浅析信号电源屏的数据监测技术

梁富祥

引言：铁路信号电源屏为铁路各信号设备提供电源服务，其供电电源质量和可靠性直接影响着信号设备能否正常运行，因此设备的实时监测功能尤为重要。本文介绍了一种铁路信号电源屏的监测系统的硬件组成部分及其具体的实现方法。

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”的要求也越來越高。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。

一、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。

二、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。

（一）多CPU间的数据传输

3片CPU之间的数据传输采用中断请求的控制方式，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，给出应答信号，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。

（二）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在扩展模式下有16根地址线，可寻址64KB的空间，但HK1255具有19根地址线，而P2.7又用作了地址分配单元的使能控制，故实际使用的地址线只有15根，可寻址215=32KB寻址空间。所以HK1255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。在CPU要求与外存交换数据时，首先由P0.0～P0.3发出数据存储区对应的分页控制码0000～1111中的一个，由锁存器锁存，然后再发出十五位地址信息与外存间进行数据交换。

（三）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。

（四）语音报警

语音报警选用高质量语音芯片ISD2560。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。

（五）与下位机的通讯接口电路

监测模块与下位机的通讯采用由MAX489接口组成的通讯接口电路，采用“接受/驱动一隔离一接受/驱动”的工作方式，该电路首先通过光隔6N137进行光电隔离，然后再将信号输入到MAX489芯片。

（六）看门狗电路

美国Xicro公司生产的非易失性器件系列中的X25045芯片，将电压监测、看门狗定时器和E2PROM三种常用功能组合在单个芯片之内。具有成本低、体积小、占I/O口线少、使用控制简单、数据或状态长时间不易丢失、看门狗和电压监测等优点，而且其复位信号是高电平，与本设计系统所选用的单片机89C55、89C52的复位信号相一致，两者中的RESET引脚可直接连接，不用再进行其他转换，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，并降低了系统的成本和功耗，非常适合本系统应用，因此本系统选用X25045组成硬件看门狗电路。

（七）键盘控制电路

本系统的键盘控制比较简单，只用“←”“→”“↓”“↑”箭头及确定、取消按键设定系统参数。采用优先编码器74LS148实现键盘输入编码，同时当有按键输入时，发出信号，向CPU提出中断申请，CPU响应中断后，处理键盘输入控制。

三、结束语

铁路信号智能电源屏系统是一个比较复杂的系统，本文论述了其监测系统的硬件组成。本系统已投入实际运行，运行状况良好。

参考文献

[1]胡锦，蔡谷明，梁先宇.单片机技术实用教程[M].高等教育出版社.2003.6.

[2]辛德强，朴顺善.X25045与8051的接口技术[J].电子技术应用.1999.12.

（作者单位：北京铁路局天津电务段）