淺析信號電源屏的數據監測技術

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，因此設備的實時監測功能尤為重要。本文介紹了一種鐵路信號電源屏的監測系統的硬件組成部分及其具體的實現方法。

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。

一、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。

二、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。

（一）多CPU間的數據傳輸

3片CPU之間的數據傳輸采用中斷請求的控制方式，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，給出應答信號，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。

（二）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要求與外存交換數據時，首先由P0.0～P0.3發出數據存儲區對應的分頁控制碼0000～1111中的一個，由鎖存器鎖存，然后再發出十五位地址信息與外存間進行數據交換。

（三）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。

（四）語音報警

語音報警選用高質量語音芯片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。

（五）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。

（六）看門狗電路

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

（七）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。

三、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.1999.12.

（作者單位：北京鐵路局天津電務段）