基于单片机的光传输设备异常诊断

【摘要】 本篇文章主要讨论的是利用单片机将通信系统中各个设备的板卡信息以及指示灯信息通过编程烧入单片机内。在对通信系统进行巡视时，对设备板卡的指示灯信息进行采集，采集到的信息由单片机进行对比处理，由此可以快速准确的判断出设备存在的异常。

单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。

AVR单片机和51单片机的CPU构架以及指令集完全不同，AVR系列单片机使用的是RISC指令系统，哈佛结构的总线，每个震荡周期处理一条指令；而51系列单片机使用的是CISC指令系统，冯诺依曼结构的总线，需要12个震荡周期来完成一条指令的处理。

AVR单片机的I/O口为双向I/O口，单片机读取外部引脚电平直接通过PINX读取，而51单片机则需要先给I/O口全写1操作后才能读取外部引脚电平，相比较而言AVR单片机读取外部数据就会更容易。

高速、低耗、保密：AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；AVR单片机为多累加器型，数据处理速度快，AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；AVR单片机中断响应速度快，AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。AVR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁Lock Bit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。

I/O口功能强，具有A/D转换等电路：AVR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。工业级产品，具有大电流（灌电流）10～40 mA，可直接驱动可控硅SCR或继电器，节省了外围驱动器件。AVR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。AVR单片机可重设启动复位，以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护，可防止程序跑飞，提高了产品的抗干扰能力。

有功能强大的定时器/计数器及通讯接口：定时/计数器T/C有8位和16位，可用作比较器。计数器外部中断和PWM（也可用作D/A）用于控制输出，某些型号的AVR单片机有3～4个PWM，是作电机无级调速的理想器件。AVR单片机有串行异步通讯UART接口，不占用定时器和SPI同步传输功能，因其具有高速特性，故可以工作在一般标准整数频率下，而波特率可达576K。

片内EEPROM：EEPROM数据存储器。它是作为一个独立的数据空间而存在的，可以按字节读写。EEPROM的寿命至少为100，000次擦除周期。EEPROM的访问由地址寄存器、数据寄存器和控制寄存器决定。通过SPI和JTAG及并行电缆下载EEPROM数据的操作。

南方电网光纤传输网分为主干通信网、省（区）级传输网和地区（市）传输网三级，三级传输网均为传输网A、传输网B双平面结构。楚雄换流站作为云南地区的南网总调直调厂站，采用4套光传输设备、利用4条交流线路上的OPGW光缆接入南方电网主干光纤传输网和云南电网光纤传输网，即接入南网网A、南网网B、云网网A和云网网B。

对于通信系统来说，光传输设备是其中最重要、最核心也是最复杂的一部分，由于其重要性，每一台光传输设备都接有网管系统，通过网管系统可以查阅到每一台光设备的指示灯以及告警信息，但是网管系统也会存在不准确的情况，比如云网网A光传输设备就曾经出现过设备指示灯和网管系统指示灯不一致的情况。为了确保每一台光设备的安全稳定运行，通信人员每月都会对通信设备进行巡视，但是每一套光传输设备都至少包括了光基本卡、光放卡、预放卡、2M接口卡、以太网卡等各种板卡。以上板卡都存在板卡指示灯多并且含义不同的情况，通信人员每次巡视时都需要一一辨别其指示灯的含义，由此每次巡视都会花去很多的时间来观察板卡指示灯情况，这样既增加了作业时间，工作效率也得不到提高，光传输设备异常诊断系统便可以很好的解决这一问题。

该系统主要是由一个摄像头组成，通过该摄像头可以将板卡指示灯信息采集进来。该摄像头可以准确记录下指示灯的颜色信息，以及指示灯的闪烁频率。采集后的指示灯信息将由本系统的核心，也就是AVR单片机进行处理比较。

处理系统里会预先将各板卡信息烧进AVR单片机内，比如指示灯常亮绿色表示什么意思，快闪橙色表示什么意思。其次AVR单片机会将摄像头采集到的信息与单片机内预先烧入的板卡信息进行对比，如果采集到的信息与板卡正常信息相符，则单片机反馈一个正常信号，若采集到的信息与板卡正常信息不相符，则单片机会搜索出该异常信息的具体含义并反馈一个异常信号，并对异常做出判断。

该系统的应用将大大节约通信人员的巡视时间并提高判断设备异常的准确率，此举对于通信系统异常判断也将是一个重大突破。