多路光开关阵列控制系统研究

1.3相关技术国内外研究MEMS光器件MEMS技术的应用领域不仅仅是光通信，依MEMSMEMS的空间旋转MEMS技术中使用的主要的驱性度,但由于磁感应应用系统中还有许多问题有待于解决，所以目前静电MEMS4×4OXC节点设备中的核心子系统之一。其在整个系统MEMS4×42、基本内容和2、基本内容和技术方基本内M的大小，可方便不同场合下的应用，具有较强的通用性。考虑8MEMS1×8MEMS1×64光开关。一级分机和二级分1*8MEMSOSW和其控制板为最小单位，通过级联的方式来实PC监控主机与井下一级分机，通过光纤—485模块软件设EEPROM中的配置文件，确定该模块为一级从机还是二级ID。一级分机通过上级通信接口与主机通信，通过下级通信主机有一个广播IDEEPROM中有各自唯一的从机ID，主机广播ID与协议包ID相同，相同则产生相应的控制信号，检测到已切换，向主机发送应答；31－31－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需专业知识。确6－8MEMSOpticalSwitchModule的控制机制，并参考国家标准GB3836.1-2010爆炸性环境设备通用要求完成单块控制板的设计。第×周:准备论文答辩。4 目录摘 1绪 目录摘 1绪 2 3 4 5 5.1总 5.2展 参考文 致 摘要2070摘要2070PC关键词：光纤传感；通信；控制；SincetheSincethe1970's,Opticalfibersensingtechnologyhasdevelopedrapidlywiththedevelopmentoffiber-opticcommunicationtechnology,tolightasthecarrier,tofiberopticasthemedia,single-endsensingtechniquetoSensingandtransmissionoftheexternalsignaltobemeasured.Thefiberisnotcharged,smallsize,lightweight,easytobend,anti-electromagneticinterference,radiationresistance,particularlysuitableforflammable,explosive,spaceisstrictlylimitedandstrongelectromagneticinterferenceandotherharshenvironments.However,inthetunnels,minesandotherharshenvironments,cablelayingisveryhard,theuseoftheopticalswitchcangreatlyreducetheamountofcablelaying,reducetheamountofconstruction.Inviewofopticalswitchplaysanimportantroleinopticalfibersensing,thispaperintroducesandimplementationtheopticalswitchcontrolcircuitandmulti-channelopticalswitcharraycontrolsystem.MultiplexedopticalswitcharrayincludingPCmonitoringhostonthemine,thefirstlevelinthemineandthesecondlevelinthemine.Thedifferentlevelsmachinecommunicationwiththecommunicationbus.ThecontrolcircuitofOSWreceivedthedatafromthecommunicationbus,Parsethereceiveddata,getthecommandtypeincludeconductionchannelswitchingcommand,postcommand,switchtolow-powermodecommand.Whenfinishedthecommandsendingupacorrespondingfeedbackwiththecommunicationbus.Thedesignincludesthecontrolcircuitofopticalswitchmodules,testsoftwareofhost,softwareofthefirstlevelandthesecondlevel.TheopticaldesignincludeopticalswitchmodeSelectionandtopologydesign.ThecontrolcircuitofopticalswitchmodulesdesignincludeMCU,communicationinterfaceandpowermodules.Thetestsoftwareofhostincludetransmissioncontrolcommandandreceivedfeedback.Thesoftwareoffirstlevelincludereceivedandexecutioncontrolcommandformhost,broadcastcommandstotwothesecondlevelandanalysisthefeedbackwhichfromthesecondlevel.Thesoftwareofsecondlevelincludereceivedandexecutioncontrolcommandformfirstlevelandtransmissionfeedbacktofirstlevel.Tofacilitatetheactualproduction,hostcantransmissioninitializationcommandtolevelwithcommunicationbus,theinitializationcommandincludeslaveaddressandthedefaultvalue,levelsavethisinformationtoEEPROM,thisdesignsimplifiestheproductionsteps.Insoftwaredesignapproachbyincorporatingfeedback,toensurethecorrectnessofthehandover,andfeedbackcanhelpdeterminethepointoffailurefaster,easyKeyWordsKeyWords：Opticalfibersensing;Communication;Control;112070年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来MEMS（Micro-Electro-MechanicalMEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统）是指将微型机械、开关极可能在光网络中成为光开关的最佳选择。MEMS光开关响应速度和可靠MEMS光器件制造MEMS技术的应用领域不仅仅是光通信，依然保持MEMS光开关是目前最有发展前景，最能适应DWDM全光通信网要求的MEMS技术具有兼容性强、易集成、设计灵活、可大规模生产的写入、二级从机软件设计、一级从机软件设计和主机软件设计。2MEMS2MEMS系统方式开关和非微光涉的应用、利用等离子体效应开关、MO磁光效应开关。MEMS的空间微调旋转镜通过表面微机械制造技术单片集成在硅基底SDA(Scr-atchDriveActuator)调节器调节平移盘使微镜发生转动，MEMS的镜面能向任何方向偏转，这些阵列通常是成对出现，输入光端口。镜面的位置要控制得非常精确，达到百万分之一度。三维MEMS阵列可MEMSN微镜阵列完成两个光纤阵列的光波空间连接，每个微镜都有多个可能的位置。由于MEMS光开关是靠镜面转动来实现交换，所MEMS技术中使用的主要的驱动方2.2RS4852.2RS48580年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485解决了这个问题。RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V表示；逻辑“0”以接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，RS-4851219m10Mbps，传输速率与485中继器。RS-48532个节点，400332Km；井下分站与传输接口、分站与分站之间的10KmRS-485总线作为物理层接口，由于RS-485总线在进行信息传输采用差分的方式，有效抑制共模干kbps、34kbps、78kbps、125kbps、1.25Mbps等中选取。3.2系统总体方案设3.2系统总体方案设3-1光开关以1*8MEMSOSW和其控制板为最小单位，通过级联的方式来实现多路光开关阵列。整个系统分为三个部分，分别为井上PC监控主机、井下一级从机、井下二级从机。井上PC监控主机与井下一级RS485总线进行通信，考虑到距离较远且铺设信号线为光缆，使用了RS485转光纤模块将电信号RS484总线进行通信。PC监控主机发出，发给一级从机的命令，一级从机完成操作后，PC监控主机；发给二级从机的命令，需一级从机通过井PC3.3.1光开关1*8MEMSOpticalSwitch3.3.1光开关1*8MEMSOpticalSwitchModule3-二氧化碳吸收峰波长在1573nm，甲烷吸收峰波长在1665nm，乙烷吸收峰波长在1530nm15251765nm，符合设计要求。该该反馈信号来确定切换是否成功，可提高控制的可靠性。在功耗方面，5V的工TTL的工作模式更为简便。首先需要对光开关模块初始化，参 单 数波 不带连 带连 反射损 可重复 串 切换时 持久 最大操作功 切换类 工作电 耗电 3.3.2光路拓3.3.2光路拓的模式来解决上述问题。光开关连接光路如图3-23-21*8MEMSOSW81*8MEMSOSW，1*64光开关阵列。这样的设计一方面解决了从矿井到监控中心光纤MEMSOSWMEMSOSW的公共端通过光纤跳线的方式进行连接，组成的光开关阵列只有一个公共端，最多可有643.4系统硬件设开关控制板的硬件框图如图3-3所示。系统主要由以下几部分组成：电源模块、MCU及光开关控制模块、1*8MEMSOSW3-3MCU及光开关控制模块设计：该模块主要实现与上级直接通信、控制命令3.4.1稳压电控制系统的供电系统由煤矿井下的隔爆兼本安电源提供，输入电压为+18-24V，电源处理电路需要将其转换为+3.3V和+5V的输出电压，作为井下监控分站中其PWA2405(M)D-1W，其中+3.3VDGND3-4 MCU及光开关控制模块设计：该模块主要实现与上级直接通信、控制命令3.4.1稳压电控制系统的供电系统由煤矿井下的隔爆兼本安电源提供，输入电压为+18-24V，电源处理电路需要将其转换为+3.3V和+5V的输出电压，作为井下监控分站中其PWA2405(M)D-1W，其中+3.3VDGND3-4 415 3223-4NTC热敏电阻，能有效地抑制开机时的浪涌电流，并且在完成抑制浪涌21NTC9ΩNTC热敏电阻，是PWA_(M)D-1W系列产品是专门针对线路板上分NTC9ΩNTC热敏电阻，是PWA_(M)D-1W系列产品是专门针对线路板上分布式电源系统中需要产生于满负载的10%5mA，实际功耗ൌ5𝑉∗5𝑚𝐴ൌ0.025𝑊௠1W∗电路中R206𝛺ହ3.4.2MCU关控 MCU最小系统是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。本系统MCUMSP430MSP430F14916它采用16门狗、6PUSART通信端口、一个比较器、DCO内部振荡器光控制板的地址、光开关默认导通通道等。选用一个2K位串行CMOSEEPROMAT24C022568位字节。CATALYST公司的CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C0216字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。