT為前置碼，所以稱這些指令為“AT指令”。下面介紹幾個常見的MODEM 指令，這些指令都以回車(RETURN)結尾。

ATA：手動應答指令，強迫MODEM 摘機并檢測載波;

ATE0： 指令不回應，即向MODEM 發(fā)送的指令不在終端回顯;

ATV0： MODEM 以數(shù)字形式回應信息，即MODEM 收到指令后，以數(shù)字形式返回結果碼;

AT&F：參數(shù)恢復為出廠值;

AT&D0：忽略DTR信號;

AT&S0：將DSR信號設定為ON;

ATD：發(fā)出撥號指令;

AT&W0：將MODEM 目前的參數(shù)狀態(tài)存儲在參數(shù)表0 中;

AT&Y0：當MODEM 初始上電時，調(diào)用存儲的參數(shù)表0;

ATZ0： 復位MODEM 并啟用存儲的第0組參數(shù)表;

AT&Z=X：將電話號碼X存儲在MODEM 的內(nèi)部存儲器中;

ATDS：撥出MODEM 預存儲的電話號碼。

那么，單片機如何利用這些指令來操作MODEM呢?下面以發(fā)送指令ATA為例來加以說明，程序采用C51編寫，該程序只給出了相關的部分，

#include < P>

#include < P>

#define U8251_C XBYTE[0xfd00]

/* 定義8251 控制/狀態(tài)字地址*/

#define U8251_D XBYTE[0xfc00]

/*定義8251 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址*/

unsigned char code ATA[4]={‘A’，‘T’，‘A’，0x0d};

/*0x0d為回車(return)控制符*/

void send-code (unsigned char code *send_addr，

unsigned char send_sum);

/*發(fā)送函數(shù)聲明，形式參數(shù)為發(fā)送

首地址和發(fā)送字符個數(shù)*/

void main()

{

……

send_code(ATA，4); /*發(fā)送ATA應答命令*/

……

}

void send_code(unsigned char code *send_addr，

unsigned char send_sum)

{

do{

while((U8251_c&0x05)!=0x05);

U8251_D=*send_addr;

send_addr++;

}while(--send_sum);

}

為了單片機對MODEM 的控制和操作，對本系統(tǒng)設計中的MODEM 做了如下初始化：

AT&FE0V0&D0&S0&Y0&W0

3 接口電路

圖2 為該現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中單片機和MODEM的接口電路圖， 單片機選用Winbord(華幫)公司生產(chǎn)的高性能低功耗單片機W78E52B，它采用80C31內(nèi)核，在指令上與MCS-51完全兼容，內(nèi)含8k的電可擦除MTP ROM(Multiple-Time Programmable ROM)。其內(nèi)部串口能和其它有串口的通訊設備一起進行數(shù)據(jù)采集(這部分在圖2中沒畫出);

圖2 單片機和MODEM 的接口電路

考慮到所采集的數(shù)據(jù)較多，故擴展了一片8155 作為外部數(shù)據(jù)存儲器，并兼做并行數(shù)據(jù)采集接口，其內(nèi)部14 位定時器作為分頻器使用;另擴展的一片8251 用來和MODEM 接口，8251的內(nèi)部工作時序，發(fā)送器時鐘和接收器時鐘需要外部輸入，在設計中，單片機提供的ALE信號作為其外部輸入，因而無需單獨設計分頻器，由于在單片機訪問外部存貯器時， ALE要丟失一個周期，因而采用圖2所示的方法，可充分利用系統(tǒng)資源，根據(jù)接收時鐘輸入RXCLK和發(fā)送時鐘輸入TXCLK的不同，8251 的發(fā)送波特率和接收波特率可以不同，在本系統(tǒng)中，發(fā)送波特率和接收波特率相同，都由8155定時器分頻輸出TMROUT供給。發(fā)送數(shù)據(jù)可根據(jù)系統(tǒng)要求在主程序中完成，接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)請求輸出RXRDY經(jīng)74LS02反向后接78E52B的中斷輸入INT0，接收數(shù)據(jù)采用中斷方式控制，系統(tǒng)設計時忽略了DSR信號， 因而在圖2 中將其直接接地;

RS232 接口電平轉(zhuǎn)換電路采用一片具有五對輸入和輸出的MSX238，它自帶電荷泵，采用單5伏電源，只用一片便可提供本系統(tǒng)所有RS232電平的驅(qū)動與轉(zhuǎn)換。

4 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器的功能及原理

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器有兩種工作方式， 即主叫方式和被叫應答方式。主叫方式就是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器主動呼叫監(jiān)控中心;被叫應答方式是在現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器收到監(jiān)控中心的呼叫振鈴后響應應答指令。另外，現(xiàn)場數(shù)據(jù) 采集器具有遠程設置主叫呼叫號碼的功能，其軟件編制流程圖如圖3 所示。

