CN104104432B - 一种基于ZigBee技术的光功率监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee技术的光功率监测装置，包括：光功率采集系统，主站，第一电源，第二电源。本发明还公开了一种基于ZigBee技术的光功率监测装置的监测方法。本发明通过ZigBee技术对以太无源光网络(EPON)中的无源分光器的光功率进行监测，实时监控光网络运行状态，其主站采用MPU+DSP集成芯片实现硬件架构设计，MPU和DSP集成在一个芯片内，负责主控和数据处理，芯片集成度高，使硬件设计简洁，整机功耗较低；数据传输及处理速度提高，业务控制更方便。

Description

一种基于ZigBee技术的光功率监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及以太无源光网络(EPON)系统中无源分光器的光功率，具体涉及一种基于ZigBee技术的光功率监测装置。

背景技术

ZigBee技术是一种新兴的低复杂度、低速率、低成本、低功耗、高可靠的无线网络通信技术,遵循IEEEE802.15.4标准，具有自配置，多节点、功耗小、时延短等特点，在工业监测、家庭智能化等方面获得广泛应用。

在电力系统的配电自动化、智能用电小区、三网融合等建设中，以太无源光网络(EPON)系统以其强大的二层/三层交换功能和丰富的业务策略，统一的多业务接入网络管理平台，成为建设的主流技术。以太无源光网络(EPON)系统由局侧的光线路终端(OLT)、用户侧的光网络单元(ONU)、多级无源分光器和光分配网络(ODN)组成，其中系统局侧(OLT)通过光分配网络(ODN)中的多级无源分光器实现与多点的用户侧(ONU)之间通信，无源分光器对以太无源光网络(EPON)系统安全运行有重大影响。

目前，对于以太无源光网络(EPON)系统在网络通信中出现的网络异常报错，通常采用的方法是，由户通过拨打客服电话，对通信存在的问题进行报错，客服在将报错信息进行登记，并逐级反馈至与用户最近的检修人员，再由检修要员对异常情况进行处理，存在的问题在于，其一，信息反馈时间过长，导致用户的报修不能及时处理；其二，由于以太无源光网络(EPON)系统中的无源分光器呈多级分布，检修人员对无源分光器存在的异常情况，需要逐级排查，才能最终确定异常无源分光器的位置，并进行检修，且因无源分光器级与级之间的位置不固定，并有一定的距离，这使得检修的过程和时间会很长，给用户和检修人员带来极大的不便；其三，不便于公司对以太无源光网络(EPON)系统运行状态进行动态的了解和分析。

发明内容

本发明设计开发了一种基于ZigBee技术的光功率监测装置，通过ZigBee技术对以太无源光网络(EPON)中无源分光器的光功率进行监测，实时监控光网络运行状态，这对以太无源光网络(EPON)系统安全运行具有重要意义，且主站采用MPU+DSP集成芯片实现硬件架构设计，MPU和DSP集成在一个芯片内，负责主控和数据处理。芯片集成度高，使硬件设计简洁，整机功耗较低；数据传输及处理速度提高，业务控制更方便。

