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根据PIC16F877单片机和SSCP300芯片完成铁路灯塔控制系统的规划

基于PIC16F877单片机和SSCP300芯片实现铁路灯塔控制系统的设计-铁路灯塔控制系统由一个主站和若干个子站构成,主站和子站挂接在单相或三上低压电力线上。主站安装于控制室内,子站安装于各灯塔底座的控制箱内。主站和子站以扩频电力线载波通信方式实现数据交换。

1 体系介绍

铁路沿线的各站点都装设有用于照明的大型灯塔。现在对灯塔的操控一般选用集中操控办法,在操控室中运用多个闸刀对灯塔进行1对1操控。因灯塔和操控室常坐落铁路两边,所以施工较困难,并且电缆的出资大,主动化水平也不高。选用电力线载波通讯技能,在现成的电力线路上传输数据,无需装设通讯线路,也不占用无线通讯频道资源,可很好地处理这个问题。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讯前言。因而要在电力线上完结牢靠的载波通讯,有必要选用根据扩频技能的抗搅扰能力强的电力线载波专用Modem芯片来规划铁路灯塔操控体系。

铁路灯塔操控体系由一个主站和若干个子站构成,主站和子站挂接在单相或三上低压电力线上。主站装置于操控室内,子站装置于各灯塔底座的操控箱内。主站和子站以扩频电力线载波通讯办法完结数据交换。

体系中站和子站的载波通讯网络接口操控器选用美国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)总线规范。CEBus是EIA(美国电子工业协会)拟定并公布的一种通讯规范,现在为EIA-600。CEBus规范是一种使用于网络的开放式通讯协议,选用节点到节点的通讯办法,数据传输速率为10kbps。CEBbus协议选用ISO/OSI协议中的四层:物理层、数据链路层、网络层和使用层。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拜访/抵触检测(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操控权。CEBus选用扩频载波(SSC)技能,构成“Chirp”扫频信号,对报头选用ASK调制,数据包选用PRK调制,频率规模为100kHz~400kHz。

根据PIC16F877单片机和SSCP300芯片完结铁路灯塔操控体系的规划

根据CEBus总线的铁路灯塔操控体系的规划

2 硬件结构

2.1 主站及子站的硬件结构

主站及子站的硬件结构如图2所示。

根据CEBus总线的铁路灯塔操控体系的规划

主站以PIC16F877单片机为中心,由指示、键盘、RS232接口、在线编程接口、通讯接口等单元组成。指示单元用74LS164串/并转化芯片完结,接到PIC16F877单片机的RB5和RB4引脚。键盘单元用74LS165并/串转化芯片完结,接到PIC16F877单片机的RA3、RA4和 RA5引脚。主站界说了具有如下功用的按键:(1)一个灯塔的东西南北灯组挑选;(2)子站地址挑选;(3)键盘;(4)运转指令。在线编程接口单元运用PIC16F877单片机的/MCLR、RB3、RB6、RB7四个引脚对CPU的在体系程序及定值进行修正。主站运用MAX202完结规范RS232 通讯接口,可与上位监控PC机进行数据通讯,也可外接Modem来完结长途通讯。

子站由PIC16F877单片机、指示、在线编程接口。固态继电器出口、地址编码、通讯接口等单元组成。地址编码用于设置簿本站的地址码,用一个八位开关与PIC16F877单片机的RD口衔接,共有 256个编码。每个子站装有四个固态继电器,用于敞开和封闭一个灯塔的东西南北四个方向的灯组。

2.2 通讯接口

SSCP300 网络操控器供给了一个与SPI兼容的主处理器接口,将PIC16F877的RC3(SCK)、RC4(SDO)、RC5(SDI)引脚界说用于SPI串行通讯,别离与SSCP300的SCLK、SDI、SDO衔接。SSCP300的片选信号/CS、复位信号/RST及中止信号/INT别离衔接与 PIC16F877的RB3、RB2及RB1引脚。由SSCP300发生的“Chirp” 波形输出到其SO管脚,经扩大、三级滤波、SSCP111前言接口IC扩大后,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。耦合电路选用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。选用TVS来按捺较大起伏或较大加速度的瞬间电压。

