铁路信号电源屏的数据监测

2007年07月20日

　　铁路电源屏是铁路信号设备正常运行的“心脏”。随着我国铁路运输向高速、重载、信息化的方向发展，铁路信号先进技术的应用，铁路信号对电源屏的供电电源质量和安全可靠性提出了更高的要求，对信号电源设备实现“数字化、网络化、综合化、智能化”的要求也越来越高。进入21世纪后，我国开始应用推广智能型铁路信号电源系统。智能型铁路信号电源系统采用了计算机、电力电子、自动控制、网络通信等先进技术，具有供电质量好，稳定性、可靠性高，具有智能功能，可以实现远程监测等优点。

　　1．电源屏的数据监测设计思想

　　电源屏系统在运行时，要实时监测系统的电压、电流及开关量等数据状态，如出现异常，发出报警信号，提示值班人员进行维护。

　　本电源屏系统采用三级集散式监测方式设计，第一级为模块内的嵌入式监测单元及电源屏中的集中采集单元，实时检测模块自身工作状态、系统输入/输出断路器及电压、电流状态，并将信息通过RS422口上报到监测模块；第二级为监测模块，监测模块以嵌入式工业控制CPU为主控器，对从各模块检测到的信息集中处理，进行显示、保存、上传。不仅实现了数据的实时显示、刷新，而且自动保存数据。监测模块实现实时记录、历史记录、故障报警记录的完全详尽保存，可以存储100条报警信息。通过RS485接口，定时将数据传送到后台机或微机监测系统。第三级监测为远端或本地计算机，通过远端或本地计算机，可以实现对电源屏的实时监控，对电源系统数据的调用、整理、打印。通过本地计算机或者 MODEM或其它传输资源（如公务信道、专用信道等）联结监测中心，实现信号电源的集中监测组网。

　　2．监测模块对电源屏数据的监测

　　电源屏监测模块采用多CPU设计方式，用三片单片机分别来实现：显示、存储及其主要的控制功能、与下层模块间的通讯、键盘与语音报警处理等控制。选用AT89C55单片机来做主CPU——显示、存储控制单片机，用两片单片机选用AT89C52。系统的原理图如图1所示。

　　2．1 多CPU间的数据传输

　　CPU2负责与下层模块实现通讯，当下层模块接收到传送数据的命令时，将数据包传送到CPU2， CPU2将数据包进行处理，然后通过P1.0端口向主CPU申请中断，主CPU响应中断，接收数据。主CPU将数据与贮存数据进行比较，检测是否故障，如未检测到故障，则将数据送存储器贮存，若检测到故障，则发出控制命令，选通CPU3，实现语音和显示同时报警。当CPU3检测到有键盘输入时，则通过P1.0和P1.4分别向主CPU和CPU2发出中断请求，两CPU响应中断，按键盘控制指令显示参数设置信息，并经通信端口下传至下层模块。CPU2与CPU3数据的传输方向，由双向三态口74LS245控制。电路连接图如图2所示。

图2 主CPU、CPU2、CPU1的连接

　　2．2 主CPU存储器的扩展

　　系统的外扩存储器芯片选用非易失性芯片HK1255，该芯片内置锂电池，在无外部供电的情况下，数据能保持很长时间。该芯片抗干扰能力强，可带电插拔；存储速度＜70ns；低功耗、全密封、高可靠；适于潮湿、振动、高低温等恶劣的环境中使用。

　　AT89C55具有扩展模式下有16要地址线，可寻址64KB的空间，但HK1255具有19根地址线，故扩展采用分页扩展存储器技术，用四根P0口的输出端口线，使存储器形成32个32KB的页面，从而可以达到扩展的目的。两锁存器时钟由CPU的P1.0和ALE提供，HK1255片选端由P1.1提供，其WE、OE分别与CPU的/WR、/RD相接。电路连接图如图3所示。

　　2．3 数据显示

　　本系统的显示采用内置SED1335控制器的液晶显示模块LMBGA_032_49CK_，既可以显示图形又可以显示字符。SED1335控制器可以管理64K 显示RAM，管理内藏的字符发生器及外扩的字符发生器CGRAM 或EXCGROM，它将64K 显示RAM 可分成文本显示特性区、图形显示特性区。具有文本显示特性的显示RAM 区专用于文本方式显示，在访问显示RAM 区中每个字节的数据都认为是字符代码。SED1335 将使用该字符代码确定字符库中字符首一位，然后将相应的字模数据传送到液晶显示模块上。具有图形显示特性的显示RAM 区专用于图形方式显示。在该显示RAM 区中每个字节的数据直接被送到液晶显示模块上，每个位的电平状态决定显示屏上一个点显示状态，“1”为显示，“0”为不显示。所以图形显示RAM 的一个字节对应显示屏上的8×1 点阵。

　　2．4 语音报警

　　语音报警选用高质量语音芯片ISD2560，电路连接图如图3所示。

　　在ISD2560中，预先存储了各种语音片断的信息，为方便程序的调用，将各种语音片断信息编成一个地址表。当系统发生故障时，单片机发送故障部位的地址，同时端送出低电平、P2.5送出高电平选通锁存器和ISD2560，锁存器接收锁存数据，将数据传送给ISD2560，语音播报控制器接收到这些数据，还原成可以处理的播报信息，然后由ISD2560寻址读取录好的一个个语音片断，组合成一句完整的语音提示信息播报出来。