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案例頻道鐵路電源屏是鐵路信號設(shè)備正常運行的“心臟”。隨著我國鐵路運輸向高速、重載、信息化的方向發(fā)展，鐵路信號先進技術(shù)的應(yīng)用，鐵路信號對電源屏的供電電源質(zhì)量和安全可靠性提出了更高的要求，對信號電源設(shè)備實現(xiàn)“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、智能化”的要求也越來越高。進入21世紀(jì)后，我國開始應(yīng)用推廣智能型鐵路信號電源系統(tǒng)。智能型鐵路信號電源系統(tǒng)采用了計算機、電力電子、自動控制、網(wǎng)絡(luò)通信等先進技術(shù)，具有供電質(zhì)量好，穩(wěn)定性、可靠性高，具有智能功能，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測等優(yōu)點。
1．電源屏的數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)計思想
電源屏系統(tǒng)在運行時，要實時監(jiān)測系統(tǒng)的電壓、電流及開關(guān)量等數(shù)據(jù)狀態(tài)，如出現(xiàn)異常，發(fā)出報警信號，提示值班人員進行維護。
本電源屏系統(tǒng)采用三級集散式監(jiān)測方式設(shè)計，第一級為模塊內(nèi)的嵌入式監(jiān)測單元及電源屏中的集中采集單元，實時檢測模塊自身工作狀態(tài)、系統(tǒng)輸入/輸出斷路器及電壓、電流狀態(tài)，并將信息通過RS422口上報到監(jiān)測模塊；第二級為監(jiān)測模塊，監(jiān)測模塊以嵌入式工業(yè)控制CPU為主控器，對從各模塊檢測到的信息集中處理，進行顯示、保存、上傳。不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時顯示、刷新，而且自動保存數(shù)據(jù)。監(jiān)測模塊實現(xiàn)實時記錄、歷史記錄、故障報警記錄的完全詳盡保存，可以存儲100條報警信息。通過RS485接口，定時將數(shù)據(jù)傳送到后臺機或微機監(jiān)測系統(tǒng)。第三級監(jiān)測為遠(yuǎn)端或本地計算機，通過遠(yuǎn)端或本地計算機，可以實現(xiàn)對電源屏的實時監(jiān)控，對電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)的調(diào)用、整理、打印。通過本地計算機或者 MODEM或其它傳輸資源（如公務(wù)信道、專用信道等）聯(lián)結(jié)監(jiān)測中心，實現(xiàn)信號電源的集中監(jiān)測組網(wǎng)。
2．監(jiān)測模塊對電源屏數(shù)據(jù)的監(jiān)測
電源屏監(jiān)測模塊采用多CPU設(shè)計方式，用三片單片機分別來實現(xiàn)：顯示、存儲及其主要的控制功能、與下層模塊間的通訊、鍵盤與語音報警處理等控制。選用AT89C55單片機來做主CPU——顯示、存儲控制單片機，用兩片單片機選用AT89C52。系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。
2．1 多CPU間的數(shù)據(jù)傳輸
CPU2負(fù)責(zé)與下層模塊實現(xiàn)通訊，當(dāng)下層模塊接收到傳送數(shù)據(jù)的命令時，將數(shù)據(jù)包傳送到CPU2， CPU2將數(shù)據(jù)包進行處理，然后通過P1.0端口向主CPU申請中斷，主CPU響應(yīng)中斷，接收數(shù)據(jù)。主CPU將數(shù)據(jù)與貯存數(shù)據(jù)進行比較，檢測是否故障，如未檢測到故障，則將數(shù)據(jù)送存儲器貯存，若檢測到故障，則發(fā)出控制命令，選通CPU3，實現(xiàn)語音和顯示同時報警。當(dāng)CPU3檢測到有鍵盤輸入時，則通過P1.0和P1.4分別向主CPU和CPU2發(fā)出中斷請求，兩CPU響應(yīng)中斷，按鍵盤控制指令顯示參數(shù)設(shè)置信息，并經(jīng)通信端口下傳至下層模塊。CPU2與CPU3數(shù)據(jù)的傳輸方向，由雙向三態(tài)口74LS245控制。電路連接圖如圖2所示。
