基于DS2431的ODN智能管理系統(tǒng)

董俊嶺　吳蓬勃　張金燕　楊斐

摘 要：文章針對ODN中光纖信息化問題，提出了一種基于電子標(biāo)簽的智能光纖標(biāo)識系統(tǒng)。基于單總線EEPROM芯片DS2431設(shè)計電子標(biāo)簽，通過在光纖連接器上安裝電子標(biāo)簽，在光纖活動連接器上安裝通信插座；基于STM32控制器，實現(xiàn)多個電子標(biāo)簽的識別、讀寫操作。實現(xiàn)了光纖連接的信息化管理，降低了手工記錄所引起的數(shù)據(jù)錯誤和操作時間的增加，提高了ODN的智能化管理水平。

關(guān)鍵詞：ODN；光纖；DS2431；智能管理

傳統(tǒng)光配線網(wǎng)絡(luò)（Optical Distribution Network，ODN）網(wǎng)絡(luò)通常由光纜、光連接器、光分路器、光纖配線架以及安裝連接這些器件的配套設(shè)備組成[1]。隨著光纖的海量增長，對于這些沒有ID的海量“啞資源”建設(shè)管理問題越來越突出：網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)開通時間長、施工結(jié)果無校驗、資源管理效率低、光纖網(wǎng)絡(luò)維護(hù)無保障等[1]。

隨著運(yùn)營商對高效穩(wěn)定、方便管理維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)需求日益迫切，智能ODN的理念應(yīng)運(yùn)而生。目前國內(nèi)廠家主要采用“智能標(biāo)簽”實現(xiàn)ODN的智能化管理?！爸悄軜?biāo)簽”的實現(xiàn)方式主要包括：二維碼、RFID（射頻識別）和eID（電子標(biāo)簽）3種。其中，eID方式以接觸式電子標(biāo)簽為核心，具有體積小、可靠性高、方便批量讀取、效率和準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)[2]，逐漸成為ODN智能標(biāo)簽的主流。

本系統(tǒng)基于單總線EEPROM芯片DS2431設(shè)計eID方式的電子標(biāo)簽，具有體積小、觸點(diǎn)少、可實時讀寫等優(yōu)點(diǎn)。通過在光纖連接器上安裝eID標(biāo)簽，在光纖熔配一體化托盤（以下簡稱光纖托盤）的活動連接器上安裝eID標(biāo)簽插座，光纖托盤內(nèi)部布放存有內(nèi)部光纖連接信息的數(shù)據(jù)采集電路板，實現(xiàn)了對光纖托盤每路活動連接器兩端光纖信息的數(shù)據(jù)采集，從而實現(xiàn)了ODN的數(shù)字化和智能化管理。

1 系統(tǒng)總體規(guī)劃

圖1是智能光纖配線架（ODF）的系統(tǒng)架構(gòu)圖。一個智能光纖配線架包括若干個智能光纖托盤，多個智能的光纖托盤通過485總線連接單元控制器，單元控制器通過藍(lán)牙連接手機(jī)。手機(jī)可通過藍(lán)牙實時采集每一個智能光纖托盤活動連接器上的光纖信息，并將采集的數(shù)據(jù)通過Internet上傳到遠(yuǎn)程計算機(jī)；也可以接收遠(yuǎn)程計算機(jī)下發(fā)的任務(wù)，并通過藍(lán)牙下發(fā)到智能光纖配線架的每一路智能光纖托盤，智能光纖托盤通過LED指示燈指引操作人員完成光纖跳接任務(wù)。從而實現(xiàn)ODN光纖數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集和工作指引。

2 硬件設(shè)計

每個智能光纖托盤可連接12路光纖，12路由DS2431組成的eID電子標(biāo)簽分別安裝在12路光纖連接器上，eID通過兩根針腳與活動連接器連通，最后連接到智能光纖托盤內(nèi)部的控制電路板。圖2是智能光纖托盤光纖eID安裝示意圖，a和b為光纖一體化托盤原有配件，其他為加裝部分。

