CN105897331A - 通信系统现场维护多功能仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信系统现场维护多功能仪，包括：单片机系统，通过单片机系统控制的多个检测模块，与单片机系统连接的输入输出模块。本发明集合了通信系统现场维护所需要用到的多种仪器的功能，集成了多种测试手段，为光猫在线检测提供行之有效的故障判断，可应用于多种场景，一机多用。

Description

通信系统现场维护多功能仪

技术领域

本发明涉及通信系统的维护设备，尤其涉及一种针对光猫现场维护，并集合光功率检测、网口检测、POE测试、电话自动拨号以及回铃信号检测功能于一体的现场维护设备。

背景技术

现有技术中通信系统的维护和检测主要包括以下几个方面：

一、网络检测。随着网络的普及化和复杂化，网络的合理架设和正常运行变得异常重要，而保障网络的正常运行必须要从两个方面着手。其一，网络施工质量直接影响网络的后续使用，所以施工质量不容忽视，必须严格要求，认证检查，防患于未然。其二，网络故障的排查至关重要，直接影响网络的运行效率，必须追求高效率、短时间。因此网络检测辅助设备在网络施工和网络维护工作中变得越来越重要。

二、光纤检测。光纤使用光传递信息，它们比传统的电缆更优秀的特点是：抗电磁干扰，保护数据安全，不导电，无火花、安装方便。最重要的一点是，在很长的距离它也能做到100兆兆比特每秒的带宽。这在很大程度上促使了互联网革命的发生。在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。而在光纤系统中，测量光功率是最基本的一项指标。

三、以太网供电设备检测。随着网络技术的发展，许多网络设备厂商都推出了基于以太网供电（Power Over Ethernet，POE）的交换机技术，以解决一些电源布线比较困难的网络环境中需要部署低功率终端设备的问题。 POE 可以在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作做何改动的情况下，为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电，用以在确保结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。所以需要一款设备能够智能的模拟不同功率级别的以太网受电PD (Power Device)设备来检测以太网供电PSE(Power Sourcing Equipment）的可用性和性能指标，包括设备的供电类型、可用输出功率水平、支持的供电标准以及供电电压。

四、电话线路维护。随着程控交换机的发展，双音频按键电话机已逐步普及。电子电话机电路正在向集成化迈进，话机专用集成电路已广泛用于话机电路各组成部分。各种多功能电话机和特种用途电话机也应运而生。到90年代初，已有了将拨号、通话、振铃三种功能集于一块集成电路上的电话机。在使用过程中，我们经常会遇到电话线路故障的问题，而采用传统的维修方法步骤较为复杂，专业性较高。

现有的检测设备只能针对上述一种情况进行检测，因此，如何提供一种多功能检测仪是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决现有的问题，提供一种通信系统现场维护多功能仪，包括：单片机系统，通过单片机系统控制的多个检测模块，与单片机系统连接的输入输出模块。

本技术方案中，所述单片机系统采用单片机芯片以及与所述单片机芯片连接的时钟电路、存储电路、启动电路、JTAG接口一起封装而成。所述检测模块包括POE系统检测模块、电话检测模块、网络检测模块、光功率检测模块。

所述POE系统检测模块采用型号为LT4275的供电设备控制器，所述单片机系统通过IO口来控制继电器切换供电设备控制器的受电模式，使PSE设备的多次供断电，得出当前PSE设备的功率及电平。

所述电话检测模块包括用于拨通待测电话的模拟摘挂机电路、用于测试电话线路是否正常的调制解调芯片、与调制解调芯片连接的振铃检测电路、接收发送端信号调理电路、以及C-BUS接口电路。

所述单片机系统计算摘机状态下电话线路中电流大于30 mA时判断为稳定摘机状态，然后再测试电话线路是否正常。

所述网络检测模块包括网络控制芯片AX88796C，单片机系统采用SPI接口与网络控制芯片进行数据传输。

光功率检测模块包括用于获取待测光纤中的光信号的PIN光电二极管、与获取到的信号的光功率进行计算的AD8304芯片。

所述输入设备为触摸显示屏。

本发明主要应用于光猫在线检测、POE测试，电话测试，亦可应用于直放站、室分、OLT等的光功率检测。它将现有技术中多种仪器集成在一个仪器内，可以为一线维护人员提供更简单、便捷的故障判断，简化维护工具的携带。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明单片机系统的电路原理图；

图3是本发明POE系统检测模块的电路原理图；

图4是本发明电话检测模块的电路原理图；

图5是本发明网络检测模块的电路原理图；

图6是本发明光功率检测模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步进行说明。

如图1所示，本发明提供的通信系统现场维护多功能仪具备了多种功能，具体包括单片机系统，通过单片机系统控制的多个检测模块，与单片机系统连接的输入输出模块，本发明的输入输出设备采用了触摸显示屏。

