基于AVR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)光纖連接測試

摘 要：針對傳統(tǒng)光纖測試設(shè)備體積較大、價(jià)格昂貴等問題，設(shè)計(jì)了以AVR單片機(jī)為核心的主、從通信終端，利用光電轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行光纖與網(wǎng)線的連接轉(zhuǎn)換，通過判斷通信終端能否正確數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)光纖連接測試儀功能。該測試儀具有電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：AVR單片機(jī)；光纖連接；測試儀

中圖分類號：TM933.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

光纖通信已與我們生活息息相關(guān)，用于光纖測試的OTDR功能非常強(qiáng)大，但價(jià)格也十分昂貴。在制作光纖連接頭或進(jìn)行技能訓(xùn)練時(shí)，并不需要精細(xì)測量各種參數(shù)，只需檢驗(yàn)光纖連接是否正常，用OTDR進(jìn)行檢測顯然不具性價(jià)比。隨著技術(shù)的進(jìn)步，單片機(jī)的可靠性、處理能力、擴(kuò)展接口、功耗和集成度等方面得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于測量、控制、智能終端等領(lǐng)域，本文將單片機(jī)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高的快速光纖連接測試儀。

一、設(shè)計(jì)方案

測試儀主控芯片選用高性能、低功耗的8位AVR處理器，具體型號為Atmega64，由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，數(shù)據(jù)吞吐率可高達(dá)1MIPS/MHz，能有效緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega64單片機(jī)使用16MHz晶振作為外部時(shí)鐘源，使用小型5V直流電源或電池供電。

分別用兩塊Atmega64單片機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)通信模塊作為主機(jī)和從機(jī)數(shù)據(jù)通信終端，利用小型交換機(jī)或交叉網(wǎng)線將兩個(gè)通信終端組成小型局域網(wǎng)，通過檢測通信終端之間能否進(jìn)行正常數(shù)據(jù)傳輸來測試通信線路是否正常。連接時(shí)，一個(gè)通信終端直接與交換機(jī)相連，另一個(gè)通信終端通過光電轉(zhuǎn)換模塊連接，在保證其他線路正常的情況下，數(shù)據(jù)能否正確傳輸就取決于光纖連接的質(zhì)量，從而達(dá)到測試光纖連接的目的。單片機(jī)與網(wǎng)絡(luò)模塊之間數(shù)據(jù)傳輸采用SPI通信協(xié)議。SPI通信協(xié)議是一種高速、全雙工、同步的通信總線，只需占用四個(gè)IO口，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，具有簡單易用的特性。光纖連接測試基本原理如圖1所示。

圖1 光纖連接測試基本原理圖

二、硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，要實(shí)現(xiàn)測試功能，主要需完成數(shù)據(jù)通信終端、光電轉(zhuǎn)換模塊以及單片機(jī)控制程序等方面的設(shè)計(jì)。

（一）數(shù)據(jù)通信終端

數(shù)據(jù)終端主控芯片為Atmega64，網(wǎng)絡(luò)功能采用帶SPI接口的ENC28J60獨(dú)立以太網(wǎng)控制器實(shí)現(xiàn)，輸出接口采用HR901170A網(wǎng)絡(luò)變壓器。本設(shè)計(jì)中ATmega64 SPI 配置為主機(jī)模式，ENC28J60為從機(jī)模式。隔離變壓器HR901170A與ENC28J60的物理端口連接時(shí)必須符合IEEE802.3規(guī)范，如RJ45的插孔與隔離變壓器的間隔要小，輸出和輸入差分信號對的走線要良好隔離。

（二）光電轉(zhuǎn)換模塊

光電轉(zhuǎn)換模塊包括網(wǎng)絡(luò)接口、光纖通道、光發(fā)射器、光接收器等。光接收器和光發(fā)射器是光電轉(zhuǎn)換模塊的重要組成部分，它將來自光纖的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大、整形、再生后輸出。在測試儀中，光電轉(zhuǎn)換模塊的任務(wù)是以最小的附加噪聲及失真，將經(jīng)光纖傳輸?shù)男盘柾ㄟ^光/電轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娒}沖信號，加以放大、均衡后還原為與發(fā)送端一致的數(shù)字信號，再用網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行傳輸。光電轉(zhuǎn)換功能可采用已成型的光電轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)。

（三）控制程序

控制程序主要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)初始化、SPI始化、ENC28J60驅(qū)動(dòng)、設(shè)置MAC和IP地址，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、數(shù)據(jù)通信等功能，其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧是控制程序的核心。因測試只是兩個(gè)終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并不面向連接，通信數(shù)據(jù)量小，且在封閉網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸可靠性有保證，所以只需實(shí)現(xiàn)UDP通信協(xié)議。采用UDP協(xié)議主要基于以下優(yōu)點(diǎn)：（1）程序?qū)崿F(xiàn)起來比較容易，受環(huán)境影響較小，不容易出錯(cuò)；（2）UDP協(xié)議資源占用較少，處理數(shù)據(jù)較快。

數(shù)據(jù)通信功能主要用于檢測通信線路是否暢通，檢測的過程為：主機(jī)向加電后定時(shí)向從機(jī)IP地址發(fā)送一組UDP數(shù)據(jù)包，延時(shí)等待對方回應(yīng)，一定時(shí)間后收不到數(shù)據(jù)或收到的數(shù)據(jù)不正確則認(rèn)為傳輸線路存在故障，蜂鳴器發(fā)出聲音告警，故障指示燈亮；若收到回傳數(shù)據(jù)包且回傳數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)對比正確，則提示線路正常。測試流程如圖2所示。

圖2 測試程序流程圖

三、結(jié)束語

通過對樣機(jī)的測試表明，該測試儀準(zhǔn)確度達(dá)到了預(yù)先設(shè)計(jì)指標(biāo)，其精度完全可滿足光纖連接可靠性測試，且具有性價(jià)比高、操作簡單、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭翔，王克英，胡少強(qiáng).基于AVR單片機(jī)的電力變壓器試驗(yàn)自動(dòng)測試裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電測與儀表，2012（08）.