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案例頻道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量和安全可靠性提出了更高的要求，對信號電源設備實現“數字化、網絡化、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。智能型鐵路信號電源系統采用了計算機、電力電子、自動控制、網絡通信等先進技術，具有供電質量好，穩定性、可靠性高，具有智能功能，可以實現遠程監測等優點。
1．電源屏的數據監測設計思想
電源屏系統在運行時，要實時監測系統的電壓、電流及開關量等數據狀態，如出現異常，發出報警信號，提示值班人員進行維護。
本電源屏系統采用三級集散式監測方式設計，第一級為模塊內的嵌入式監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、系統輸入/輸出斷路器及電壓、電流狀態，并將信息通過RS422口上報到監測模塊；第二級為監測模塊，監測模塊以嵌入式工業控制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。不僅實現了數據的實時顯示、刷新，而且自動保存數據。監測模塊實現實時記錄、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，定時將數據傳送到后臺機或微機監測系統。第三級監測為遠端或本地計算機，通過遠端或本地計算機，可以實現對電源屏的實時監控，對電源系統數據的調用、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）聯結監測中心，實現信號電源的集中監測組網。
2．監測模塊對電源屏數據的監測
電源屏監測模塊采用多CPU設計方式，用三片單片機分別來實現：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。系統的原理圖如圖1所示。
2．1 多CPU間的數據傳輸
CPU2負責與下層模塊實現通訊，當下層模塊接收到傳送數據的命令時，將數據包傳送到CPU2， CPU2將數據包進行處理，然后通過P1.0端口向主CPU申請中斷，主CPU響應中斷，接收數據。主CPU將數據與貯存數據進行比較，檢測是否故障，如未檢測到故障，則將數據送存儲器貯存，若檢測到故障，則發出控制命令，選通CPU3，實現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發出中斷請求，兩CPU響應中斷，按鍵盤控制指令顯示參數設置信息，并經通信端口下傳至下層模塊。CPU2與CPU3數據的傳輸方向，由雙向三態口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
系統的外擴存儲器芯片選用非易失性芯片HK1255，該芯片內置鋰電池，在無外部供電的情況下，數據能保持很長時間。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，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。電路連接圖如圖3所示。
系統的外擴存儲器芯片選用非易失性芯片HK1255，該芯片內置鋰電池，在無外部供電的情況下，數據能保持很長時間。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，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。電路連接圖如圖3所示。
2．3 數據顯示
本系統的顯示采用內置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，管理內藏的字符發生器及外擴的字符發生器CGRAM 或EXCGROM，它將64K 顯示RAM 可分成文本顯示特性區、圖形顯示特性區。具有文本顯示特性的顯示RAM 區專用于文本方式顯示，在訪問顯示RAM 區中每個字節的數據都認為是字符代碼。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據傳送到液晶顯示模塊上。具有圖形顯示特性的顯示RAM 區專用于圖形方式顯示。在該顯示RAM 區中每個字節的數據直接被送到液晶顯示模塊上，每個位的電平狀態決定顯示屏上一個點顯示狀態，“1”為顯示，“0”為不顯示。所以圖形顯示RAM 的一個字節對應顯示屏上的8×1 點陣。
2．4 語音報警
語音報警選用高質量語音芯片ISD2560，電路連接圖如圖3所示。
在ISD2560中，預先存儲了各種語音片斷的信息，為方便程序的調用，將各種語音片斷信息編成一個地址表。當系統發生故障時，單片機發送故障部位的地址，同時 端送出低電平、P2.5送出高電平選通鎖存器和ISD2560，鎖存器接收鎖存數據，將數據傳送給ISD2560，語音播報控制器接收到這些數據，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。
本系統的顯示采用內置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，管理內藏的字符發生器及外擴的字符發生器CGRAM 或EXCGROM，它將64K 顯示RAM 可分成文本顯示特性區、圖形顯示特性區。具有文本顯示特性的顯示RAM 區專用于文本方式顯示，在訪問顯示RAM 區中每個字節的數據都認為是字符代碼。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據傳送到液晶顯示模塊上。具有圖形顯示特性的顯示RAM 區專用于圖形方式顯示。在該顯示RAM 區中每個字節的數據直接被送到液晶顯示模塊上，每個位的電平狀態決定顯示屏上一個點顯示狀態，“1”為顯示，“0”為不顯示。所以圖形顯示RAM 的一個字節對應顯示屏上的8×1 點陣。
2．4 語音報警
語音報警選用高質量語音芯片ISD2560，電路連接圖如圖3所示。
在ISD2560中，預先存儲了各種語音片斷的信息，為方便程序的調用，將各種語音片斷信息編成一個地址表。當系統發生故障時，單片機發送故障部位的地址，同時 端送出低電平、P2.5送出高電平選通鎖存器和ISD2560，鎖存器接收鎖存數據，將數據傳送給ISD2560，語音播報控制器接收到這些數據，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/驅動一隔離一接受/驅動”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
為了保證系統可靠運行，系統還設計了用C25045構成的看門狗電路。
2．7 鍵盤控制電路
本系統的鍵盤控制比較簡單，只用“←”“→”“↓”“↑”箭頭及確定、取消按鍵設定系統參數。采用優先編碼器74LS148實現鍵盤輸入編碼，同時當有按鍵輸入時，發出信號，向CPU提出中斷申請，CPU響應中斷后，處理鍵盤輸入控制。
3．結束語
鐵路信號智能電源屏系統是一個比較復雜的系統，本文論述了其監測系統的硬件組成。本系統已投入實際運行，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年12期:30-33
[3]羅志坤，徐直堅.串行可編程監控EZPROM器件X25045及其應用. [J]，《電子技術》，1998年12期：35一37
[4]楊建英.無人值守通信站集中監控系統. [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