基于嵌入式平台的网络化OTDR模拟训练系统设计

针对教学训练中的实际困难，采用虚实结合的模拟仿真技术，设计了低成本实用性强的网络化 OTDR模拟训练系统，可以方便地实现多型号 OTDR 操作使用模拟训练。

1 系统概述

1.1 系统功能

系统功能是实现光缆线路施工与维护多型号OTDR 操 作 使 用 模 拟 训练 。 目 前 我 们 主要 开发了XXXXXXX、XXXX、XXXXXX3 种典型型号，对于其他型号的 OTDR 可以根据需要在后期进行扩展。工作在PC104 嵌入式平台 OTDR 模拟器，可以逼真每种 OT-DR 实物操作面板、界面、测量工作流程，此外，OTDR模拟器还能够依据主控机下达的任务，准确地生成相应测量波形并进行显示分析。

1.2 系统组成

主要由主控计算机、网络交换机和 3 个 OTDR 模拟训练器组成。主控计算机除了完成任务下达外，还负责完成系统能够对参训人员信息、训练情况进行管理。交换机为一般的计算机网路交换机，实现路由模拟计算机和OTDR模拟器之间的信息传递。

2 硬件设计

系统硬件设计的主要内容就是3种OTDR模拟训练器的设计。

每种 OTDR 模拟器的硬件部分主要包括：专用按键及旋钮面板、凌阳 61 单片机电路板、PC104 工控系统、液晶显示屏及驱动套装。其中，61 单片机电路板负责扫描按键及旋钮信息，并将扫描到的按键或旋钮信息通过 232 串口发往 PC104 工控机，工控机对接收到的按键信息进行处理后，依据所模拟 OTDR 仪表的工作流程和显示方式，力求在模拟器显示屏上呈现与实物一致的显示内容。

3 系统软件设计

系统软件设计主要包括：主控软件、运行在 61 单片机上的键盘与旋钮接口程序以及 3 种 OTDR 模拟器的仿真软件。

3.1 主控软件

主控软件运行在主控计算机上，运行在 WIN-DOWS 平台上。该软件主要功能有：① 负责管理参训人员信息;② 模拟产生单盘光缆衰减特性信息数据，多种线路衰减特性和故障信息数据;③ 获取由各个OTDR 模拟器发来的操作信息，根据需要可以在主控机上监视或复现其中任意一个的显示内容;④ 数据管理功能，主要包括对单盘光缆相关参数数据、用户信息、学员信息、训练考核成绩等数据的管理。

3.1.1 显示对象设计

显示对象是一个关于显示的数据和函数的封装，主控端和模拟器端共用的是一个显示对象。其主要功能是，在主控端实现模拟器端显示内容的监视与复现，在模拟器端实现操作指令的呈现。其主要封装的数据有，波形数据(大小为8 192的int型数组)、模拟器种类标识代码、显示端标识码、显示状态码组等数据;主要封装的函数有显示函数、更新函数、操作指令解析函数等。

3.1.2 数据库设计

系统采用 Access 数据库存储相关数据，应用 A-DO 数据库接口实现访问管理。数据库主要由用户信息数据表，光缆线路特性和故障参数(包括单盘)数据表，显示状态数据表等 12 个表构成。

3.2 OTDR 模拟器面板 61 单片机编程

61 单片机编程实现 3 种 OTDR 模拟器操作面板均与 pc104 之间的接口通信。对应设计有 3 套程序。其功能与工作流程基本一致。

单片机程序在凌阳单片机集成开发环境(nSPIDE1.8.4)中开发，OTDR 模拟器面板 61 单片机编程相对来说比较简单，单片机仅是完成按键以及旋钮状态检测，消抖编码、232串口通信，LED指示灯控制等几项功能。

3.3 OTDR 模拟器仿真软件设计

OTDR 模拟器仿真软件设计有 3 种，分别针对每一种型号的 OTDR，它们的设计基本类似。

OTDR 模拟器仿真 软件 功 能 是模 拟 实 装 OTDR的工作流程。大多数 OTDR 基于嵌入式处理平台设计，软件的工作流程也基本类似，其工作流程是基于判断和跳转的结构化程序工作模式。

4 结束语

系统应用网络通信技术和实物模拟相结合的方法实现了光时域反射的网络化，多型号模拟训练系统设计。本系统可以在主控端任意编辑训练内容，同时将任务下达给多个受训者，可以实现多名受训者的多型号并行训练，此外主控系统还能监视或复现任意一名受训者操作显示情况，可以方便地实现操作案例的详细讲解。此外，由于系统对光缆故障测量仪器的人机交互和结果呈现采用基于 PC104 系统的实物形式模拟，虽然有操作过程的真实感受，但成本相对来说还是比较高，对于经费极度受限训练任务繁重的单位，还可以考虑将系统设计为纯虚拟形式。