本发明提供的技术方案为：

一种基于ZigBee技术的光功率监测装置，其特征在于，包括：

光功率采集系统，包括多个子光功率采集节点，且所述子光功率采集节点包括：

光电二极管，其与待检测的无源分光器连接，用于将接收到的无源分光器中的激光转换成与之相对应的光电流信号，

信号处理模块，其与所述光电二极管连接，用于将接收到的光电流信号转化为电压信号，且将所述电压信号滤波、放大，

模\数转换器，其与所述信号处理模块连接，用于将接收到的放大信号进行模\数转换，

节点控制模块，其与所述模\数转换器连接，用于读取模\数转换器的数据信号，完成光功率的采集，

第一ZigBee通信模块，用于将节点控制模块的数据输出；

主站，其上设置有集成MPU和DSP的处理器芯片，且所述处理器芯片与第二ZigBee通信模块、LCD多点触摸屏、FLASH闪存、DDR内存、蜂鸣器相互连接，且

所述第二ZigBee通信模块与第一ZigBee通信模块相互连接，用于接收子光功率采集节点的数据信号；

第一电源，其与子光功率采集节点连接，用于提供子光功率采集节点所需电力；

第二电源，其与处理器芯片连接，用于提供处理器芯片所需电力；其中，

所述待检测无源分光器均与一个子光功率采集节点连接，所述子光功率采集节点均与一个第一电源连接。

优选的是，其软件平台采用Android操作系统嵌入式软件平台，其软件平台能实现对光功率的检测和对异常状态的预警，并提供智能监测、人工监测两大功能模块，所述人工监测模块还包括，无源分光器当前光功率状态查询子模块、无源分光器历史光功率状态查询子模块、系统初始化子模块，数据备份子模块，发送光功率异常短信子模块。

一种基于ZigBee技术的光功率监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，信号采集，光功率采集节点接收待检测无源分光器发送的激光信号，并将接收的激光信号转换成数字信号，

步骤2，数据传输，ZigBee通信模块将光功率采集节点的数据信号传输到主站，

步骤3，数据判断、处理，主站对接收到的无源分光器的光功率状态数据进行分析，判断，如判断光功率状态数据未出现异常，刷新LCD显示屏，使LCD显示屏显示当前光功率状态，重复步骤1，如判断光功率状态数据出现异常，刷新LCD显示屏，显示异常数据，蜂鸣器发出预警信号，主站或监制人员对异常状况进行处理，再重复步骤1。

优选的是，光功率采集节点工作流程为：

步骤1，光功率采集节点初始化，

步骤2，光功率采集节点通过光电二极管将待检测无源分光器中的激光转换成与之相对应的光电流，

步骤3，信号调节模块将接收到的光电流信号转化为电压，然后经滤波、放大将信号送到模\数转换器，

步骤4，节点控制模块读取模\数转换器的数据，完成该节点光功率的采集，

步骤5，ZigBee通信模块将节点控制模块的数据传输到主站；

步骤6，重复步骤1-5；

优选的是，主站的其中一种工作流程为：

步骤1，主站初始化，

步骤2，主站对LCD多点触摸屏的按键命令进行判断，

步骤3，如判断结果为，LCD多点触摸屏的按键命令为智能监测，读取ZigBee通信模块收集到的被检测的各个无源分光器的光功率状态，

步骤4，对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据无异常，刷新LCD多点触摸屏显示屏，并将当前各个无源分光器的光功率状态显示出来，重复步骤2，

步骤5，对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据出现异常，LCD多点触摸屏将异常的无源分光器所在的位置，检修人员及其联系方式显示出来，并以短信的方式发送到相关检修人员手机上，蜂鸣器同时发出异常预警，

步骤6，数据备份，并重复步骤2；

优选的是，主站的另外一种工作流程为：

步骤1，主站初始化，

步骤2，主站对LCD多点触摸屏的按键命令进行判断，

步骤3，如判断结果为，LCD多点触摸屏的按键命令为人工监测，则对人工监测模块下LCD多点触摸屏的按键命令进行判断，

步骤4，如判断结果为有人工监测下的子功能模块按键，则响应相关子功能模块按键操作，

步骤5，如判断结果为无人工监测下的子功能模块按键，读取ZigBee通信模块收集到的被检测的各个无源分光器的光功率状态，

步骤6，对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据无异常，刷新LCD多点触摸屏显示屏，并将当前各个无源分光器的光功率状态显示出来，重复步骤2，

步骤7，对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据出现异常，LCD多点触摸屏将异常的无源分光器所在的位置，检修人员及其联系方式显示出来，蜂鸣器同时发出异常预警，

步骤8，监控人员处理警报，通过发送光功率异常短信子模块向相关检修人员发送通知短信，

步骤9，监控人员通过数据备份子模块对当前光功率异常及处理情况进行数据备份，

步骤10，监控人员可通过系统初始化子模块，对主站进行初始化，

步骤11，重复步骤2。

本发明所述的一种基于ZigBee技术的光功率监测装置，其主站采用MPU+DSP集成芯片实现硬件架构设计，MPU和DSP集成在一个芯片内，负责主控和数据处理，芯片集成度高，使硬件设计简洁，整机功耗较低，且数据传输及处理速度提高，业务控制更方便；软件平台采用目前比较流行的Android操作系统嵌入式软件平台，Android操作系统具有界面开发方便，开放性、通用性和扩展性好，集成处理能力强；通过ZigBee技术对以太无源光网络(EPON)中无源分光器的光功率进行监测，实时监控光网络运行状态，使本发明中的无线网络通信在保证可靠性的情况下，其复杂度、速率、成本、功耗均得到降低。

