根据STM32的光功率实时监测体系规划

光功率检测仪首要是对光纤中光的强度进行实时监测，是光缆自动检测和光路切换体系中的关键设备，其功用的好坏直接影响体系功用的牢靠性和稳定性。在各种光纤线路的监控保护体系中，光功率监测是最简略、老练，运用广泛的办法，经过对通讯光纤中分出的3%～5%的光功率进行实时监测，就能实时地把握光纤通讯线路的情况，为光纤通讯线路的保护办理供给依据。传统的光功率监测体系首先是光进入PIN光电二极管后，产生了电流信号，且此信号与输入光功率呈线性联系，终究经程控扩大电路和I/V改换扩大到所需电压。该计划的缺乏是动态规模有限，一般仅为70 dB，且要求运用高阻值的精细电阻作为增益扩大，软硬件杂乱，不合适多路监测，此外，传统的光学外表测验功率较低。规划是依据ST公司Cortex—M3内核的32位ARM产品，以STM32F103ZET6为主芯片规划的一款光功率检测体系。经过树立TCP链接，完结GPRS数据的传输，做到了随时随地进行实时监测。一起，体系规划是依据CAN总线的嵌入式功率实时监测体系，不只可以智能地监测多个通道的光纤网络，还具有了其体系的抗干扰性和牢靠性。除此之外，由于处理信号选用AD8304规划的对数扩大器，确保了体系的高精度。

1 体系的作业原理及框图

光功率检测仪由光耦合器、光电勘探电路、对数转化扩大电路、A/D转化电路、CAN总线电路、主控电路、GPRS通讯电路组成。图1为给出的作业原理框图。

一般在实践光纤体系中，都有两套光纤，一是正在通讯的主用光纤，主用光纤结尾装置一个97/3的无源光耦合器(PLC)，97%的光接到光端接收机用于通讯，剩下3%用于光监测，还有一套是备用光纤，作为应急处理，一旦主用光纤出现问题不能正常通讯，此刻启用备用光纤。监测光经过光电勘探模块，对数转化模块，再由A/D转化模块进行转化由模仿信号转变为数字信号发给CAN总线，并由主控单元对数据进行通讯、存储或是无线发送。

2 体系硬件规划

2.1 光电转化电路与信号处理部分

2.1.1 光电转化电路部分

将光耦合器(PLC)分出的3%入射光转化为电流或是电压的方式，并以光子一电子的量子转化方式完结光电勘探的意图，是光电勘探电路的基本原理。常见的光电二极管首要有APD光电二极管和PIN光电二极管。在光信号调制解调体系中，一般挑选PIN光电二极管，由于其暗电流较小。InGaAs资料的PIN光电二极管在1 300～1 600 nm规模内具有杰出的呼应速率、低噪声特性和灵敏度等特色，合适光纤通讯。因而，挑选该资料作为PIN光电二极管。PIN光电二极管的伏安特性如下

I=Is[1-exp(qV/kT)]+IL (1)

式中，q是电子电荷;Is是无光照时的反向饱和电流;V是二极管的端电压;k是波尔兹曼常数;T是结温;IL是与光照时的光功率成正比的再无偏压状况下光照时的短路电流。如式(1)所示，若反向饱和电流Is=0时，二极管的端电压V=0，光照功率与输出电流呈必定的正比联系

IPD=ρPOPT (2)

其间，ρ为光电二极管的呼应度;IPD为光电流;POPT为光功率。

2.1.2 信号处理部分

规划选用对数扩大器AD8304作为对数转化电路，处理动态规模宽达80 dB的光信号，最大对数线性度差错0.1 dB，且丈量时无换挡差错。此外，规划有光电二极管接口及温度补偿电路，是光功率丈量的最佳挑选，特别合适光缆在线监测。对数扩大器的输出电压值和被测功率P有简略的线性对应联系，其对应的输入和输出联系推导如下

P=K2VOUT+C2 (3)

式中，P=10lgPPD，K2=10/K1，C2=10lg[IPD/ρ]-10C1/K1。其间，VOUT是输出电压;P是被测光功率值;K1和C1是由芯片外接电阻网络决议的常数;PPD是输入的光功率值。由式(3)可知，被测光功率P与AD8304的输出电压VOUT存在线性联系，不必进行杂乱繁琐的对数核算，对后续的软硬件处理进行了简化。对数扩大电路如图2所示。

