淺析信號電源屏的數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)

梁富祥

引言：鐵路信號電源屏為鐵路各信號設(shè)備提供電源服務(wù)，其供電電源質(zhì)量和可靠性直接影響著信號設(shè)備能否正常運(yùn)行，因此設(shè)備的實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)方法。

鐵路電源屏是鐵路信號設(shè)備正常運(yùn)行的“心臟”。隨著我國鐵路運(yùn)輸向高速、重載、信息化的方向發(fā)展，鐵路信號先進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jì)算機(jī)、電力電子、自動控制、網(wǎng)絡(luò)通信等先進(jìn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)。

一、電源屏的數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)計(jì)思想

電源屏系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，要實(shí)時(shí)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(bào)警信號，提示值班人員進(jìn)行維護(hù)。

本電源屏系統(tǒng)采用三級集散式監(jiān)測方式設(shè)計(jì)，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(shí)時(shí)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(bào)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(jìn)行顯示、保存、上傳。不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、刷新，而且自動保存數(shù)據(jù)。監(jiān)測模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記錄、歷史記錄、故障報(bào)警記錄的完全詳盡保存，可以存儲100條報(bào)警信息。通過RS485接口，定時(shí)將數(shù)據(jù)傳送到后臺機(jī)或微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)。第三級監(jiān)測為遠(yuǎn)端或本地計(jì)算機(jī)，通過遠(yuǎn)端或本地計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對電源屏的實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)或者M(jìn)ODEM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(shí)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(shè)計(jì)方式，用三片單片機(jī)分別來實(shí)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(bào)警處理等控制。選用AT89C55單片機(jī)來做主CPU——顯示、存儲控制單片機(jī)，用兩片單片機(jī)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(fù)責(zé)與下層模塊實(shí)現(xiàn)通訊，當(dāng)下層模塊接收到傳送數(shù)據(jù)的命令時(shí)，將數(shù)據(jù)包傳送到CPU2，CPU2將數(shù)據(jù)包進(jìn)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，給出應(yīng)答信號，接收數(shù)據(jù)。主CPU將數(shù)據(jù)與貯存數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)語音和顯示同時(shí)報(bào)警。當(dāng)CPU3檢測到有鍵盤輸入時(shí)，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。

（二）主CPU存儲器的擴(kuò)展

系統(tǒng)的外擴(kuò)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(shí)間。該芯片抗干擾能力強(qiáng)，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(kuò)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(shí)際使用的地址線只有15根，可尋址215=32KB尋址空間。所以HK1255擴(kuò)展采用分頁擴(kuò)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(gè)32KB的頁面，從而可以達(dá)到擴(kuò)展的目的。兩鎖存器時(shí)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(shí)，首先由P0.0～P0.3發(fā)出數(shù)據(jù)存儲區(qū)對應(yīng)的分頁控制碼0000～1111中的一個(gè)，由鎖存器鎖存，然后再發(fā)出十五位地址信息與外存間進(jìn)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(kuò)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(gè)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(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)直接被送到液晶顯示模塊上，每個(gè)位的電平狀態(tài)決定顯示屏上一個(gè)點(diǎn)顯示狀態(tài)，“1”為顯示，“0”為不顯示。所以圖形顯示RAM的一個(gè)字節(jié)對應(yīng)顯示屏上的8×1點(diǎn)陣。

（四）語音報(bào)警

語音報(bào)警選用高質(zhì)量語音芯片ISD2560。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(gè)地址表。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，單片機(jī)發(fā)送故障部位的地址，同時(shí)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(bào)控制器接收到這些數(shù)據(jù)，還原成可以處理的播報(bào)信息，然后由ISD2560尋址讀取錄好的一個(gè)個(gè)語音片斷，組合成一句完整的語音提示信息播報(bào)出來。

（五）與下位機(jī)的通訊接口電路

監(jiān)測模塊與下位機(jī)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(jìn)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(shí)器和E2PROM三種常用功能組合在單個(gè)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(shí)間不易丟失、看門狗和電壓監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，而且其復(fù)位信號是高電平，與本設(shè)計(jì)系統(tǒng)所選用的單片機(jī)89C55、89C52的復(fù)位信號相一致，兩者中的RESET引腳可直接連接，不用再進(jìn)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(yīng)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(shè)定系統(tǒng)參數(shù)。采用優(yōu)先編碼器74LS148實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入編碼，同時(shí)當(dāng)有按鍵輸入時(shí)，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。

三、結(jié)束語

鐵路信號智能電源屏系統(tǒng)是一個(gè)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(shí)際運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：北京鐵路局天津電務(wù)段）