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J基于點(diǎn)式LED的，智能點(diǎn)燈系統的設計論文
隨著(zhù)國民經(jīng)濟、國民素質(zhì)的不斷提高，隨著(zhù)我國鐵路的不斷提速、不斷發(fā)展，國家對鐵路“安全行車(chē)”方面越來(lái)越重視、對鐵路上道使用器材的技術(shù)先進(jìn)性、質(zhì)量可靠性把關(guān)審核越來(lái)越嚴格，尤其對關(guān)系到“行車(chē)安全”的鐵路信號系統器材更為重視。點(diǎn)燈系統就是保障“行車(chē)安全”的基礎鐵路信號系統，與“行車(chē)安全”密不可分，因此對點(diǎn)燈系統的研究具有廣闊的前景。
1 系統組成
點(diǎn)燈系統是鐵路行車(chē)信號的燈絲自動(dòng)轉換裝置，是保證鐵路行車(chē)安全的重要信號部件， 是集交流點(diǎn)燈、燈絲轉換、故障定位報警為一體的多功能智能點(diǎn)燈系統。點(diǎn)式LED 智能點(diǎn)燈系統由LED 燈頭、點(diǎn)燈單元、信號機構、燈絲繼電器、監測主機五部分組成，系統整體示意圖如圖1 所示。此系統功能完整、質(zhì)量可靠，具有如下特點(diǎn)：
1)采用5 種顏色大功率單顆LED 做為光源滿(mǎn)足點(diǎn)燈系統對光學(xué)特性的要求。2)點(diǎn)燈單元采用橫流驅動(dòng)等技術(shù)保證正常驅動(dòng)LED負載;采用比較電路以及光敏檢測電路檢測點(diǎn)燈單元的主、副絲工作正常與否;采用副絲供電電源做為監測報警電路供電電源，真正做到主電路和監測報警電路物理分離。
3)監測主機硬件采用Cortex-M3內核的ARM 處理器STM32 為主控制器，軟件采用操作系統方式實(shí)現多任務(wù)的調度，人機交互采用觸摸液晶屏方式實(shí)現，可在觸摸屏上直接設置點(diǎn)燈單元地址
碼和燈位名稱(chēng)的對應關(guān)系，不需另配下載器。
4)通信采用電流環(huán)通信方式，根據主機與子機通信回路是否有電流通過(guò)來(lái)判斷是否有子機發(fā)生故障報警，這種方式可靠性高、抗干擾能力強、傳輸距離長(cháng)[。
2 系統硬件設計
2.1 系統硬件總體設計
點(diǎn)燈單元是基于STM8 單片機， 由主控點(diǎn)燈檢測模塊、通信報警模塊、連接模塊、電源管理模塊、接口模塊5 部分組成， 監測主機是基于STM32103F 單片機，由主控核心模塊、通信報警模塊、電源模塊、轉接模塊、液晶顯示模塊組成，
2.2 系統通信報警硬件設計
系統通信報警電路是基于電流環(huán)通信方式設計的，包括監測主機通信報警電路如圖4 所示、點(diǎn)燈單元通信報警電路如圖5 所示。電流環(huán)通信過(guò)程中，傳輸兩種電流信號，一種為電流報警信號，一種為回執電流信號。監測主機電流環(huán)電路和點(diǎn)燈單元電流環(huán)通信，在有電流信號傳輸時(shí)，可處于三種狀態(tài)，發(fā)送狀態(tài)、接收狀態(tài)、環(huán)路溝通狀態(tài)。發(fā)送狀態(tài)即監測主機電流環(huán)電路或點(diǎn)燈單元電流環(huán)電路處于方波脈沖發(fā)送狀態(tài)， 整個(gè)電流環(huán)回路中有方波脈沖信號在傳輸; 接收狀態(tài)即監測主機電流環(huán)電路或點(diǎn)燈單元電流環(huán)電路處于等待接收方波脈沖的階段; 環(huán)路溝通狀態(tài)即監測主機電流環(huán)電路或點(diǎn)燈單元電流環(huán)電路處于接收狀態(tài)時(shí)， 依靠自身電流環(huán)回路的發(fā)送部分電路，溝通整個(gè)電流環(huán)回路狀態(tài)。
