J基於點式LED的，智能點燈系統的設計論文

隨着國民經濟、國民素質的不斷提高，隨着我國鐵路的不斷提速、不斷髮展，國家對鐵路“安全行車”方面越來越重視、對鐵路上道使用器材的技術先進性、質量可靠性把關審核越來越嚴格，尤其對關係到“行車安全”的鐵路信號系統器材更為重視。點燈系統就是保障“行車安全”的基礎鐵路信號系統，與“行車安全”密不可分，因此對點燈系統的研究具有廣闊的前景。

1 系統組成

點燈系統是鐵路行車信號的燈絲自動轉換裝置，是保證鐵路行車安全的重要信號部件， 是集交流點燈、燈絲轉換、故障定位報警為一體的多功能智能點燈系統。點式LED 智能點燈系統由LED 燈頭、點燈單元、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。此係統功能完整、質量可靠，具有如下特點：

1)採用5 種顏色大功率單顆LED 做為光源滿足點燈系統對光學特性的要求。2)點燈單元採用橫流驅動等技術保證正常驅動LED負載;採用比較電路以及光敏檢測電路檢測點燈單元的'主、副絲工作正常與否;採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)監測主機硬件採用Cortex-M3內核的ARM 處理器STM32 為主控制器，軟件採用操作系統方式實現多任務的調度，人機交互採用觸摸液晶屏方式實現，可在觸摸屏上直接設置點燈單元地址

碼和燈位名稱的對應關係，不需另配下載器。

4)通信採用電流環通信方式，根據主機與子機通信迴路是否有電流通過來判斷是否有子機發生故障報警，這種方式可靠性高、抗干擾能力強、傳輸距離長[。

2 系統硬件設計

2.1 系統硬件總體設計

點燈單元是基於STM8 單片機， 由主控點燈檢測模塊、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， 監測主機是基於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於電流環通信方式設計的，包括監測主機通信報警電路如圖4 所示、點燈單元通信報警電路如圖5 所示。電流環通信過程中，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。監測主機電流環電路和點燈單元電流環通信，在有電流信號傳輸時，可處於三種狀態，發送狀態、接收狀態、環路溝通狀態。發送狀態即監測主機電流環電路或點燈單元電流環電路處於方波脈衝發送狀態， 整個電流環迴路中有方波脈衝信號在傳輸; 接收狀態即監測主機電流環電路或點燈單元電流環電路處於等待接收方波脈衝的階段; 環路溝通狀態即監測主機電流環電路或點燈單元電流環電路處於接收狀態時， 依靠自身電流環迴路的發送部分電路，溝通整個電流環迴路狀態。

電流環通信的工作過程如下： 當整個電流環迴路無電流信號傳輸時， 監測主機電流環電路處於環路溝通狀態和接收狀態， 點燈單元電流環電路處於接收狀態;當點燈單元產生電流報警信號時，點燈單元轉換至發送狀態，每發送完一次電流報警信號，點燈單元就進入環路溝通狀態和接收狀態， 監測主機仍處於環路溝通狀態和接收狀態; 當監測主機識別出點燈單元發送的電流報警信號時， 通過調整、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， 同時監測主機單片機發送出斷開環路溝通狀態和接收狀態命令，進入發送狀態，發送回執電流信號，監測主機每發送完一次回執電流信號， 監測主機就進入環路溝通狀態和接收狀態;當點燈單元識別出回執電流信號後，點燈單元斷開環路溝通狀態，進入接收狀態。

3 軟件設計

點式LED 智能點燈監測系統採用電流環通信的方式實現室內監測主機對室外LED 點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 個現場點燈單元的尋址地址，通訊方式是採用分機呼叫，總機應答的方式。由於電流環通信迴路是通過迴路中電流的通斷傳遞信息， 因此在一個通信週期內僅允許一台分機佔用總線，若多台分機同時佔用總線會導致無法通信。因此分機在通信完成後一定要及時釋放總線。

當LED 點燈單元發生主副光源切換後，LED 點燈監測分機上電工作。分機的單片機在上電完成初始化後，首先讀取撥碼盤設定的地址碼，之後以地址碼為基準生成一個隨機數， 分機單片機的定時器從0 開始以這個隨機數為溢出值開始延時， 這樣做的目的是給每個分機分配不同的發送起始時間， 避免多台總機同時發送信息造成電流環無法正常通信。當延時結束後，分機的串口開始發送報警信息。電流環通信電路將串口發送出的TTL 電平轉換為對應的高低電流， 通過電流環總線將電流傳遞到主機的接收電路上。總機的電流環通信電路將總線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後， 向該分機發送回執碼， 若分機接收到總機發過來的回執碼則停止發送並永久退出總線， 否則分機暫時退出總線並在一段時間之後重新向主機發送報警信息。各通道的點燈單元編碼後都需要與現場真實燈名稱一一對應。

4 結束語

點式LED 智能點燈系統主機監測採用電流環通信方式， 該通信方式採用環路電流的有無來判斷是否有故障發生， 這種方式可靠性高、抗干擾能力強、傳輸距離長，可滿足站內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設計，能減少甚至避免誤報警、錯報警現象的發生，為現場施工、使用、維護帶來極大便利。