基于CEBus總線(xiàn)的鐵路燈塔控制系統的設計

　1 系統介紹

鐵路沿線(xiàn)的各站點(diǎn)都裝設有用于照明的大型燈塔。目前對燈塔的控制一般采用集中控制方式，在控制室中使用多個(gè)閘刀對燈塔進(jìn)行一對一控制。因燈塔和控制室常位于鐵路兩側，所以施工較困難，而且電纜的投資大，自動(dòng)化水平也不高。采用電力線(xiàn)載波通信技術(shù)，在現成的電力線(xiàn)路上傳輸數據，無(wú)需裝設通信線(xiàn)路，也不占用無(wú)線(xiàn)通信頻道資源，可很好地解決這個(gè)問(wèn)題。但由于電力線(xiàn)上存在高衰減、高噪聲、高變形等問(wèn)題，它不是一個(gè)理想的通信媒介。因此要在電力線(xiàn)上實(shí)現可靠的載波通信，必須選用基于擴頻技術(shù)的抗干擾能力強的電力線(xiàn)載波專(zhuān)用Modem芯片來(lái)設計鐵路燈塔控制系統。

　　鐵路燈塔控制系統由一個(gè)主站和若干個(gè)子站構成，主站和子站掛接在單相或三上低壓電力線(xiàn)上。主站安裝于控制室內，子站安裝于各燈塔底座的控制箱內。主站和子站以擴頻電力線(xiàn)載波通信方式實(shí)現數據交換。

系統中站和子站的載波通信網(wǎng)絡(luò )接口控制器選用美國Intellon公司的SSCP300芯片。該芯片是一個(gè)高度集成的電力線(xiàn)收發(fā)器和信道存取接口，提供了 CEBus（用戶(hù)電子總線(xiàn)）總線(xiàn)標準。CEBus是EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )）制定并頒布的一種通信標準，目前為EIA-600。CEBus標準是一種應用于網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放式通信協(xié)議，采用節點(diǎn)到節點(diǎn)的通信方式，數據傳輸速率為10kbps。CEBbus協(xié)議采用ISO/OSI協(xié)議中的四層：物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層。一個(gè)CEBus信息由報頭和數據包組成，如圖1所示。報頭是載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測（CSMA/CDCR）協(xié)議的一部分，發(fā)送方用監聽(tīng)傳輸介質(zhì)中是否有其它發(fā)送方占用信道，以獲取對傳輸通道的控制權。CEBus采用擴頻載波（SSC）技術(shù)，形成“Chirp”掃頻信號，對報頭采用ASK調制，數據包采用PRK調制，頻率范圍為100kHz～400kHz。

基于CEBus總線(xiàn)的鐵路燈塔控制系統的設計

　　2 硬件結構

　　2.1 主站及子站的硬件結構

　　主站及子站的硬件結構如圖2所示。

　　主站以PIC16F877單片機為核心，由指示、鍵盤(pán)、RS232接口、在線(xiàn)編程接口、通信接口等單元組成。指示單元用74LS164串/并轉換芯片實(shí)現，接到PIC16F877單片機的RB5和RB4引腳。鍵盤(pán)單元用74LS165并/串轉換芯片實(shí)現，接到PIC16F877單片機的RA3、RA4和 RA5引腳。主站定義了具有如下功能的按鍵：（1）一個(gè)燈塔的東西南北燈組選擇；（2）子站地址選擇；（3）鎖鍵盤(pán)；（4）運行命令。在線(xiàn)編程接口單元利用PIC16F877單片機的/MCLR、RB3、RB6、RB7四個(gè)引腳對CPU的在系統程序及定值進(jìn)行修改。主站利用MAX202實(shí)現標準RS232 通信接口，可與上位監控PC機進(jìn)行數據通信，也可外接Modem來(lái)實(shí)現遠程通信。

　　子站由PIC16F877單片機、指示、在線(xiàn)編程接口。固態(tài)繼電器出口、地址編碼、通信接口等單元組成。地址編碼用于設置本子站的地址碼，用一個(gè)八位開(kāi)關(guān)與PIC16F877單片機的RD口連接，共有 256個(gè)編碼。每個(gè)子站裝有四個(gè)固態(tài)繼電器，用于開(kāi)啟和關(guān)閉一個(gè)燈塔的東西南北四個(gè)方向的燈組。

　　2.2 通信接口

SSCP300 網(wǎng)絡(luò )控制器提供了一個(gè)與SPI兼容的主處理器接口，將PIC16F877的RC3（SCK）、RC4（SDO）、RC5（SDI）引腳定義用于SPI串行通信，分別與SSCP300的SCLK、SDI、SDO連接。SSCP300的片選信號/CS、復位信號/RST及中斷信號/INT分別連接與 PIC16F877的RB3、RB2及RB1引腳。由SSCP300產(chǎn)生的“Chirp” 波形輸出到其SO管腳，經(jīng)放大、三級濾波、SSCP111媒介接口IC放大后，被傳輸到電力線(xiàn)耦合電路并送至電力線(xiàn)。由電力線(xiàn)經(jīng)耦合電路來(lái)的 “Chirp”波形經(jīng)無(wú)源六級LC構成的濾波器后，被傳輸到SSCP300的SI引腳。耦合電路采用鐵氧體磁環(huán)作為耦合變壓器的磁芯，變比為1：1，初次級線(xiàn)圈的匝數均為7。采用TVS來(lái)抑制較大幅度或較大加速度的瞬間電壓。

　　3 軟件結構

　　系統的軟件采用模塊化結構，主要包括初始化模塊、輸出控制模塊、鍵盤(pán)掃描模塊、通信模塊等。整個(gè)軟件分為主站軟件和子站軟件兩部分。下面以通信模塊軟件的設計為例來(lái)說(shuō)明程序設計方法。