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基于PIC16F877单片机和SSCP300芯片实现铁路灯塔控制

1 系统先容

铁路沿线的各站点都装设有用于照明的大年夜型灯塔。今朝对灯塔的节制一样平常采纳集中节制要领,在节制室中应用多个闸刀对灯塔进行一对一节制。因灯塔和节制室常位于铁路两侧,以是施工较艰苦,而且电缆的投资大年夜,自动化水平也不高。采纳电力线载波通信技巧,在现成的电力线路上传输数据,无需装设通信线路,也不占用无线通信频道资本,可很好地办理这个问题。但因为电力线上存在高衰减、高噪声、高变形等问题,它不是一个抱负的通信序言。是以要在电力线上实现靠得住的载波通信,必须选用基于扩频技巧的抗滋扰能力强的电力线载波专用Modem芯片来设计铁路灯塔节制系统。

铁路灯塔节制系统由一个主站和多少个子站构成,主站和子站挂接在单相或三上低压电力线上。主站安装于节制室内,子站安装于各灯塔底座的节制箱内。主站和子站以扩频电力线载波通信要领实现数据互换。

系统中站和子站的载波通信收集接口节制器选用美国Intellon公司的SSCP300芯片。该芯片是一个高度集成的电力线收发器和信道存取接口,供给了 CEBus(用户电子总线)总线标准。CEBus是EIA(美国电子工业协会)拟订并颁布的一种通信标准,今朝为EIA-600。CEBus标准是一种利用于收集的开放式通信协议,采纳节点到节点的通信要领,数据传输速度为10kbps。CEBbus协议采纳ISO/OSI协议中的四层:物理层、数据链路层、收集层和利用层。一个CEBus信息由报头和数据包组成,如图1所示。报头是载波侦听多路造访/冲突检测(CSMA/CDCR)协议的一部分,发送方用监听传输介质中是否有其它发送方占用信道,以获取对传输通道的节制权。CEBus采纳扩频载波(SSC)技巧,形成“Chirp”扫频旌旗灯号,对报头采纳ASK调制,数据包采纳PRK调制,频率范围为100kHz~400kHz。

基于CEBus总线的铁路灯塔节制系统的设计

2 硬件布局

2.1 主站及子站的硬件布局

主站及子站的硬件布局如图2所示。

主站以PIC16F877单片机为核心,由唆使、键盘、RS232接口、在线编程接口、通信接口等单元组成。唆使单元用74LS164串/并转换芯片实现,接到PIC16F877单片机的RB5和RB4引脚。键盘单元用74LS165并/串转换芯片实现,接到PIC16F877单片机的RA3、RA4和 RA5引脚。主站定义了具有如下功能的按键:(1)一个灯塔的器械南北灯组选择;(2)子站地址选择;(3)键盘;(4)运行敕令。在线编程接口单元使用PIC16F877单片机的/MCLR、RB3、RB6、RB7四个引脚对CPU的在系统法度榜样及定值进行改动。主站使用MAX202实现标准RS232 通信接口,可与上位监控PC机进行数据通信,也可外接Modem来实现远程通信。

子站由PIC16F877单片机、唆使、在线编程接口。固态继电器出口、地址编码、通信接口等单元组成。地址编码用于设置簿子站的地址码,用一个八位开关与PIC16F877单片机的RD口连接,共有 256个编码。每个子站装有四个固态继电器,用于开启和关闭一个灯塔的器械南北四个偏向的灯组。

2.2 通信接口

SSCP300 收集节制器供给了一个与SPI兼容的主处置惩罚器接口,将PIC16F877的RC3(SCK)、RC4(SDO)、RC5(SDI)引脚定义用于SPI串行通信,分手与SSCP300的SCLK、SDI、SDO连接。SSCP300的片选旌旗灯号/CS、复位旌旗灯号/RST及中断旌旗灯号/INT分手连接与 PIC16F877的RB3、RB2及RB1引脚。由SSCP300孕育发生的“Chirp” 波形输出到其SO管脚,经放大年夜、三级滤波、SSCP111序言接口IC放大年夜后,被传输到电力线耦合电路并送至电力线。由电力线经耦合电路来的 “Chirp”波形经无源六级LC构成的滤波器后,被传输到SSCP300的SI引脚。耦合电路采纳铁氧体磁环作为耦合变压器磁芯,变比为1:1,初次级线圈的匝数均为7。采纳TVS来抑制较大年夜幅度或较大年夜加速率的瞬间电压。