圖3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器的程序流程圖

4.1 通訊波特率

8251 的通訊波特率取決于RXCLK和TXCLK的時鐘輸入，在異步方式中，RXCLK，TXCLK可以是波特率，也可以是波特率的16 或64倍。這由8251控制字中的波特率因子來決定，在本系統(tǒng)設計中，設波特率因子為異步X16，即RXCLK，TXCLK是傳輸波特率的16倍。從圖2可以看出，RXCLK，TXCLK由8155 的TMROUT給出， 而8155 的TMRIN為系統(tǒng)時鐘fosc的1/6，因此選擇波特率的關鍵就是確定8155定時器的時間常數(shù)。如果將8155 的定時器設為連續(xù)方波輸出，那么8155 定時器的時間常數(shù)N和定時器輸入頻率fTMRIN，輸出頻率fTMROUT的關系為：fTMROUT=fTMRIN/N，設8251的分頻系數(shù)為16，則傳輸波特率可有下式計算：

波特率=fTMROUT/16=fTMRIN/16N=fosc/(6X16N)

本系統(tǒng)選用頻率為11.0592MHz 的晶振，fosc為1.0592MHz， 若8251 采用2400Hz的波特率來傳輸數(shù)據(jù)，則8155的定時器常數(shù)N為：

N=11.0592X106/(2400X16X6)=48=30H

按照以上分析，則8155，8251 初始化編程如下：

void initialize rs(void)

{

U8155_IO=0xc0; /*8155命令字初始化*/

U8155_TO=0x30;/*送8155定時器常數(shù)低字節(jié)*/

U8155_TH=0x40; /*送8155定時器常數(shù)高字節(jié)*/

U8251_C=0x4e; /* 方式控制字初始化*/

U8251_C=0x37;

}

4.2 遠程設置主叫呼叫號碼

在本系統(tǒng)中，當關鍵數(shù)據(jù)發(fā)生越限變化時，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器能夠自動呼叫監(jiān)控中心，而被呼叫的電話號碼卻不能夠存儲在程序的ROM中， 原因有兩條：第一：監(jiān)控中心的電話號碼可能會變更;第二：不同的用戶被呼叫的電話號碼不一樣; 而在現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器上設計一片EEPROM 也不是最好的方案;解決這一問題的最佳方法是將此電話號碼存儲在MODEM 中， 那么如何實現(xiàn)呢?可用前面提到的AT&Z=X(X為電話號碼) 命令進行遠程設置，當監(jiān)控中心需要修改這個電話號碼時， 就呼叫現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器，并將此電話號碼傳輸給數(shù)據(jù)采集器，然后由數(shù)據(jù)采集器自動用AT&Z=X(X為電話號碼)命令將此號碼存儲在MODEM 中。

4.3 主叫方式

當現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器采集到的關鍵數(shù)據(jù)發(fā)生越限變化時，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器便利用AT指令ATDS主動撥打存儲在MODEM 中的電話號碼來呼叫監(jiān)控中心，并將關鍵數(shù)據(jù)打包傳送給監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心收到信息包后，系統(tǒng)便可進行存儲和分析，以供值班人員判斷并做出處理。

4.4 被叫方式

當監(jiān)控中心需要獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)時， 可以主動撥號呼叫現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器， 在圖2中，W78E52 的P1.1在檢測到預定次數(shù)的振鈴信號時發(fā)出MODEM應答指令ATA，并在延時等待MODEM 連通以及雙方握手成功后， 由監(jiān)控中心向現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器發(fā)出請求發(fā)送數(shù)據(jù)指令。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器收到指令后將實時變化的動態(tài)數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心， 以使監(jiān)控中心隨時中斷對數(shù)據(jù)接收， 并向現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器發(fā)出掛機指令?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器在收到掛機指令后停止發(fā)送數(shù)據(jù)并掛機。

4.5 存在問題及解決方法

本系統(tǒng)剛開始設計時，8251 的復位輸入端和CPU的復位輸入端是連接在一起，這樣設計曾出現(xiàn)過8251不能可靠復位的問題。 后改為靠W78E52的P1.0 給8251發(fā)復位脈沖，圖2 所示，這樣，就可根據(jù)軟件抗干擾的需要隨時復位8251，用C51編寫的復位程序如下：

void reset_8251(void)

{

P1^0=1;

ACC=0;

while(--ACC);

P1^0=0;

}

5 結論

實踐證明，該系統(tǒng)和MODEM 接口具有電路簡單，成本低，可靠性高的特點。在實際應用中取得了良好效果.