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利用GP-IB接口和單片機系統實現光功率的自動智能檢測
摘要：討論了采用8051單片機系統和利用光功率計gp-ib接口實現光功率的自動智能測量原理及實現方法。該方法具有無人值守、遠程控制、長時間自動測量及數據分析的功能，符合國際標準。關鍵詞：8051單片機 gp-ib接口 智能自動檢測 1 引言 隨著光纖通信技術的不斷發展，在實際工程和科研中，需要測量光功率的場合越來越多，尤其是對光終端設備或器件進行功能測試及故障診斷時，往往需要在一定時間內不間斷測量和記錄光功率值，既消耗大量時間、精力，又使人為誤差的機率升高，同時由于測量人員測量和讀取過程缺乏規律性，使測量結果不能直接作為系統辨識、功能測試及故障診斷的依據。本文提出并實現了利用光功率計中gp-ib接口，通過8051系列為核心的單片機控制系統，對光功率進行智能測量。該系統的實現，既可對光功率計進行遠程自動控制、參數設定、測試數據的采集與存儲，又可在pc機上智能操作和數據分析。
2 技術標準檢測系統利用光功率計（av2495型）符合 ieee488標準（即并行外總線標準）的gp-ib接口，程控光功率計所有功能和數據設定。gp-ib接口輸出信息按幀傳送，其格式如圖1。
檢測系統的核心為8051系列單片機，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。它執行的通信協議比較獨特，在構成通信系統局網時，不必再配置數據鏈路層協議。單片機系統以主從方式分配總線使用權，以位并行字節串行方式傳送數據，采用三線持鉤技術控制數據交換，進行雙向異步通信，確保傳送數據準確可靠，傳輸速率達1mbps，傳輸距離達20m。由于借鑒大型計算機的并行體系結構，利用工業控制局網技術，使系統最多可同時連接14臺光功率計，完成自動測試。在尋址方式上將數據線與地址線復用實現總線尋址。利用sio通信法，采用 rs232標準，實現pc機與單片機系統之間的通信與控制，從而可完成pc機對整個自動測試系統的控制，并且可把測試結果隨時送回pc機中的數據庫中，以便調用和將測試結果進行綜合分析。 3 硬件實現原理 3.1 系統構成利用上述技術，成功實現了設計要求，其構成如圖2所示。其中8051是整個系統的核心部分，主要完成對光功率計的控制，接收來自8155擴展口的數據，將數據存儲于ram或送到pc機串口；采用8155擴展口接收來自光功率計的測量數據，設計中采用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的仿真串口p1.0和p1.1，其作用是對工作狀態和測量數據進行顯示，其中p1.0是數據口，p1.1是時鐘口；通過鍵盤可控制系統工作狀態和設定參數，實際中采用獨立式按鍵和外部中斷方式0實現；ram作用是將測量數據存儲以備查用；max232是將ttl電平轉換成 rs232電平，以完成8051與pc機的通信，通過pc機界面可實現對系統的遠程控制、數據回傳和分析。
3.2 單片機與gp-ib接口的連接gp-ib接口總線共24根，其中8根數據線（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備信息，每次傳送一個字節都需要進行三線掛鉤過程； 3根掛鉤線，分別是dav（數據有效線）、nrfd（未準備好接收數據線）和ndac（數據未收到線）；5根管理線，atn（注意線）、ifc（接口消除線）、ren （遠控可能線）、srq（服務請求線）和eoi（結束或識別線）；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均采用負邏輯，數據線中均采用標準ascii碼。 檢測系統中信號線為dio1～dio 8，eoi，dav，nrfd，ndac，ifc，atn，ren。與單片機的連接如圖3所示。
gp-ib系統采用廣播式通信，為保證數據傳送準確可靠，采用三線掛鉤技術，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。每傳送一個字節信息的掛鉤過程為(1) 講者待發送，聽者待接受的初始狀態下，聽者通過nrfd發高電平（nrfd=0），表示數據已準備好接收； (2) 講者送數據到dio上，把dav變成低電平（dav=1），告訴聽者數據有效； (3) 聽者檢測到dav=1后，開始接收數據，同時置nrfd為低電平（nrfd=1），表示對dav=1 響應； (4)當聽者把數據存入數據緩沖器后，把ndac變成高電平（ndac=0），表示收到數據； (5)講者檢測出ndac=0后，發dav=0，表示dio上數據無效； (6)聽者檢測到dav=0時，即發出ndac=1以示響應； (7)聽者又發出nrfd=0，準備下次數據接收。 三線掛鉤過程，保證了智能自動光功率測量的數據準確，這種過程是由軟件實現的。 3.3 單片機與pc機串口的連接與通信單片機和pc機之間通信是由8051的txd和 rxd口通過max232的電平轉換和pc機的串口來完成的，如圖4所示。其中max芯片上的數字表示管腳，其通信過程是8051端通過txd各rxd將存儲器ram中的數據傳到pc機串口即可，pc機端通過vb程序中的一個串口通信控制接收來自串口的數據，并由vb程序將數據顯示在控制界面上，同時將數據自動存儲在access數據庫中。pc機發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采用中斷方式接收 pc機信息。
4 軟件實現過程 上面介紹了整個系統的硬件實現方法，而實際中很多功能的實現靠軟件實現。系統中軟件主要分為兩塊，一塊是匯編語言對單片機的工作控制，也是主要程序塊。其主要思路是通過設置一個標志位，程序中通過判斷這一標志位來轉入不同的子程序，本程序是通過判斷5ah單元的內容。實現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和單片機通信，同時完成在access數據庫 中對測量光功率值數據的存儲。其命令格式和光功率計本身命令格式相同。 
5 結果 利用上述單片機系統和gp-ib接口，成功實現了光功率的自動智能檢測。該系統能實現遠程監控、手動/自動測量、連續自動測量和有一定延遲的定時自動測量，延遲時間可選，真正實現了長時間自動檢測、自動存儲數據，遠控距離達到了ieee488和rs232國際標準。該系統還可在pc機上進行測控，并進行數據分析，測量結果準確可靠。目前該系統已通過國家法定機構檢測和專家鑒定。 該系統更重要的就是可與光功率計連接，還可與具有gp-ib接口的多種測量儀表相連，完成智能測試，因此具有廣泛的應用前景。論文出處(作者):冷卻塔性能的評價
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