智能光纤测试仪设计论文.doc

1摘要光纤通信、卫星通信以及微波通信构成了现代通信网络的三大支柱。由于光纤通信所具有的突出优点，如优越的带宽、低的传输损耗、抗电磁干扰、保密性好以及体积小重量轻等特性，使光纤通信已成为业务承载的主体，被广泛地应用于电信、网络、CAM军事通信等众多领域。因此，光纤通信的依托载体一一光缆网络的安全性和可监测性就显得特别重要。而管理和维护目前高密度分布、大容量、高速的光缆网络，除了需要大型监测系统进行集中监测维护以外，更需要灵活、轻便、智能的便携式光纤测试设备。本文主要涉及光纤测试和智能仪器研究领域。本文结合光纤衰减特性的测试技术，应用模拟电路技术、数字电路技术、单片机技术、电源技术、数字编码解码技术，给出了便携式智能光纤测试仪(SOFTM)的设计。通过硬件对数运算处理和软件曲线拟合的方法解决了在InA1mA范围内光电流测量精度问题；通过有源滤波、降低电源噪声和地电阻等方法，解决了语音信号的传输噪声问题:通过单片机编I码的方法，增强容错能力保证数字传输的可靠性，解决了数字信号远距离传输问题；通过电路的微功耗设计和软件智能关机的方案解决了电池供电系统的功耗问题。该便携式智能光纤测试仪集光功率计和光话机双重功能于一身，既可以测量光缆网络通路中的光衰减清况，也可以通过发射和接收数字信号、语音信号来检测光纤的信号传输情况，测量精度较高。在光话机状态下可实现双机通话。并具有携带方便、电池使用寿命长、全中文界面、操作简单等特点。而且，该测试仪对夕卜部使用环境的适应性能以及抗干扰性能极强，不仅适合于民用，而且能适用于军事上的野战光纤测试。本系统的实现，给光纤通信网络特别是军事上的野战光纤通信网络的管理和维护又增加了一种可靠的手段。关键词:智能光纤测试仪:光功率；单片机2DesignofSmartOpticalFiberTestMeterAbstractIninformationsocietynowadays,therearetherekeypartsofmoderncommunicationsystems,OpticalFiberCommunication,SatelilteCommunicationandMicrowaveCommunication.AndtheOpticalFiberCommunicationhasbecomethemostprinciplepartduetoitsextremelyattractivefeatures,whichareenormouspotentialbandwidth,lowtransmissionloss,electricalisolationandsignalsecurity.Ithasbeenusedinmanydifferentfields,suchastelecommunicaiton,network,CATVandmilitary.Soitbecomesmoerandmoreimportanttoensuertheopticalfibernetworkworkingwell.Tomanageopticalfibernetwork,wenotonlyneedalargemonitorsystem,butalsotheportablesmartopticalfibertestmeter.Thispapermailyrelatestothestudyfieldofopticalfibertestandsmartinstrumentation.TheSmartOpticalFiberTestMeter(abbr.SOFTM)systemcoveredtechnologiesofopticalfibertest,analoguecircuit,digitalcircuit,MCU,powerersourceanddigitalcodei/decode.Themethodsoflogairthmicampilfierandcurvefitting，adoptedtoobtainhighmeasureprecisionofphotocurrentwithintherangeof1nA-1mA.Todecreasethenoiseintransferringvoicesignal,themethodsofactivefilteranddecreasingthenoiseofpowerareadopted.Tosolvetheproblemoflongdistanttransmission,thecode/decodetechnologyisadoptedandthepowerconsumptionisverylowduetothesoftwaredesignoflow-consumptionandautomaticshutdown.TheSOFTMisaportablesmartmeterintegratedwithtwomainfunctions,opticalpowermeterandopticaltelephone.TheSOFTMcantestopticalattenuationwithhighprecisionwithintheopticalnetworksanddiagnosethetransmissionthroughsendingandreceivingthedigitalsignalsandvoicesignal.ItisveryconvenienttocarrytheSOFTMforitssmallsizeandweight.WithtotalChineseinterface,itcanbeoperatedeasily.Furthermoresinceithastheweatherprooffeature,itcanbeappliedtonotonlybusinesspurposes,butalsomilitaryfieldopticalfibercommunicationtest.TheerailzationoftheSOFTMsystemaddedonemorereliablemeanstothemanagementandmaintenanceoftheOpticalFiberCommunication.KeyWords:TheSmartOpticalFiberTestMeter；Opticalpower；MCU3引言随着网络化时代的到来，人们对信息的需求与日俱增。全球范围内IP业务突飞猛进的发展，在给传统电信业务带来巨大冲击和挑战的同时，也为电信网的发展提供了新的机遇。从当前信息技术发展的潮流来看，数据化、宽带化、综合化己成趋势，传输与交换的融合、电路交换向分组交换演进、网络向更加宽带化、智能化、集成化、兼容性、灵活性和高可靠性的方向发展已成必然。光通信是以光纤为传输媒质的通信方式，由于光纤与传统的电子线路相比，具有巨大的带宽优势、传输速率高、兼容多种传输体制等特性，近30年来已得到迅猛发展。引起了整个通信系统发生了革命性变化。电信网上各种新业务的开展，将成为推动光通信领域发展的持久动力。随着光纤在通信领域的广泛应用，随着电信业务的快速发展，光缆网络的规模迅速扩大。对光缆网络运营商而言，如何提高网络运营效益就显得尤为重要。一方面需要及时掌握网络的运营状况，在发生劣化或故障时，能够准确定位，缩短障碍历时；另一方面，一条光缆从设计、施工到维护，积累了大量的文档资料，需要先进的手段对这些收据进行保存和处理；此外，随着维护体制的改革和网络维护水平的提高，实现业务流程管理的自动化，己成为网络管理更高层次的要求和趋势。因此，对光纤测试产品的要求也正趋于微机化、智能化。光纤通信有着无比的优越性，发展速度己经超出了人们以前的想象。随着光纤在通信领域的广泛应用，必须面对的问题就是光纤设备和线路技术指标的测试和故障的测试，其中关键是光功率衰减值和语音或数字信息传输的情况测试。目前，国内市场能见到的国外生产的光纤测试设备中，主要有美国的EXTECH光纤测试仪、FIBERTEK和TRACETEK高级光纤测试仪；罗意斯公司生产的光纤测试仪、福禄克(Fluke)光纤测试仪、美国理想(IDEAL)光纤测试仪等，另外也有日本生产的光纤测试仪。其共同特点是价格昂贵，每套价格均在十几万甚至几十万以上。与光纤通信事业迅猛发展形成鲜明对比的是，国内光纤测试设备生产厂家却不多。能生产自主知识产权的光纤测试产品的厂家很少，大多都是代理国外厂家的产品。在网上可查到的有上海嘉慧、深圳兴星、珠海华普、上海科旭、南京吉隆等几家公司。其产品多数是功能单一，即只能测光功率或只具备光话机功能。只有南京吉隆光纤通信有限公司生产的光线测试仪具备测试光功率和数字、语音双重功能，但技术指标又较低，数字4信息可靠传输的光功率范围在0-30dBm。一般单模光纤(尤其是野战光纤)智能光纤测试仪的设计要求测试距离范围是100km，功率衰减要超过-40dBm,因此现有的产品满足不了使用要求。针对以上情况开发一种多功能、低价位、高技术指标的光纤测试产品是十分必要的。目前光纤测试仪主要用于两种场合，一是民用通信光纤工程施工和故障检测，二是野战光纤铺设检测和战争状态下的故障检测。二者的测试原理和电路构成完全相同，只是使用环境不同，野战光纤测试仪要求耐氏温、防水、抗震，民用光纤测试仪环境要求相对要低一些。本研究课题是针对上军用的智能光纤测试仪。本课题的思想是设计出一个能测试光纤中传输的光信号功率值并能发送和接收数字信号和语音信号的测试仪器。该仪器能够精确测量出光信号的强度并能够以数字的形式将测得的光功率值传给发送方，能够产生语音呼叫信号并传输呼叫方的语音和接收对方传来的数字和语音信号。采用最新的对数运算放大器来实现光功率测量，使得光功率测量值绝对误差小于0.3dBm；独特的数字编码和解码技术，使得在-450dBm的光功率动态范围内可实现正常的数字通信；高阶带通滤波技术，实现高清晰的语音传输效果。参考国外光话机和光功率计产品，通过电路设计，使得光话机和光功率计功能一体化，实现智能光纤测试仪功能。论文的主要工作内容如下:首先查阅大量科技文献和著作了解光纤测试这一领域的国内研究动态。其次进行了大量的市场调研工作，对光纤测试产品的应用以及市场前景做了详细了解。参考国外光话机和光功率计产品，确定本课题的研究定位为智能型便携式光纤测试仪。最后结合光学和电子学的经典理论基础，运用了现代微处理器技术，通过对关键技术的研究和设计，使得光话机和光功率计功能一体化，实现了智能光纤测试仪的功能。具体涉及硬件原理设计、版图设计、软件设计和调试，以及最后的整机调试。