2.2 主控单元电路和A/D转化电路

该部分是整个体系的中心，完结数据的收集、处理、存储和通讯显现功用。考虑到规划要求以及体系的小型化、低功耗和牢靠性要求，挑选尽可能的将必需的接口集成到MCU中，而不是别的的树立外围电路。归纳考虑，挑选ST公司Cortex-M3内核的32位ARM产品STM32F103ZET6，其功用参数如表1所示。

现在选用一种A/D转化结构是逐次迫临型，由于其统筹转化速度和精度要求。STM32F103ZET包含3个ADC，是一种12位的逐次迫临型的模仿数字转化器。其有8个通道可丈量16个外部和2个内部信号源，最大转化速率为1 MHz，转化时刻为1μs，该转化器能满意电路的需求。选用芯片内部的A/D，不只可满意电路的需求，且对电路的规划以及软件程序的编写带来简化和便利，真实做到了体系的小型化、低功耗和牢靠性要求。

需求阐明的是，U1便是STM32F103ZET6，其间的JTAG是P8，是用于烧写程序和对程序的调试。主控板的作业电压为3.3 V，如图3所示，为对数字电路和模仿电路的阻隔。选用了电感L1和一个电容值为0.1μF的%&&&&&%，别的为便利对程序的调试，设置了一些LED。

2.3 GPRS通讯电路

作为2.5代移动通讯技能的Gerenal Packet Radio(GPRS)，是以GSM网络为根底，供给端到端的以及广域的无线Service。规划选用的Gerenal Packet Radio模块是华为公司出产的一款双频段的GSM/GPRS无线模块(GTM900C无线模块)。选用GPRS通讯电路，更便利检查光功率数据，随时监测体系作业，提高了体系的智能。GTM900C模块电路分为电源电路、串行通讯电路、SIM卡外围电路及外围电路。在其外围电路的规划中，包含了电源接口、串行口接口、SIM卡接口以及各种复位按键等。经过这些端口的引出，可便利与不同MCU进行通讯的挑选。给出Cerenal Packet Radio模块的外围电路图。

其间需阐明的是，LED2的作业形式彻底类同于同步信号，显现为GTM900C的作业状况。当LED2不亮时，此刻可能是GTM900C电源封闭，或处于报警、休眠以及单纯的充电形式。若灯闪亮(600 ms亮/600 ms灭)，有以下几种原因：(1)未刺进SIM卡。(2)网络注册正在进行中。(3)正在进行用户身份判定。(4)网络正在搜索中。(5)个人身份未登记/已刊出。若LED2灯75 ms亮，3 s灭，阐明网络注册成功，没有来电。若LED2灯一向亮，此刻的阐明经过数据呼叫或声响呼叫，正在树立或许结束时的状况显现。

3 体系软件规划

硬件电路完结了对数转化功用，因而软件规划简略。体系数据流程如图5所示。

依据体系数据流程图，主控板运用程序在初始化结束后，别离进行CAN总线装备、串口装备、RS232/USB装备。进入下一步的ADC收集初始化，依据收集到的指令，判别A/D采样是否完结，在接收到规则数量的数据后依据滑动均匀法对数据进行处理，之后依据信号处理部分给出的公式对数据进行换算出光功率数值，终究经过GPRS传输至网络服务器。数据可经过PC机或是手机上网进行实时监测。

4 结束语

依据STM32的光功率实时监测体系规划，前段选用光电转化模块和对数转化模块，量程规模可到80 dB，精度为0.01 dBm，具有智能化、牢靠性高、便利扩展等长处，可用于光纤范畴。为验证规划的测验精度和规模，经过光衰减器进行调理，丈量数据与Agilent公司出产的N7745A光功率计丈量成果进行比照，比照数据如表2所示。

由丈量数据比照成果显现，体系可运用于光纤信号的无人监控中，实践证明，体系稳定性杰出，关于确保光缆牢靠运转起到重要作用。该测验体系能满意首要技能指标：作业波长为1 310 nm、1 550 nm;丈量规模为-70～+10 dB;分辨率为0.001 dB;准确度为±0.13 dB(3%，一级)。