3 软件结构

体系的软件选用模块化结构,首要包含初始化模块、输出操控模块、键盘扫描模块、通讯模块等。整个软件分为主站软件和子站软件两部分。下面以通讯模块软件的规划为例来阐明程序规划办法。

SSCP300向与之衔接的PIC16F877单片机供给CEBus服务。PIC16F877单片机经过SPI接口对SSCP300进行初始化、层信息设置、数据链路的存取操控设置等操作。完结以上过程后,可进行数据的发送和接纳。

PIC16F877单片机与SSCP300间各种形式的数据交换由操控指令来完结。常用的操控指令、十六进制码及功用如表1所示。一般情况下,指令后紧跟数据长度,接着为数据信息。

表1 常用操控指令

3.1 SSCP300的初始化

当电源接通或履行复位指令时,SSCP300将履行一个内部确诊和树立序列。直到此序列被履行结束,指令才干被送至SSCP300。在对SSCP300进行初始化之前,PIC16F877要完结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

初始化完结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为操控办法,一般设为数据链路(DLL)办法;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为体系地址的低八位;字节6为体系地址的高八位。在设置地址时应留意某些段内的地址为保存地址,不要运用,如0x0000为播送地址。

在层信息设置的过程中,首要单片机向SSCP300写入LW指令及数据长度“0X07”,然后确定好0~6字节的数据信息。层信息设置完结后,使用LR指令读回,判别读回信息与写入信息是否共同。假如共同则阐明设置成功,否则应从头初始化后再设置层信息。

根据CEBus总线的铁路灯塔操控体系的规划

根据CEBus总线的铁路灯塔操控体系的规划

3.3 数据链路存取操控设置

若节点之间的通讯选用地址应对办法ADRACK或地址非应对办法ADRUACK,则应进行数据链路存储操控设置,由指令WRS-46来完结,数据长度为1。可设置的内容为:(1)在主处理器的每个发送期内需求发送ADRUACK的次数;(2)在信道间存取的时刻;(3)关于ACK和ADRUACK,是否需求测验多信道存取。

3.4 数据的发送和接纳

数据的发送和接纳别离由指令PT和PR来完结。单片机送出PT指令后,接着送出数据长度、操控域、方针节点的设备和体系地址、源节点的设备和体系地址、数据信息等。应对或非应对通讯办法由操控域决议。源节点地址应和初始化的地址共同,数据长度不超越32字节。发送完结后应读回标志位,判别是否发送成功。当 SSCP300接纳到有用数据帧时,将向单片机供给一个中止信号,单片机检测到该信号后发送PR指令,读回SSCP300接纳到的数据帧其格局与发送数据帧相似。接纳完结后也应进行正确性判别。

根据CEBus总线的铁路灯塔操控体系选用“Chirp”办法进行载波,完结了对通讯信号的扩频;以低压电力线作为通讯前言,免去了构建新的通讯信道的不方便,具有通讯速度快、抗搅扰能力强、牢靠性高级长处。该技能还可使用在主动抄表体系、智能大厦、智能小区以及一些搅扰大、布线困难的工主动化体系中。

因为电力线不是一种抱负的通讯前言,所以在使用时应考虑到下几点:(1)电力线载波信号只能在一个配电变压器区域规模内传送。若要跨过变压器区域规模,则应规划一个双耦合节点。(2)信号在电力线上传输存在衰减问题,一般信号的衰减跟着传输间隔的添加而添加。可选用进步载波信号功率、三相耦合、中继等办法来处理。(3)电力线上存在高噪声。(4)电力线网络会引起数据信号变形。

责任编辑:gt

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