本发明所述的一种基于ZigBee技术的光功率监测装置，因其每一个待检测的无源分光器都连接有一个子光功率采集节点，且子光功率采集节点通过ZigBee通信模块,将其采集到的无源分光器光功率状态传输主站上，使监控人员能通过位于主站上的LCD显示屏，动态的掌握整个光网络运行状态，变被动为主动的发现光网络传输中的问题，并及时联系相关网络的检修人员，大大缩短了处理光网络异常的情况时间，值得大力推广。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于ZigBee技术的光功率监测装置的结构示意图。

图2为本发明所述的一种基于ZigBee技术的光功率监测装置的子采集节点的数据流程图。

图3为本发明所述的一种基于ZigBee技术的光功率监测装置的主站的数据流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-3所示，本发明提供一种基于ZigBee技术的光功率监测装置，包括：

光功率采集系统200，包括多个子光功率采集节点210，且所述子光功率采集节点210包括：

光电二极管211，其与待检测的无源分光器10连接，用于将接收到的无源分光器中10的激光转换成与之相对应的光电流信号，

信号处理模块212，其与所述光电二极管211连接，用于将接收到的光电流信号转化为电压信号，且将所述电压信号滤波、放大，

模\数转换器213，其与所述信号处理模块212连接，用于将接收到的放大信号进行模\数转换，

节点控制模块214，其与所述模\数转换器213连接，用于读取模\数转换器21的数据信号，完成光功率的采集，

第一ZigBee通信模块215，用于将节点控制模块214的数据输出；

主站30，其上设置有集成MPU和DSP的处理器芯片32，且所述处理器芯片32与第二ZigBee通信模块31、LCD多点触摸屏33、FLASH闪存34、DDR内存35、蜂鸣器36相互连接，且

所述第二ZigBee通信模块31与第一ZigBee通信模块215相互连接，用于接收子光功率采集节点210的数据信号；

第一电源40，其与子光功率采集节点210连接，用于提供子光功率采集节点210所需电力；

第二电源50，其与处理器芯片32连接，用于提供处理器芯片32所需电力；其中，

所述待检测无源分光器10均与一个子光功率采集节点210连接，所述子光功率采集节点210均与一个第一电源40连接。

其软件平台采用Android操作系统嵌入式软件平台，其软件平台能实现对光功率的检测和对异常状态的预警，并提供智能监测、人工监测两大功能模块，所述人工监测模块还包括，无源分光器当前光功率状态查询子模块、无源分光器历史光功率状态查询子模块、系统初始化子模块，数据备份子模块，发送光功率异常短信子模块。

一种基于ZigBee技术的光功率监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，信号采集，光功率采集节点接收无源分光器发送的激光信号，并将接收的激光信号转换成数字信号，

步骤2，数据传输，ZigBee通信模块将光功率采集节点的数据信号传输到主站，

步骤3，数据判断、处理，主站对接收到的无源分光器的光功率状态数据进行分析，判断，如判断光功率状态数据未出现异常，刷新LCD显示屏，使LCD显示屏显示当前光功率状态，重复步骤1，如判断光功率状态数据出现异常，刷新LCD显示屏，显示异常数据，蜂鸣器发出预警信号，主站或监制人员对异常状况进行处理，再重复步骤1。

实施例1，

信号采集，子光功率采集节点初始化，并通过光电二极管将待检测无源分光器中的激光转换成与之相对应的光电流，信号调节模块将接收到的光电流信号转化为电压，然后经滤波、放大将信号送到模\数转换器，节点控制模块读取模\数转换器的数据，完成该节点光功率的采集，