3 软件布局

系统的软件采纳模块化布局,主要包括初始化模块、输出节制模块、键盘扫描模块、通信模块等。全部软件分为主站软件和子站软件两部分。下面以通信模块软件的设计为例来阐明法度榜样设计措施。

SSCP300向与之连接的PIC16F877单片机供给CEBus办事。PIC16F877单片机经由过程SPI接口对SSCP300进行初始化、层信息设置、数据链路的存取节制设置等操作。完成以上步骤后,可进行数据的发送和接管。

PIC16F877单片机与SSCP300间各类形式的数据互换由节制敕令来实现。常用的节制敕令、十六进制码及功能如表1所示。一样平常环境下,敕令后紧跟数据长度,接着为数据信息。

表1 常用节制敕令

3.1 SSCP300的初始化

当电源接通或履行复位敕令时,SSCP300将履行一个内部诊断和建立序列。直到此序列被履行完毕,敕令才能被送至SSCP300。在对SSCP300进行初始化之前,PIC16F877要完成I/O口的初始化、片内RAM初始化以及SPI接口的初始化。

3.2 层信息设置

初始化完成后可进行层信息设置。层信息设置的数据长度为7个字节,字节0为节制要领,一样平常设为数据链路(DLL)要领;字节1为组地址的低八位;字节2为组地址的高八位;字节3为设备地址的低八位;字节4为设备地址的高八位;字节5为系统地址的低八位;字节6为系统地址的高八位。在设置地址时应留意某些段内的地址为保留地址,不要应用,如0x0000为广播地址。

在层信息设置的历程中,首先单片机向SSCP300写入LW敕令及数据长度“0X07”,然后确定好0~6字节的数据信息。层信息设置完成后,利用LR敕令读回,判断读复书息与写入信息是否同等。假犹如等则阐明设置成功,否则应从新初始化后再设置层信息。

基于CEBus总线的铁路灯塔节制系统的设计

3.3 数据链路存取节制设置

若节点之间的通信采纳地址应答要领ADRACK或地址非应答要领ADRUACK,则应进行数据链路存储节制设置,由敕令WRS-46来实现,数据长度为1。可设置的内容为:(1)在主处置惩罚器的每个发送期内必要发送ADRUACK的次数;(2)在信道间存取的光阴;(3)对付ACK和ADRUACK,是否必要考试测验多信道存取。

3.4 数据的发送和接管

数据的发送和接管分手由敕令PT和PR来实现。单片机送出PT敕令后,接着送出数据长度、节制域、目标节点的设备和系统地址、源节点的设备和系统地址、数据信息等。应答或非应答通信要领由节制域抉择。源节点地址应和初始化的地址同等,数据长度不跨越32字节。发送完成后应读回标志位,判断是否发送成功。当 SSCP300接管到有效数据帧时,将向单片机供给一其中断旌旗灯号,单片机检测到该旌旗灯号后发送PR敕令,读回SSCP300接管到的数据帧其款式与发送数据帧类似。接管完成后也应进行精确性判断。

基于CEBus总线的铁路灯塔节制系统采纳“Chirp”要领进行载波,实现了对通信旌旗灯号的扩频;以低压电力线作为通信序言,免去了构建新的通信信道的不便,具有通信速率快、抗滋扰能力强、靠得住性高等优点。该技巧还可利用在自动抄表系统、智能大年夜厦、智能小区以及一些滋扰大年夜、布线艰苦的工自动化系统中。

因为电力线不是一种抱负的通信序言,以是在利用时应斟酌到下几点:(1)电力线载波旌旗灯号只能在一个配电变压器区域范围内传送。若要超过变压器区域范围,则应设计一个双耦合节点。(2)旌旗灯号在电力线上传输存在衰减问题,一样平常旌旗灯号的衰减跟着传输间隔的增添而增添。可采纳前进载波旌旗灯号功率、三相耦合、中继等要领来办理。(3)电力线上存在高噪声。(4)电力线收集会引起数据旌旗灯号变形。

责任编辑:gt

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