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利用GP-IB接口和單片機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)光功率的自動智能檢測
摘要：討論了采用8051單片機(jī)系統(tǒng)和利用光功率計gp-ib接口實現(xiàn)光功率的自動智能測量原理及實現(xiàn)方法。該方法具有無人值守、遠(yuǎn)程控制、長時間自動測量及數(shù)據(jù)分析的功能，符合國際標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：8051單片機(jī) gp-ib接口 智能自動檢測 1 引言 隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，在實際工程和科研中，需要測量光功率的場合越來越多，尤其是對光終端設(shè)備或器件進(jìn)行功能測試及故障診斷時，往往需要在一定時間內(nèi)不間斷測量和記錄光功率值，既消耗大量時間、精力，又使人為誤差的機(jī)率升高，同時由于測量人員測量和讀取過程缺乏規(guī)律性，使測量結(jié)果不能直接作為系統(tǒng)辨識、功能測試及故障診斷的依據(jù)。本文提出并實現(xiàn)了利用光功率計中g(shù)p-ib接口，通過8051系列為核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，對光功率進(jìn)行智能測量。該系統(tǒng)的實現(xiàn)，既可對光功率計進(jìn)行遠(yuǎn)程自動控制、參數(shù)設(shè)定、測試數(shù)據(jù)的采集與存儲，又可在pc機(jī)上智能操作和數(shù)據(jù)分析。
2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢測系統(tǒng)利用光功率計（av2495型）符合 ieee488標(biāo)準(zhǔn)（即并行外總線標(biāo)準(zhǔn)）的gp-ib接口，程控光功率計所有功能和數(shù)據(jù)設(shè)定。gp-ib接口輸出信息按幀傳送，其格式如圖1。
檢測系統(tǒng)的核心為8051系列單片機(jī)，通過gp-ib接口，對單臺或多臺光功率計相連控制，完成自動測試和通信。它執(zhí)行的通信協(xié)議比較獨特，在構(gòu)成通信系統(tǒng)局網(wǎng)時，不必再配置數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。單片機(jī)系統(tǒng)以主從方式分配總線使用權(quán)，以位并行字節(jié)串行方式傳送數(shù)據(jù)，采用三線持鉤技術(shù)控制數(shù)據(jù)交換，進(jìn)行雙向異步通信，確保傳送數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，傳輸速率達(dá)1mbps，傳輸距離達(dá)20m。由于借鑒大型計算機(jī)的并行體系結(jié)構(gòu)，利用工業(yè)控制局網(wǎng)技術(shù)，使系統(tǒng)最多可同時連接14臺光功率計，完成自動測試。在尋址方式上將數(shù)據(jù)線與地址線復(fù)用實現(xiàn)總線尋址。利用sio通信法，采用 rs232標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)pc機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)之間的通信與控制，從而可完成pc機(jī)對整個自動測試系統(tǒng)的控制，并且可把測試結(jié)果隨時送回pc機(jī)中的數(shù)據(jù)庫中，以便調(diào)用和將測試結(jié)果進(jìn)行綜合分析。 3 硬件實現(xiàn)原理 3.1 系統(tǒng)構(gòu)成利用上述技術(shù)，成功實現(xiàn)了設(shè)計要求，其構(gòu)成如圖2所示。其中8051是整個系統(tǒng)的核心部分，主要完成對光功率計的控制，接收來自8155擴(kuò)展口的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲于ram或送到pc機(jī)串口；采用8155擴(kuò)展口接收來自光功率計的測量數(shù)據(jù)，設(shè)計中采用8051的p0口和8155的ad7～ad0相連。以高位地址直接作為i0/m信號的方式形成i0/m信號；顯示部分采用單片機(jī)的仿真串口p1.0和p1.1，其作用是對工作狀態(tài)和測量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，其中p1.0是數(shù)據(jù)口，p1.1是時鐘口；通過鍵盤可控制系統(tǒng)工作狀態(tài)和設(shè)定參數(shù)，實際中采用獨立式按鍵和外部中斷方式0實現(xiàn)；ram作用是將測量數(shù)據(jù)存儲以備查用；max232是將ttl電平轉(zhuǎn)換成 rs232電平，以完成8051與pc機(jī)的通信，通過pc機(jī)界面可實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)回傳和分析。