信号传输，ZigBee通信模块将节点控制模块的数据传输到主站；

数据判断、处理，主站初始化，并对LCD多点触摸屏的按键命令进行判断，如判断结果为，LCD多点触摸屏的按键命令为智能监测，读取ZigBee通信模块收集到的被检测的各个无源分光器的光功率状态，并对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据无异常，刷新LCD多点触摸屏显示屏，并将当前各个无源分光器的光功率状态显示出来，如数据出现异常，LCD多点触摸屏将异常的无源分光器所在的位置，检修人员及其联系方式显示出来，并以短信的方式发送到相关检修人员手机上，蜂鸣器同时发出异常预警，并对数据进行备份。

实施例2

信号采集，子光功率采集节点初始化，并通过光电二极管将无源分光器中的激光转换成与之相对应的光电流，信号调节模块将接收到的光电流信号转化为电压，然后经滤波、放大将信号送到模\数转换器，节点控制模块读取模\数转换器的数据，完成该节点光功率的采集，

信号传输，ZigBee通信模块将节点控制模块的数据传输到主站；

数据判断、处理，主站初始化，并对LCD多点触摸屏的按键命令进行判断，如判断结果为，LCD多点触摸屏的按键命令为人工监测，则对人工监测模块下LCD多点触摸屏的按键命令进行判断，如判断结果为有人工监测下的子功能模块按键，则响应相关子功能模块按键操作，如判断结果为无人工监测下的子功能模块按键，读取ZigBee通信模块收集到的被检测的各个无源分光器的光功率状态，对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据无异常，刷新LCD多点触摸屏显示屏，并将当前各个无源分光器的光功率状态显示出来，如数据出现异常，LCD多点触摸屏将异常的无源分光器所在的位置，检修人员及其联系方式显示出来，蜂鸣器同时发出异常预警，监控人员处理警报，通过发送光功率异常短信子模块向相关检修人员发送通知短信，同时通过数据备份子模块对当前光功率异常及处理情况进行数据备份。

本发明所述的一种基于ZigBee技术的光功率监测装置，其主站采用MPU+DSP集成芯片实现硬件架构设计，MPU和DSP集成在一个芯片内，负责主控和数据处理，芯片集成度高，使硬件设计简洁，整机功耗较低；数据传输及处理速度提高，业务控制更方便；软件平台采用目前比较流行的Android操作系统嵌入式软件平台，Android操作系统具有界面开发方便，开放性、通用性和扩展性好，集成处理能力强；并通过ZigBee技术对无源分光器的光功率进行监测，实时监控光网络运行状态，使本发明中的无线网络通信在保证可靠性的情况下，其复杂度、速率、成本、功耗均得到降低。

本发明所述的一种基于ZigBee技术的光功率监测装置，因其每一个待检测的无源分光器都连接有一个子光功率采集节点，且子光功率采集节点通过ZigBee通信模块,将其采集到的无源分光器光功率状态传输主站上，使监控人员能通过位于主站上的LCD显示屏，动态的掌握整个光网络运行状态，变被动为主动的发现光网络传输中的问题，并及时联系相关网络的检修人员，大大缩短了处理光网络异常的情况时间，值得大力推广。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范 围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种基于ZigBee技术的光功率监测装置，其特征在于，包括：