圖2 主CPU、CPU2、CPU1的連接
2．2 主CPU存儲器的擴展
系統(tǒng)的外擴存儲器芯片選用非易失性芯片HK1255，該芯片內(nèi)置鋰電池，在無外部供電的情況下，數(shù)據(jù)能保持很長時間。該芯片抗干擾能力強，可帶電插拔；存儲速度＜70ns；低功耗、全密封、高可靠；適于潮濕、振動、高低溫等惡劣的環(huán)境中使用。
AT89C55具有擴展模式下有16要地址線，可尋址64KB的空間，但HK1255具有19根地址線，故擴展采用分頁擴展存儲器技術(shù)，用四根P0口的輸出端口線，使存儲器形成32個32KB的頁面，從而可以達(dá)到擴展的目的。兩鎖存器時鐘由CPU的P1.0和ALE提供，HK1255片選端由P1.1提供，其WE、OE分別與CPU的/WR、/RD相接。電路連接圖如圖3所示。
系統(tǒng)的外擴存儲器芯片選用非易失性芯片HK1255，該芯片內(nèi)置鋰電池，在無外部供電的情況下，數(shù)據(jù)能保持很長時間。該芯片抗干擾能力強，可帶電插拔；存儲速度＜70ns；低功耗、全密封、高可靠；適于潮濕、振動、高低溫等惡劣的環(huán)境中使用。
AT89C55具有擴展模式下有16要地址線，可尋址64KB的空間，但HK1255具有19根地址線，故擴展采用分頁擴展存儲器技術(shù)，用四根P0口的輸出端口線，使存儲器形成32個32KB的頁面，從而可以達(dá)到擴展的目的。兩鎖存器時鐘由CPU的P1.0和ALE提供，HK1255片選端由P1.1提供，其WE、OE分別與CPU的/WR、/RD相接。電路連接圖如圖3所示。
2．3 數(shù)據(jù)顯示
本系統(tǒng)的顯示采用內(nèi)置SED1335控制器的液晶顯示模塊LMBGA_032_49CK_，既可以顯示圖形又可以顯示字符。SED1335控制器可以管理64K 顯示RAM，管理內(nèi)藏的字符發(fā)生器及外擴的字符發(fā)生器CGRAM 或EXCGROM，它將64K 顯示RAM 可分成文本顯示特性區(qū)、圖形顯示特性區(qū)。具有文本顯示特性的顯示RAM 區(qū)專用于文本方式顯示，在訪問顯示RAM 區(qū)中每個字節(jié)的數(shù)據(jù)都認(rèn)為是字符代碼。SED1335 將使用該字符代碼確定字符庫中字符首一位，然后將相應(yīng)的字模數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示模塊上。具有圖形顯示特性的顯示RAM 區(qū)專用于圖形方式顯示。在該顯示RAM 區(qū)中每個字節(jié)的數(shù)據(jù)直接被送到液晶顯示模塊上，每個位的電平狀態(tài)決定顯示屏上一個點顯示狀態(tài)，“1”為顯示，“0”為不顯示。所以圖形顯示RAM 的一個字節(jié)對應(yīng)顯示屏上的8×1 點陣。
2．4 語音報警
語音報警選用高質(zhì)量語音芯片ISD2560，電路連接圖如圖3所示。
在ISD2560中，預(yù)先存儲了各種語音片斷的信息，為方便程序的調(diào)用，將各種語音片斷信息編成一個地址表。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，單片機發(fā)送故障部位的地址，同時 端送出低電平、P2.5送出高電平選通鎖存器和ISD2560，鎖存器接收鎖存數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給ISD2560，語音播報控制器接收到這些數(shù)據(jù)，還原成可以處理的播報信息，然后由ISD2560尋址讀取錄好的一個個語音片斷，組合成一句完整的語音提示信息播報出來。