圖3為智能光纖托盤架構(gòu)圖，主要包括：MCU單元、12路DS2431、12路LED指示燈、485通信單元和地址設(shè)置開關(guān)。DS2431安裝在光纖連接器上方；LED指示燈安裝在智能光纖托盤活動連接器的下方；其余部分作為控制電路板，安裝在智能光纖托盤的內(nèi)部面板。多個智能光纖托盤通過485總線連接單元控制器，單元控制器將485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為藍(lán)牙信號，傳送到操作人員手機(jī)。從而實現(xiàn)智能光纖配線架上多個智能光纖托盤光纖數(shù)據(jù)的采集。

本系統(tǒng)以MAXIM公司的1024位單總線（1-Wire）EEPROM芯片DS2431為eID芯片，存儲每根光纖的連接信息。DS2431內(nèi)部有4個存儲器頁，每頁256位。DS2431只需要一根帶有上拉電阻（0.3～2.2 kΩ）的數(shù)據(jù)線DQ和一根GND線，即可與MCU正常通信；數(shù)據(jù)的讀寫遵循1-Wire協(xié)議。

LED指示燈部分采用SK6812MINI實現(xiàn)，SK6812MINI是一款集成控制電路與發(fā)光電路的智能LED光源，其外形與一個3535LED燈珠相同，采用單線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，多個SK6812MINI可以串聯(lián)使用[3]。

3 軟件設(shè)計

軟件部分主要包括光纖連接信息采集、智能光纖托盤與單元控制器的485數(shù)據(jù)傳輸、485數(shù)據(jù)到藍(lán)牙數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換以及手機(jī)端APP設(shè)計等。本文重點(diǎn)對光纖連接信息采集進(jìn)行介紹。

光纖連接信息數(shù)據(jù)采集部分，通過DS2431作為eID標(biāo)簽，標(biāo)識每根插入光纖活動連接器的光纖的連接信息；內(nèi)部的MCU單元存儲光纖托盤內(nèi)部每路光纖的連接信息。智能光纖托盤內(nèi)部的MCU單元通過循環(huán)掃描各路光纖活動連接器，識別哪路光纖活動連接器上已經(jīng)連接了光纖，并獲取光纖的eID信息。同時通過光纖活動連接器下方的LED燈的亮滅，實現(xiàn)光纖操作的指引。

3.1 光纖連接信息編碼

為標(biāo)識每路光纖所連接的設(shè)備信息，設(shè)計了編碼表[4-5]，如表1所示。主要包括：eID芯片的廠家ID號、光纖所連接設(shè)備的ID號、類型、位置、端口號等信息。其中，芯片ID為DS2431由工廠光刻寫入的全球唯一的64位ROM地址碼。

3.2 eID的讀寫設(shè)計

圖4為eID芯片DS2431的頁寫數(shù)據(jù)操作流程。主要包括3個步驟：首先，通過寫暫存器命令“Write Scratchpad”，將數(shù)據(jù)寫入暫存器；然后，通過“Read Scratchpad”命令，將數(shù)據(jù)從暫存器讀出，進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗；最后，通過“Copy Scratchpad”命令，將數(shù)據(jù)從暫存器寫入到EEPROM，如果返回的復(fù)制狀態(tài)為0xAA，則表示數(shù)據(jù)寫入成功[6-7]。

eID芯片DS2431的頁讀操作與頁寫操作類似，不過只需一個步驟，通過發(fā)送“Read Memory”命令，讀取相應(yīng)頁地址內(nèi)的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

為實現(xiàn)ODN中光纖的信息化，本文提出了一種基于DS2431電子標(biāo)簽的智能化光纖標(biāo)識系統(tǒng)。通過在光纖連接器上安裝電子標(biāo)簽，在光纖活動連接器上安裝通信插座；基于STM32控制器，實現(xiàn)多個電子標(biāo)簽的識別、讀寫操作。實現(xiàn)了光纖連接信息的智能化采集，降低了手工記錄所帶來的數(shù)據(jù)錯誤，提高了ODN的智能化管理水平，具有很好的實用和推廣價值。