P5.0~P5.3：光开关模块的数3.4.3总线通32100Kbit/s的传输速率下最大传输距离可达到RS-485总线上的逻辑电平‘1’表示两线之间的压差为+(2~6)V表示压差为-(2~6)VRS-232C相比，降低了接口电平，这样就不易损坏接口表示压差为-(2~6)VRS-232C相比，降低了接口电平，这样就不易损坏接口TTLTTL电路。在单片机之间的PC10Km，3-6RS-485PC主机与井下一级从机之间，直接用电缆进行总线连接，距离较近。RS-485通信接口电路由ADI公司的专门用于RS-485通信接口设计芯片ADM3485E构成，它是一3.3V低功耗数据收发器，提供±15kVESD保护，DGNDDGNDC202C203C205C206R201VCCR202VCC161AA12221233 44BB3-RS-32RS-485总线通信、命令识别及执行、命换；反馈内DGNDDGNDC202C203C205C206R201VCCR202VCC161AA12221233 44BB3-RS-32RS-485总线通信、命令识别及执行、命换；反馈内容包括了通信是否正常、控制板状态、MEMSOSW状态；初始3.5.1协议包协议包第一字节内容主要为控制命令的类型和反馈，D7代表光开关命令的类型；D6D5代表命令受控对象；D4D3代表光开关命令类型；D2D1D0分别为控制板工作状态、通信检测和光开585873-8协议包第二字节内容主要为从机地址，其中考虑到一个阵列最高二级从机只有83-8协议包第二字节内容主要为从机地址，其中考虑到一个阵列最高二级从机只有8就说明收到的数据是完整的3-3.5.2从机地址及默认从机，且每次写入地址不同。该类数据在掉电时应该保存，故应写入EEPROM3-10EEPROM中，为确保写入的正3.5.3二级从3.5.2从机地址及默认从机，且每次写入地址不同。该类数据在掉电时应该保存，故应写入EEPROM3-10EEPROM中，为确保写入的正3.5.3二级从3-12YNNNNNYYYY3-12馈。上一级若接收到8个切换成功命令，则证明光开关自检通过，若有一个错YN3-12YNNNNNYYYY3-12馈。上一级若接收到8个切换成功命令，则证明光开关自检通过，若有一个错YNY信发 3.5.4一级从3.5.4一级从从机软件内容相似，不再做详细介绍。一级从机软件流程框图如图3-TI/O口，检测光开关电源端的电平来实现，对控制光开关电3.5.5主机软3.5.5主机软3-1444.1.1系统硬RS-485RS-485通信总线建立一级从机与二级从机连接。RS-485光纤收发器是集成模块，对其进行双向通信测试，通信正常。下面主要介绍电路板调试与通过RS-485通信总线建4-144.1.1系统硬RS-485RS-485通信总线建立一级从机与二级从机连接。RS-485光纤收发器是集成模块，对其进行双向通信测试，通信正常。下面主要介绍电路板调试与通过RS-485通信总线建4-1RS-485工业标准的使用要求，在各设备线路距离RS-485RS-485工业标准的使用要求，在各设备线路距离RS-485RS-4.1.2系统软光开关控制，按照其数据手册有TTL电平和IIC两种控制方式，本系统使用caseif4.2.1光开关1567nm、1573nm、1665nm、对8SANTECTUNABLESEMICONDUCTORCASERYOKOGAWAAQ6370BOPTICALSPECTRUM4-对8SANTECTUNABLESEMICONDUCTORCASERYOKOGAWAAQ6370BOPTICALSPECTRUM4-LEDS-1GL-4光纤4-34.2.2系统硬LEDS-1GL-4光纤4-34.2.2系统硬2KmMT/T772-1998附录AR=12.8Ω/KmL=0.8mH/Km单芯，C=0.06μF/Km计算。图4-3为每公里的模拟电缆网络。4-44-24.2.3测试版4-24.2.3测试版MCU发送数据信息，这个过程是通过串口实现的。上位机界面是基于VS2010开发平台实现的，通过控件实现计算机的串口通信。ASCII值，而符转换函数，将待发送字符的ASCII值转换16进制数据再进行传输。4.2.4二级从338H35H06HFBH8FH35H07HBDH，若不成功为8EH35H06HBCH，测试成功切换上位机界面如下图4-5所示。电压电流功耗4-34-3同。例如，向从机地址为35H的二级从机，发送光开关自检命令，命令码为D0H38H35H00H8FH35H01H38H35H02H8FH35H03H38H35H04H8FH35H05H38H35H06H8FH35H07H38H35H08H8FH35H09H38H35H0AH8FH35H0BH38H35H0CH8FH35H0DH38H35H0EH8FH35H0FH38H36H0EHC0H35H00HF5HC4H35H00HF1HC0H35H00HF5H4-74.2.5一级4.2.5一级从35H的二级从机，发送切换到通道3的命令，命令码为38H35H06HFBH8FH35H07HBDH，若不成功为8EH35H06HBCH。35H的二级从机接收到命令后控制光开关，将其导通通道切换到了通道3，并上位机接收到成功切换的反馈信号C4H35H00HF1H，证级从机，发送切换到通道3的命令，命令码为38H35H06HFBH。CCH35H06HFFH，表示在一级从机向从35H的二级从机发送命令错误，表示了一级从机到该二级3.3V电源芯片去掉，控制板无法正常工作，主机通送切换到通道3的命令，命令码为38H35H06HFBH。CAH35H06HF9H35H的二级从机发送命令后，未收到该二级从机的反馈，4.2.6系统测4.2.6系统测2kM模拟电缆仍可正常工作，而长期工作阵5PC5PCPC主机李红春;赵巧霞;陶晓燕;王豆豆.全光通信中的光开关技术[J].电子设计工程.2011(02)：50-54刘秀红，赖伟恩，文岐业，杨青慧，张怀武.基于嵌入式实时系统的磁光开关驱动电路设计[J].磁性材料及器件.2011(03)胡岳,邓宏贵,魏晨曦,李岸.一种新型数控调光开关的设计与实现[J电脑知识与技术.2008(27)陈希明，周平.光开关主流技术[J].光通信技术2006,353-何锋，何海，王航MEMS光开关的控制[J].半导体技术2003,28(11)24-郑洁，周日