本系統(tǒng)的顯示采用內(nèi)置SED1335控制器的液晶顯示模塊LMBGA_032_49CK_，既可以顯示圖形又可以顯示字符。SED1335控制器可以管理64K 顯示RAM，管理內(nèi)藏的字符發(fā)生器及外擴的字符發(fā)生器CGRAM 或EXCGROM，它將64K 顯示RAM 可分成文本顯示特性區(qū)、圖形顯示特性區(qū)。具有文本顯示特性的顯示RAM 區(qū)專用于文本方式顯示，在訪問顯示RAM 區(qū)中每個字節(jié)的數(shù)據(jù)都認(rèn)為是字符代碼。SED1335 將使用該字符代碼確定字符庫中字符首一位，然后將相應(yīng)的字模數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示模塊上。具有圖形顯示特性的顯示RAM 區(qū)專用于圖形方式顯示。在該顯示RAM 區(qū)中每個字節(jié)的數(shù)據(jù)直接被送到液晶顯示模塊上，每個位的電平狀態(tài)決定顯示屏上一個點顯示狀態(tài)，“1”為顯示，“0”為不顯示。所以圖形顯示RAM 的一個字節(jié)對應(yīng)顯示屏上的8×1 點陣。
2．4 語音報警
語音報警選用高質(zhì)量語音芯片ISD2560，電路連接圖如圖3所示。
在ISD2560中，預(yù)先存儲了各種語音片斷的信息，為方便程序的調(diào)用，將各種語音片斷信息編成一個地址表。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，單片機發(fā)送故障部位的地址，同時 端送出低電平、P2.5送出高電平選通鎖存器和ISD2560，鎖存器接收鎖存數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給ISD2560，語音播報控制器接收到這些數(shù)據(jù)，還原成可以處理的播報信息，然后由ISD2560尋址讀取錄好的一個個語音片斷，組合成一句完整的語音提示信息播報出來。
2．5 與下位機的通訊接口電路
監(jiān)測模塊與下位機的通訊采用由MAX489接口組成的通訊接口電路，采用“接受/驅(qū)動一隔離一接受/驅(qū)動”的工作方式，該電路首先通過光隔6N137進行光電隔離，然后再將信號輸入到MAX489芯片。
2．6 看門狗電路
為了保證系統(tǒng)可靠運行，系統(tǒng)還設(shè)計了用C25045構(gòu)成的看門狗電路。
2．7 鍵盤控制電路
本系統(tǒng)的鍵盤控制比較簡單，只用“←”“→”“↓”“↑”箭頭及確定、取消按鍵設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)。采用優(yōu)先編碼器74LS148實現(xiàn)鍵盤輸入編碼，同時當(dāng)有按鍵輸入時，發(fā)出信號，向CPU提出中斷申請，CPU響應(yīng)中斷后，處理鍵盤輸入控制。
3．結(jié)束語
鐵路信號智能電源屏系統(tǒng)是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)，本文論述了其監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成。本系統(tǒng)已投入實際運行，運行狀況良好。
參考文獻：
[1] 胡錦，蔡谷明，梁先宇《單片機技術(shù)實用教程》[M]，高等教育出版社，2003.6
[2]辛德強，樸順善.X25045與8051的接口技術(shù). [J]，《電子技術(shù)應(yīng)用》1999年12期:30-33
[3]羅志坤，徐直堅.串行可編程監(jiān)控EZPROM器件X25045及其應(yīng)用. [J]，《電子技術(shù)》，1998年12期：35一37
[4]楊建英.無人值守通信站集中監(jiān)控系統(tǒng). [J]，《鐵道通信信號》， 1997年第12期：12-13
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號