電流環(huán)通信的工作過(guò)程如下： 當整個(gè)電流環(huán)回路無(wú)電流信號傳輸時(shí)， 監測主機電流環(huán)電路處于環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài)， 點(diǎn)燈單元電流環(huán)電路處于接收狀態(tài);當點(diǎn)燈單元產(chǎn)生電流報警信號時(shí)，點(diǎn)燈單元轉換至發(fā)送狀態(tài)，每發(fā)送完一次電流報警信號，點(diǎn)燈單元就進(jìn)入環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài)， 監測主機仍處于環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài); 當監測主機識別出點(diǎn)燈單元發(fā)送的電流報警信號時(shí)， 通過(guò)調整、變換、監測主機波形校準電路，把電流報警信號信息，轉換成監測主機單片機可識別信號， 同時(shí)監測主機單片機發(fā)送出斷開(kāi)環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài)命令，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，發(fā)送回執電流信號，監測主機每發(fā)送完一次回執電流信號， 監測主機就進(jìn)入環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài);當點(diǎn)燈單元識別出回執電流信號后，點(diǎn)燈單元斷開(kāi)環(huán)路溝通狀態(tài)，進(jìn)入接收狀態(tài)。
3 軟件設計
點(diǎn)式LED 智能點(diǎn)燈監測系統采用電流環(huán)通信的方式實(shí)現室內監測主機對室外LED 點(diǎn)燈單元故障的定位和報警。室內監測主機有四路檢測通道，每路檢測通道最多設置50 個(gè)現場(chǎng)點(diǎn)燈單元的尋址地址，通訊方式是采用分機呼叫，總機應答的方式。由于電流環(huán)通信回路是通過(guò)回路中電流的通斷傳遞信息， 因此在一個(gè)通信周期內僅允許一臺分機占用總線(xiàn)，若多臺分機同時(shí)占用總線(xiàn)會(huì )導致無(wú)法通信。因此分機在通信完成后一定要及時(shí)釋放總線(xiàn)。
當LED 點(diǎn)燈單元發(fā)生主副光源切換后，LED 點(diǎn)燈監測分機上電工作。分機的單片機在上電完成初始化后，首先讀取撥碼盤(pán)設定的地址碼，之后以地址碼為基準生成一個(gè)隨機數， 分機單片機的定時(shí)器從0 開(kāi)始以這個(gè)隨機數為溢出值開(kāi)始延時(shí)， 這樣做的目的是給每個(gè)分機分配不同的發(fā)送起始時(shí)間， 避免多臺總機同時(shí)發(fā)送信息造成電流環(huán)無(wú)法正常通信。當延時(shí)結束后，分機的串口開(kāi)始發(fā)送報警信息。電流環(huán)通信電路將串口發(fā)送出的TTL 電平轉換為對應的高低電流， 通過(guò)電流環(huán)總線(xiàn)將電流傳遞到主機的接收電路上�？倷C的電流環(huán)通信電路將總線(xiàn)上的電流轉換成對應的TTL 電壓， 從而使主機單片機的串口接收到分機的報警信息。
在接到分機的報警信息后， 向該分機發(fā)送回執碼， 若分機接收到總機發(fā)過(guò)來(lái)的回執碼則停止發(fā)送并永久退出總線(xiàn)， 否則分機暫時(shí)退出總線(xiàn)并在一段時(shí)間之后重新向主機發(fā)送報警信息。各通道的點(diǎn)燈單元編碼后都需要與現場(chǎng)真實(shí)燈名稱(chēng)一一對應。
4 結束語(yǔ)
點(diǎn)式LED 智能點(diǎn)燈系統主機監測采用電流環(huán)通信方式， 該通信方式采用環(huán)路電流的有無(wú)來(lái)判斷是否有故障發(fā)生， 這種方式可靠性高、抗干擾能力強、傳輸距離長(cháng)，可滿(mǎn)足站內3 公里，區間15 公里傳輸距離的要求[6]。此種通信方式配合軟件差時(shí)設計，能減少甚至避免誤報警、錯報警現象的發(fā)生，為現場(chǎng)施工、使用、維護帶來(lái)極大便利。
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