梁富祥

引言：鐵路信號電源屏為鐵路各信號設備提供電源服務，其供電電源質(zhì)量和可靠性直接影響著信號設備能否正常運行，因此設備的實時監(jiān)測功能尤為重要。本文介紹了一種鐵路信號電源屏的監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成部分及其具體的實現(xiàn)方法。

鐵路電源屏是鐵路信號設備正常運行的“心臟”。隨著我國鐵路運輸向高速、重載、信息化的方向發(fā)展，鐵路信號先進技術的應用，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，對信號電源設備實現(xiàn)“數(shù)字化、網(wǎng)絡化、綜合化、智能化”的要求也越來越高。進入21世紀后，我國開始應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)絡通信等先進技術，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)遠程監(jiān)測等優(yōu)點。

一、電源屏的數(shù)據(jù)監(jiān)測設計思想

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)測為遠端或本地計算機，通過遠端或本地計算機，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（如公務信道、專用信道等）聯(lián)結監(jiān)測中心，實現(xiàn)信號電源的集中監(jiān)測組網(wǎng)。

二、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。

（一）多CPU間的數(shù)據(jù)傳輸

3片CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸采用中斷請求的控制方式，CPU2負責與下層模塊實現(xiàn)通訊，當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響應中斷，給出應答信號，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響應中斷，按鍵盤控制指令顯示參數(shù)設置信息，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。

（二）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在擴展模式下有16根地址線，可尋址64KB的空間，但HK1255具有19根地址線，而P2.7又用作了地址分配單元的使能控制，故實際使用的地址線只有15根，可尋址215=32KB尋址空間。所以HK1255擴展采用分頁擴展存儲器技術，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。在CPU要求與外存交換數(shù)據(jù)時，首先由P0.0～P0.3發(fā)出數(shù)據(jù)存儲區(qū)對應的分頁控制碼0000～1111中的一個，由鎖存器鎖存，然后再發(fā)出十五位地址信息與外存間進行數(shù)據(jù)交換。

（三）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)對應顯示屏上的8×1點陣。

（四）語音報警

語音報警選用高質(zhì)量語音芯片ISD2560。在ISD2560中，預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。

（五）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。

（六）看門狗電路

美國Xicro公司生產(chǎn)的非易失性器件系列中的X25045芯片，將電壓監(jiān)測、看門狗定時器和E2PROM三種常用功能組合在單個芯片之內(nèi)。具有成本低、體積小、占I/O口線少、使用控制簡單、數(shù)據(jù)或狀態(tài)長時間不易丟失、看門狗和電壓監(jiān)測等優(yōu)點，而且其復位信號是高電平，與本設計系統(tǒng)所選用的單片機89C55、89C52的復位信號相一致，兩者中的RESET引腳可直接連接，不用再進行其他轉(zhuǎn)換，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，并降低了系統(tǒng)的成本和功耗，非常適合本系統(tǒng)應用，因此本系統(tǒng)選用X25045組成硬件看門狗電路。

（七）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，同時當有按鍵輸入時，發(fā)出信號，向CPU提出中斷申請，CPU響應中斷后，處理鍵盤輸入控制。

三、結束語

鐵路信號智能電源屏系統(tǒng)是一個比較復雜的系統(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[J].電子技術應用.1999.12.

（作者單位：北京鐵路局天津電務段）