3.2 單片機(jī)與gp-ib接口的連接gp-ib接口總線共24根，其中8根數(shù)據(jù)線（dio1～dio8），用來雙向異步、互鎖地傳送信息。主要傳送接口信息或設(shè)備信息，每次傳送一個字節(jié)都需要進(jìn)行三線掛鉤過程； 3根掛鉤線，分別是dav（數(shù)據(jù)有效線）、nrfd（未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)線）和ndac（數(shù)據(jù)未收到線）；5根管理線，atn（注意線）、ifc（接口消除線）、ren （遠(yuǎn)控可能線）、srq（服務(wù)請求線）和eoi（結(jié)束或識別線）；最后是8根地線。這些線在實際中有一定用法要求，并且gp-ib均采用負(fù)邏輯，數(shù)據(jù)線中均采用標(biāo)準(zhǔn)ascii碼。 檢測系統(tǒng)中信號線為dio1～dio 8，eoi，dav，nrfd，ndac，ifc，atn，ren。與單片機(jī)的連接如圖3所示。
gp-ib系統(tǒng)采用廣播式通信，為保證數(shù)據(jù)傳送準(zhǔn)確可靠，采用三線掛鉤技術(shù)，即源方向、受方向傳輸消息的每一個過程都受到dav，nrfd和 ndac三線上的信息制約。一般源方為講者，受方為聽者。每傳送一個字節(jié)信息的掛鉤過程為(1) 講者待發(fā)送，聽者待接受的初始狀態(tài)下，聽者通過nrfd發(fā)高電平（nrfd=0），表示數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好接收； (2) 講者送數(shù)據(jù)到dio上，把dav變成低電平（dav=1），告訴聽者數(shù)據(jù)有效； (3) 聽者檢測到dav=1后，開始接收數(shù)據(jù)，同時置nrfd為低電平（nrfd=1），表示對dav=1 響應(yīng)； (4)當(dāng)聽者把數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩沖器后，把ndac變成高電平（ndac=0），表示收到數(shù)據(jù)； (5)講者檢測出ndac=0后，發(fā)dav=0，表示dio上數(shù)據(jù)無效； (6)聽者檢測到dav=0時，即發(fā)出ndac=1以示響應(yīng)； (7)聽者又發(fā)出nrfd=0，準(zhǔn)備下次數(shù)據(jù)接收。 三線掛鉤過程，保證了智能自動光功率測量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，這種過程是由軟件實現(xiàn)的。 3.3 單片機(jī)與pc機(jī)串口的連接與通信單片機(jī)和pc機(jī)之間通信是由8051的txd和 rxd口通過max232的電平轉(zhuǎn)換和pc機(jī)的串口來完成的，如圖4所示。其中max芯片上的數(shù)字表示管腳，其通信過程是8051端通過txd各rxd將存儲器ram中的數(shù)據(jù)傳到pc機(jī)串口即可，pc機(jī)端通過vb程序中的一個串口通信控制接收來自串口的數(shù)據(jù)，并由vb程序?qū)?shù)據(jù)顯示在控制界面上，同時將數(shù)據(jù)自動存儲在access數(shù)據(jù)庫中。pc機(jī)發(fā)出控制命令時過程相反，8051通過txd和rxd接收命令。在工作形式上單片機(jī)采用中斷方式接收 pc機(jī)信息。
4 軟件實現(xiàn)過程 上面介紹了整個系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方法，而實際中很多功能的實現(xiàn)靠軟件實現(xiàn)。系統(tǒng)中軟件主要分為兩塊，一塊是匯編語言對單片機(jī)的工作控制，也是主要程序塊。其主要思路是通過設(shè)置一個標(biāo)志位，程序中通過判斷這一標(biāo)志位來轉(zhuǎn)入不同的子程序，本程序是通過判斷5ah單元的內(nèi)容。實現(xiàn)整個過程流程圖如圖5。另一塊是由vb語言編寫程序，利用vb中的串口通信控件實現(xiàn)和單片機(jī)通信，同時完成在access數(shù)據(jù)庫 中對測量光功率值數(shù)據(jù)的存儲。其命令格式和光功率計本身命令格式相同。 
5 結(jié)果 利用上述單片機(jī)系統(tǒng)和gp-ib接口，成功實現(xiàn)了光功率的自動智能檢測。該系統(tǒng)能實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、手動/自動測量、連續(xù)自動測量和有一定延遲的定時自動測量，延遲時間可選，真正實現(xiàn)了長時間自動檢測、自動存儲數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)控距離達(dá)到了ieee488和rs232國際標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)還可在pc機(jī)上進(jìn)行測控，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。目前該系統(tǒng)已通過國家法定機(jī)構(gòu)檢測和專家鑒定。 該系統(tǒng)更重要的就是可與光功率計連接，還可與具有g(shù)p-ib接口的多種測量儀表相連，完成智能測試，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。論文出處(作者):冷卻塔性能的評價
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