如图2所示，其中单片机系统设计成最小单片机系统，即仅具备能够保证单片机正常工作的最基本的硬件电路，例如时钟电路、复位电路等，单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。该系统包括：型号为STM32F103xx增强型系列的单片机芯片，与所述单片机芯片连接的时钟电路、存储电路、启动电路，用于单片机系统Debug的JTAG接口(Joint Test Action Group ，联合测试行动小组 )。

JTAG是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试， JTAG 技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP（ Test Access Port ，测试访问口），通过专用的 JTAG 测试工具对内部节点进行测试。

STM32F103xx增强型系列的单片机芯片使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包含了多种通信接口，包括多达2个I2C接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。STM32F103xx增强型系列可以工作于-40°C至+105°C的温度范围，供电电压2.0V至3.6V，还具备一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。

本发明考虑到IO资源问题，以及100管脚的芯片有专用控制LCD的IO口，选取的芯片型号为STM32F103VET6，封装为LQFP100。

本发明的检测模块包括POE系统检测模块、电话检测模块、网络检测模块、光功率检测模块。

如图3所示， POE系统检测模块采用型号为LT4275的供电设备控制器，单片机系统通过IO口来控制继电器切换供电设备控制器的受电模式（即802.3at标准的受电分级），通过检测PSE的多次供断电，得出当前PSE的功率及电平。

本发明的POE系统检测模块的设计思路是根据以太网供电工作过程来涉及的。当在一个网络中布置 POE系统时，POE系统的工作过程如下所示：

1、检测：一开始，POE系统在端口输出很小的电压，直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE802.3af标准的受电端设备（PD端设备）。

2、PD端设备分类：当检测到受电端设备之后，POE系统可能会为PD端设备进行分类，并且评估此PD端设备所需的功率损耗。

3、开始供电：在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内，POE系统的供电设备（PSE设备）开始从低电压向PD端设备供电，直至提供48V的直流电源。

4、供电：为PD端设备提供稳定可靠48V的直流电，满足PD端设备不越过 15.4W的功率消耗。

5.断电：若PD端设备从网络上断开时，PSE设备就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为PD端设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接了PD端设备。

标准的五类网线有四对双绞线，但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的两对。IEEE80 2.3af允许两种用法，应用空闲脚供电时，4、5脚连接为正极，7、8脚连接为负极。应用数据脚供电时，将DC电源加在传输变压器的中点，不影响数据的传输。在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性。

标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备PSE设备只能提供一种用法，但是电源应用设备PD端设备必须能够同时适应两种情况。该标准规定供电电源通常是48V、13W的。PD端设备提供48V到低电压的转换是较容易的,但同时应有1500V的绝缘安全电压。

Linear（凌力尔特）公司的型号为LT4275的产品是一个引脚兼容IEEE 802.3系列和LTPoE++的供电设备（PD）控制器。型号为LT4275的供电设备控制器内部电荷泵可以提供一个N沟道MOSFET的解决方案，可以替代更大和更昂贵的P沟道MOSFET。低RDS(ON) MOSFET也大限度地提高了电力传输和效率，降低能耗和散热，并简化散热设计。启动时的浪涌电流是可调的（通过一个外部电容）。该供电设备控制器还包括一个电源良好输出，板上签名电阻器，欠压闭锁和热保护。供电设备控制器（LT4275A/LT4275B）驱动一个单一的光电耦合器，以指示连接的PSE设备的功率电平。引脚可选，支持非标准的低电压操作。辅助功率覆盖由AUX引脚支持。

如图4所示，电话检测模块包括模拟摘挂机电路、调制解调芯片CMX865、调制解调芯片CMX865的外围电路。电话测试功能实现电话自动拨号与回铃音检测，轻松实现电话故障判断。

单片机系统控制其输入输出接口（GPIO口）产生摘挂机命令，通过电话检测模块的模拟摘挂机电路向与待测电话连通的电话程控交换机发出模拟摘挂机信号，电话程控交换机响应摘挂机信号后便可完成电话线路的接通与关闭。一般直拨电话线路空载电压为48 V，摘机后直流回路接通，这时电压降为7～10 V。根据国家相关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应小于300 Ω，有"R"键的电子电话机的摘机状态直流电阻应小于350 Ω；挂机状态下的漏电流小于5μA。以此为依据单片机系统计算摘机状态下回路电流大于30 mA时判断为稳定摘机状态。然后通过调制解调芯片及其外围电路进行通讯测试。型号为CMX865的调制解调芯片是通讯部分的核心器件，是CML公司近年推出的一款低功耗调制解调芯片。它支持多种协议，最高通讯速率为1200 b/s，对应协议为BELL202和V.23，调制方式为FSK。CMX865通过C-BUS总线接口与单片机系统进行通讯。C-BUS总线由类似SPI的同步串口、中断信号线、片选线组成。CMX865调制解调芯片的外围电路主要由振铃检测电路、接收发送端信号调理电路、以及C-BUS接口电路组成。

