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基于嵌入式平臺的網(wǎng)絡(luò)化OTDR模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
針對教學(xué)訓(xùn)練中的實(shí)際困難，采用虛實(shí)結(jié)合的模擬仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)了低成本實(shí)用性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)化 OTDR模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，可以方便地實(shí)現(xiàn)多型號 OTDR 操作使用模擬訓(xùn)練。
1 系統(tǒng)概述
1.1 系統(tǒng)功能
系統(tǒng)功能是實(shí)現(xiàn)光纜線路施工與維護(hù)多型號OTDR 操 作 使 用 模 擬 訓(xùn)練 。 目 前 我 們 主要 開發(fā)了XXXXXXX、XXXX、XXXXXX3 種典型型號，對于其他型號的 OTDR 可以根據(jù)需要在后期進(jìn)行擴(kuò)展。工作在PC104 嵌入式平臺 OTDR 模擬器，可以逼真每種 OT-DR 實(shí)物操作面板、界面、測量工作流程，此外，OTDR模擬器還能夠依據(jù)主控機(jī)下達(dá)的任務(wù)，準(zhǔn)確地生成相應(yīng)測量波形并進(jìn)行顯示分析。
1.2 系統(tǒng)組成
主要由主控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和 3 個(gè) OTDR 模擬訓(xùn)練器組成。主控計(jì)算機(jī)除了完成任務(wù)下達(dá)外，還負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)能夠?qū)⒂?xùn)人員信息、訓(xùn)練情況進(jìn)行管理。交換機(jī)為一般的計(jì)算機(jī)網(wǎng)路交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)路由模擬計(jì)算機(jī)和OTDR模擬器之間的信息傳遞。
2 硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是3種OTDR模擬訓(xùn)練器的設(shè)計(jì)。
每種 OTDR 模擬器的硬件部分主要包括：專用按鍵及旋鈕面板、凌陽 61 單片機(jī)電路板、PC104 工控系統(tǒng)、液晶顯示屏及驅(qū)動(dòng)套裝。其中，61 單片機(jī)電路板負(fù)責(zé)掃描按鍵及旋鈕信息，并將掃描到的按鍵或旋鈕信息通過 232 串口發(fā)往 PC104 工控機(jī)，工控機(jī)對接收到的按鍵信息進(jìn)行處理后，依據(jù)所模擬 OTDR 儀表的工作流程和顯示方式，力求在模擬器顯示屏上呈現(xiàn)與實(shí)物一致的顯示內(nèi)容。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括：主控軟件、運(yùn)行在 61 單片機(jī)上的鍵盤與旋鈕接口程序以及 3 種 OTDR 模擬器的仿真軟件。
3.1 主控軟件
主控軟件運(yùn)行在主控計(jì)算機(jī)上，運(yùn)行在 WIN-DOWS 平臺上。該軟件主要功能有：① 負(fù)責(zé)管理參訓(xùn)人員信息;② 模擬產(chǎn)生單盤光纜衰減特性信息數(shù)據(jù)，多種線路衰減特性和故障信息數(shù)據(jù);③ 獲取由各個(gè)OTDR 模擬器發(fā)來的操作信息，根據(jù)需要可以在主控機(jī)上監(jiān)視或復(fù)現(xiàn)其中任意一個(gè)的顯示內(nèi)容;④ 數(shù)據(jù)管理功能，主要包括對單盤光纜相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)、用戶信息、學(xué)員信息、訓(xùn)練考核成績等數(shù)據(jù)的管理。
3.1.1 顯示對象設(shè)計(jì)
顯示對象是一個(gè)關(guān)于顯示的數(shù)據(jù)和函數(shù)的封裝，主控端和模擬器端共用的是一個(gè)顯示對象。其主要功能是，在主控端實(shí)現(xiàn)模擬器端顯示內(nèi)容的監(jiān)視與復(fù)現(xiàn)，在模擬器端實(shí)現(xiàn)操作指令的呈現(xiàn)。其主要封裝的數(shù)據(jù)有，波形數(shù)據(jù)(大小為8 192的int型數(shù)組)、模擬器種類標(biāo)識代碼、顯示端標(biāo)識碼、顯示狀態(tài)碼組等數(shù)據(jù);主要封裝的函數(shù)有顯示函數(shù)、更新函數(shù)、操作指令解析函數(shù)等。
3.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用 Access 數(shù)據(jù)庫存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，應(yīng)用 A-DO 數(shù)據(jù)庫接口實(shí)現(xiàn)訪問管理。數(shù)據(jù)庫主要由用戶信息數(shù)據(jù)表，光纜線路特性和故障參數(shù)(包括單盤)數(shù)據(jù)表，顯示狀態(tài)數(shù)據(jù)表等 12 個(gè)表構(gòu)成。
3.2 OTDR 模擬器面板 61 單片機(jī)編程
61 單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn) 3 種 OTDR 模擬器操作面板均與 pc104 之間的接口通信。對應(yīng)設(shè)計(jì)有 3 套程序。其功能與工作流程基本一致。
單片機(jī)程序在凌陽單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境(μ'nSPIDE1.8.4)中開發(fā)，OTDR 模擬器面板 61 單片機(jī)編程相對來說比較簡單，單片機(jī)僅是完成按鍵以及旋鈕狀態(tài)檢測，消抖編碼、232串口通信，LED指示燈控制等幾項(xiàng)功能。
3.3 OTDR 模擬器仿真軟件設(shè)計(jì)
OTDR 模擬器仿真軟件設(shè)計(jì)有 3 種，分別針對每一種型號的 OTDR，它們的設(shè)計(jì)基本類似。
OTDR 模擬器仿真 軟件 功 能 是模 擬 實(shí) 裝 OTDR的工作流程。大多數(shù) OTDR 基于嵌入式處理平臺設(shè)計(jì)，軟件的工作流程也基本類似，其工作流程是基于判斷和跳轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)化程序工作模式。
4 結(jié)束語
系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和實(shí)物模擬相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了光時(shí)域反射的網(wǎng)絡(luò)化，多型號模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)可以在主控端任意編輯訓(xùn)練內(nèi)容，同時(shí)將任務(wù)下達(dá)給多個(gè)受訓(xùn)者，可以實(shí)現(xiàn)多名受訓(xùn)者的多型號并行訓(xùn)練，此外主控系統(tǒng)還能監(jiān)視或復(fù)現(xiàn)任意一名受訓(xùn)者操作顯示情況，可以方便地實(shí)現(xiàn)操作案例的詳細(xì)講解。此外，由于系統(tǒng)對光纜故障測量儀器的人機(jī)交互和結(jié)果呈現(xiàn)采用基于 PC104 系統(tǒng)的實(shí)物形式模擬，雖然有操作過程的真實(shí)感受，但成本相對來說還是比較高，對于經(jīng)費(fèi)極度受限訓(xùn)練任務(wù)繁重的單位，還可以考慮將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為純虛擬形式。
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