光功率采集系统，包括多个子光功率采集节点，且所述子光功率采集节点包括：

光电二极管，其与待检测的无源分光器连接，用于将接收到的无源分光器中的激光转换成与之相对应的光电流信号，

信号处理模块，其与所述光电二极管连接，用于将接收到的光电流信号转化为电压信号，且将所述电压信号滤波、放大，

模\数转换器，其与所述信号处理模块连接，用于将接收到的放大信号进行模\数转换，

节点控制模块，其与所述模\数转换器连接，用于读取模\数转换器的数据信号，完成光功率的采集，

第一ZigBee通信模块，用于将节点控制模块的数据输出；

主站，其上设置有集成MPU和DSP的处理器芯片，且所述处理器芯片与第二ZigBee通信模块、LCD多点触摸屏、FLASH闪存、DDR内存、蜂鸣器相互连接，且

所述第二ZigBee通信模块与第一ZigBee通信模块无线连接，用于接收子光功率采集节点的数据信号；

第一电源，其与子光功率采集节点连接，用于提供子光功率采集节点所需电力；

第二电源，其与处理器芯片连接，用于提供处理器芯片所需电力；其中，所述待检测的无源分光器均与一个子光功率采集节点连接，所述子光功率采集节点均与一个第一电源连接。

2.如权利要求1所述的基于ZigBee技术的光功率监测装置，其特征在于，其软件平台采用Android操作系统嵌入式软件平台，其软件平台能实现对光功率的检测和对异常状态的预警，并提供智能监测、人工监测两大功能模块，所述人工监测模块还包括，无源分光器当前光功率状态查询子模块、无源分光器历史光功率状态查询子模块、系统初始化子模块、数据备份子模块、发送光功率异常短信子模块。

3.一种应用如权利要求1所述光功率监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，信号采集，光功率采集节点接收待检测无源分光器发送的激光信号，并将接收的激光信号转换成数字信号，

步骤2，数据传输，ZigBee通信模块将光功率采集节点的数据信号传输到主站，

步骤3，数据判断、处理，主站对接收到的无源分光器的光功率状态数据进行分析，判断，如判断光功率状态数据未出现异常，刷新LCD显示屏，使LCD显示屏显示当前光功率状态，重复步骤1，如判断光功率状态数据出现异常，刷新LCD显示屏，显示异常数据，蜂鸣器发出预警信号，主站或监制人员对异常状况进行处理，再重复步骤1。

4.如权利要求3所述的监测方法，其特征在于，光功率采集节点工作流程为：

步骤1，光功率采集节点初始化，

步骤2，光功率采集节点通过光电二极管将无源分光器中的激光转换成与之相对应的光电流，

步骤3，信号调节模块将接收到的光电流信号转化为电压，然后经滤波、放大将信号送到模\数转换器，

步骤4，节点控制模块读取模\数转换器的数据，完成该节点光功率的采集，

步骤5，ZigBee通信模块将节点控制模块的数据传输到主站；

步骤6，重复步骤1-5。

5.如权利要求3所述的监测方法，其特征在于，主站的其中一种工作流程为：

步骤1，主站初始化，

步骤2，主站对LCD多点触摸屏的按键命令进行判断，

步骤3，如判断结果为，LCD多点触摸屏的按键命令为智能监测，读取ZigBee通信模块收集到的被检测的各个无源分光器的光功率状态，

步骤4，对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据无异常，刷新LCD多点触摸屏显示屏，并将当前各个无源分光器的光功率状态显示出来，重复步骤2，

步骤5，对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据出现异常，LCD多点触摸屏将异常的无源分光器所在的位置，检修人员及其联系方式显示出来，并以短信的方式发送到相关检修人员手机上，蜂鸣器同时发出异常预警，

步骤6，数据备份，并重复步骤2。

6.如权利要求3或5所述的监测方法，其特征在于，主站的另外一种工作流程为：

步骤1，主站初始化，

步骤2，主站对LCD多点触摸屏的按键命令进行判断，

步骤3，如判断结果为，LCD多点触摸屏的按键命令为人工监测，则对人工监测模块下LCD多点触摸屏的按键命令进行判断，

步骤4，如判断结果为有人工监测下的子功能模块按键，则响应相关子功能模块按键操作，

步骤5，如判断结果为无人工监测下的子功能模块按键，读取ZigBee通信模块收集到的被检测的各个无源分光器的光功率状态，

步骤6，对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据无异常，刷新LCD多点触摸屏显示屏，并将当前各个无源分光器的光功率状态显示出来，重复步骤2，

步骤7，对ZigBee通信模块传输的数据进行判断，如数据出现异常，LCD多点触摸屏将异常的无源分光器所在的位置，检修人员及其联系方式显示出来，蜂鸣器同时发出异常预警，

步骤8，监控人员处理警报，通过发送光功率异常短信子模块向相关检修人员发送通知短信，

步骤9，监控人员通过数据备份子模块对当前光功率异常及处理情况进行数据备份，

步骤10，监控人员可通过系统初始化子模块，对主站进行初始化，

步骤11，重复步骤2。