如图5所示，网络检测模块包括网络控制芯片AX88796C，单片机系统采用SPI接口与网络控制芯片进行数据传输。在进行以太网接口电路设计时，很多应用场合尤其是手持式网络设备需要考虑低功耗设计，加之近年来IC有向封装小型化发展的趋势，减少芯片引脚数目的最佳方法即是采用串行接口，通常是采用SPI接口，这就要求选用合适的以太网控制器芯片。网络控制芯片AX88796C是一款针对嵌入式及工业以太网应用的网络控制芯片，其功耗低、引脚数少，并支持可变I/O工作电压的SPI或Non-PCI接口，可兼容多种微处理器。它采用符合业界标准的8/16 位类SRAM 或地址/数据总线复用接口，可与各类常用或高阶的微控制器直接相连，而无须添加任何外部逻辑线路。此外，网络控制芯片AX88796C 还针对具备SPI主机侧接口的微处理器，提供一组可选的SPI 从机接口来简化硬件连接。网络控制芯片AX88796C 内置符合IEEE 802.3/IEEE 802.3u规范的10/100M 以太网物理层（PHY）及媒体访问控制器（MAC），集成14 KB SRAM 网络封包缓冲，以高效率的方式进行封包的储存、检索与修改。该模块在网络测试中兼容ICMP、ARP等通用协议，适用于端对端设备的网络检测。

如图6所示，光功率检测模块包括用于获取待测光纤中的光信号的PIN光电二极管、与获取到的信号的光功率进行计算的AD8304芯片。光功率检测模块主要用于测量光信号的强弱，PIN光电二极管采用光敏感面面积较大(直径为1．10mm)的半导体PIN光电二极管，加上I层的PN结二极管可以提高探测灵敏度和响应速度。被测光通过光纤接口投射到PIN光电二极管的光敏面上时，半导体PIN光电二极管中的价带电子激发到导带，偏置电路中便会出现光电流，通过负载电阻实现I/V变换，此电压信号再经滤波放大后，最后由LCD显示器显示。光电流的大小是随输入射光的强度变化的，也就是说负载上电压信号的大小就反应了光强变化，可以通过显示器（或触摸显示屏）直接显示光功率的大小。本发明采用PIN光电二极管作为光功率计，具有高精度测量和显示，可提供0.01dB的显示精度，可以快速反应和测量，在光功率变换时，可快速跟踪和实时测量显示光功率，同时具有超宽的光功率测试量程，独到的通用接口设计。

众所周知，对数比放大器输入和输出呈对数关系，这样输入信号的动态范围可以很大。宽动态范围信号经过压缩之后，使用较低分辨率的测量电路可实现信号精确测量。假设输入信号范围从1 mV-10 V，要求在l mV时的分辨率为l％，为保证精度则在lV时分辨率就是0．001％。如果采用线性放大器，要求使用17位数模转换器。但是，如果采用对数比放大器，其输入动态范围为3个数量级，信号的分辨率保持l％，则模数转换器用12位就可以了。此外，电路采用对数比放大器，不用切换量程，避免了换档误差，使得测量精度有很大的提高。

以上的具体实施例仅用以举例说明本发明的构思，本领域的普通技术人员在本发明的构思下可以做出多种变形和变化，这些变形和变化均包括在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.通信系统现场维护多功能仪，其特征在于，包括：单片机系统，通过单片机系统控制的多个检测模块，与单片机系统连接的输入输出模块。

2.如权利要求1所述的通信系统现场维护多功能仪，其特征在于，所述单片机系统采用单片机芯片以及与所述单片机芯片连接的时钟电路、存储电路、启动电路、JTAG接口一起封装而成。

3.如权利要求1所述的通信系统现场维护多功能仪，其特征在于，所述检测模块包括POE系统检测模块、电话检测模块、网络检测模块、光功率检测模块。

4.如权利要求3所述的通信系统现场维护多功能仪，其特征在于，所述POE系统检测模块采用型号为LT4275的供电设备控制器，所述单片机系统通过IO口来控制继电器切换供电设备控制器的受电模式，使PSE设备的多次供断电，得出当前PSE设备的功率及电平。

5.如权利要求3所述的通信系统现场维护多功能仪，其特征在于，所述电话检测模块包括用于拨通待测电话的模拟摘挂机电路、用于测试电话线路是否正常的调制解调芯片、与调制解调芯片连接的振铃检测电路、接收发送端信号调理电路、以及C-BUS接口电路。

6.如权利要求5所述的通信系统现场维护多功能仪，其特征在于，所述单片机系统计算摘机状态下电话线路中电流大于30 mA时判断为稳定摘机状态，然后再测试电话线路是否正常。

7.如权利要求3所述的通信系统现场维护多功能仪，其特征在于，所述网络检测模块包括网络控制芯片AX88796C，单片机系统采用SPI接口与网络控制芯片进行数据传输。

8.如权利要求3所述的通信系统现场维护多功能仪，其特征在于，光功率检测模块包括用于获取待测光纤中的光信号的PIN光电二极管、与获取到的信号的光功率进行计算的AD8304芯片。

9.如权利要求1至8任意一项权利要求所述的通信系统现场维护多功能仪，其特征在于，所述输入设备为触摸显示屏。