基于STC12C的铁路信号半自动闭塞光缆传输器设计.docVIP

基于STC12C的铁路信号半自动闭塞光缆传输器设计 半自动闭塞铁路线在我国大量存在，而用于两个车站之间接一发列车的闭塞信息有正负脉冲2种信息来完成，传输闭塞信息的传输介质为架空明线或光缆。由于明线或者电缆故障而导致铁路运输中断的现象时有发生，并且一旦明线或者电缆故障后恢复起来较为复杂，通常情况下，恢复的时间在6～10 h左右，这也大大降低了区间半自动闭塞的单线铁路的运输能力。并且随着技术进步及新科技的广泛应用，光缆的应用越来越普遍，大多数铁路车站之间的传输通道已经实现了光纤传输。 信号半自动闭塞光缆传输器用于64D单线半自动闭塞的区间信号传输，其作用是代替原有的电缆或者明线传输，将原有的模拟信号转变为数字信号进行传输，可以实现传输通道的冗余备份，对传输通道进行实时监测，如果主通道发生故障，切换至备用通道，并且可发出报警，亦可将设备的工作状态上传给微机监测等上位工作站。 1 系统功能要求及结构 由于两个车站之间的距离不同，发送电压也不同，其电压范围从40～120 V不等，个别车站可能更高。OCGB信号半自动闭塞光缆传输器的主要功能就是将发送端(甲站)的电压采集后，转换为相应的数字信号通过光缆通道传输至接收端(乙站)，并复原为电压信号。根据功能要求及安全性要求，光缆传输器主要由以下几个功能模块构成：输入输出接口单元、电源单元、控制单元、通信单元。基于铁路信号的安全性和可靠性方面的考虑，系统需要完成以下几个方面的特殊功能： 1)控制模块和通信模块均采用“1+1”的备用模式，且控制单元与通信单元之间采用交叉备用的方式进行配置； 2)控制单元采用双CPU进行信号采集； 3)传输通道需冗余备份； 4)输出采用安全与门电路，符合故障导向安全原则； 5)可将本机的工作状态及报警信息上传给上位机进行显示。 根据以上功能，系统组成框图如图1所示。2 系统硬件设计 在系统的硬件设计中，电源部分采用AC/DC模块电源完成单片机及逆变电路所需的DC12V、DC5V电源及通讯所需的DC5V隔离电源。通信单元采用北京公司生产的双RS232串口转E1通道的通信模块，但是2路RS232通道为切换式工作。在控制单元中，考虑到要用到双串口实现2路传输通道的冗余备份和逆变输出驱动电源，因此选用STC12C5A60S2单片机作为主控单元的控制芯片 2．1 STCl2C5A60S2/AD/PWM系列单片机简介 STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250 k/s)，针对电机控制，强干扰场合。 该芯片具有以下特点： 1)增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051； 2)工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5．5～3．3 V(5 V单片机)STC12LE5A60S2系列工作电压：3．6～2．2 V(3 V单片机)； 3)工作频率范围：0～35 MHz，相当于普通8051的0～420 MHz； 4)用户应用程序空间8k/16k/20k/32k/40k/48k/52k/60k/62k字节； 5)片上集成1 280字节RAM； 6)通用I/O口(36/40/44个)； 7)ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口(P3．0/P3．1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片； 8)具有PWM(2路)/PCA(可编程计数器阵列，2路)功能，方便方波输出； 9)共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器； 10)具有双串口功能，可满足该系统中2路通信通道的要求。 2．2 特殊功能要求的电路实现 2．2．1 交叉备用冗余电路 主控芯片STC12C5A60S2有UART0和UART1两个串口，通信单元有S1和S2两个RS232输入接口，如图2所示；将控制单元1的通道1和通道2分别连接到通信单元1和通信单元2的串口1，将控制单元2的通道1和通道2分别连接到通信单元1和通信单元2的串口2，这样就实现了控制单元和通信单元的交叉备用，即在只有一个控制单元和一个通信单元的情况下，系统仍能正常工作。 2．2．2 安全与门电路 该设备的输出为DC24 V电源，驱动现场的ZXJ或者FXJ继电器，为了防止电子产品故障而引起的错误输出，输出部分采用了安全与门电路。对于数字电路来讲，当发生故障时一般表现出固定的高电平1或者固定的低电平0，为了提高