【正文】 接（ 1）、法蘭盤（ 2）和連接器（ 3）斷開造成的菲涅爾反射 光網(wǎng)絡(luò) 實時信號監(jiān)測模塊設(shè)計目標 1) 性能指標 3 ? 中心波長： 13l0nm177。 2) 系統(tǒng)功能 ? 下位機設(shè)備實現(xiàn)光信號的獲取、解析、故障判定及故障信息上報，實時監(jiān)測上位機完成波形分析、光信號統(tǒng)計信息的獲取及在線故障判定。 ? 故障通告內(nèi)容應(yīng)包括：光纖長度，事件故障點在光纖長度上所處的位置，光纖串聯(lián)中可能的故障器件，發(fā)生故障時列車行所處的經(jīng)度和緯度及故障發(fā)生時間（需在上位機中預(yù)植列車圖形化運行線路）。故障信息保存容量大于 1000 條，斷電后信息不丟失。 4 第 2 章 項目設(shè)計 項目總體設(shè)計 光網(wǎng)絡(luò)實時信號監(jiān)測系統(tǒng)包含 OTDR 模塊、 GSM 模塊、 GPS模塊、下位機管理模塊、實時監(jiān)測上位機模塊及電源模塊六大功能模塊。 圖 21 光網(wǎng)絡(luò)實時信號監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案 其中： （ 1） OTDR 模塊：負責定位光路故障點，分析故障類型及故障產(chǎn)生的具體位置； （ 2） GSM模塊：負責將故障信息發(fā)送至地面接收端，并傳遞地面接收端的查詢信息； （ 3） GPS模塊：負責故障時獲取列車運行地理位置信息； （ 4） 下位機管理模塊：負責總體接受和處理來自 OTDR、 GPS、 GSM 模塊數(shù)據(jù)，并保證各模塊的協(xié)同工作，對外輸出計算統(tǒng)計結(jié)果； （ 5） 實時監(jiān)測上位機模塊： 完成波形分析、光信號統(tǒng)計信息的獲取及在線故障判定； （ 6） 電源模塊：獨立供電，系統(tǒng)功耗 30W。 通過以上設(shè)計，可實現(xiàn)： 在列車實時運行中，一旦發(fā)現(xiàn)光信號的故障，即可實時獲取環(huán)境信息，并將故障信息發(fā)送給地面 GSM 接收終端?？傮w硬件架構(gòu)如下圖所示： 圖 23 總體硬件架構(gòu)圖 AQ7275 OTDR 模塊介紹 AQ7275 OTDR 模塊實際包含了 OTDR 接口、濾波、合波等，其功能可簡記如下： 圖 231 光信號處理示例圖 模塊功能說明： 1) OTDR 接口。 2) 激光器控制電路。 OTDR接口 光設(shè)備（ TX ） W DM 激光器 數(shù)據(jù)采集 F P G A DS P 外部 電路 OU T 光路部分 信號發(fā)收 信號處理 協(xié)同處理 6 3) 數(shù)據(jù)采集電路。 4) FPGA。 5) DSP。 外部接口電路。 GSM模塊設(shè)計 工業(yè)級雙頻 GSM/GPRS 模塊，工作頻段雙頻： 900/1800MHz， 可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS（短信）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸，支持基站定位功能。 C GPS模塊設(shè)計 GPS 模塊具有 50 個通道，追蹤靈敏度高達 161dBm,測量輸出頻率最高可達 5Hz。 下位機管理模塊通過與 FPGA 及 DSP 模塊進行通訊，采用濾波技術(shù)濾除檢測期間無用信息，根據(jù)實際現(xiàn)場需要實時獲取各類狀態(tài)數(shù)據(jù)，并給出故障判定。 模塊 的抗傳導(dǎo)、靜電放電、浪涌抗擾度等 EMC 性能均經(jīng)過專業(yè)測試，并參照鐵路交通應(yīng)用標準，可適應(yīng)與列車的特殊工況。列車實時運 8 行中，一旦發(fā)現(xiàn)光信號的故障，即可實時獲取環(huán)境信息，并將故障信息發(fā)送給地面 GSM 接收終端。 所有故障信息通報信 息在上位機保存。地面終端可查取保存完畢的故障信息。 電源模塊設(shè)計 無需車廂額外供電，通過外部自帶模塊對系統(tǒng)進行供電。 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計功能架構(gòu)圖如下所示： 數(shù) 據(jù) 傳 輸 層數(shù) 據(jù) 解 析 層波 形 繪 制故 障 信 息 分 析數(shù) 據(jù) 分 析地 理 信 息 分 析外 部 調(diào) 用 接 口光 信 號 統(tǒng) 計分 析軟 件 架 構(gòu) 設(shè) 計模塊調(diào)度機制接口安全機制 圖 237 軟件設(shè)計功能架 構(gòu)圖 第 3 章 項目 實現(xiàn) 9 在此處項目研發(fā)過程中本人主要負責實時監(jiān)測上位機模塊的開發(fā)。 上位機模塊又可以劃分為兩個模塊 ： 1） Web 模塊 （包括：瀏覽器界面和服務(wù)器端） 2） Java 客戶端 模塊 Web 瀏覽器端采用 javascript+css+ajax+jquery，使用定時向服務(wù)器 端 發(fā)送 ajax 請求，請求 Web 服務(wù)器 數(shù)據(jù) ， 數(shù)據(jù)采用 json 格式傳輸 。 地圖使用百度地圖 API（ javascript 版），從服務(wù)器端獲取的經(jīng)緯度信息（ GPS 坐標 ）轉(zhuǎn)成百度地 圖特有的經(jīng)緯度，并以標注的形式顯示在地圖上 （舊事件為洋紫色標注，最新事件為淡綠色標注 ） 。 數(shù)據(jù)庫連接模塊 Web 服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫采用文本文件類型的輕量級數(shù)據(jù)庫 sqlite， 主要目的是： 提高軟件 性能、 減少 時間成本和 降低 后期維護等 。 10 圖 311 Web端架構(gòu) 圖 312 數(shù)據(jù)庫連接 11 Web 瀏覽器端 模塊 圖 321 預(yù)定義 列車路線： 京滬 （北京 上海） 、京廣 （北京 廣州） 、鄭西 （鄭州 西安） 、膠濟 （青島 濟南） 、杭寧 （ 杭 州 南京） 部分 關(guān)鍵代碼如下： 圖 322 京滬線 （封裝成 數(shù)組 ） 12 圖 323 百度地圖 API 圖 324 列車事件（故障點集合）顯 示 同一時間的故障點集合（事件）顯示在百度地圖的同一標注中。 清除事件按鈕可初始化 sqlite 數(shù)據(jù)庫表 （刪除舊事件 列 表 ，重新初始化故障點集合 ） 。在初始化主界面時，同時啟動連接下位機 （ Socket 通信，端口號： 1200 IP：下位機默認） 的線程 。 點擊開始測試按鈕后，開始定時任務(wù)，周期 60s。 圖 332為 EXCEL 打開 效果 ： 15 圖 332 關(guān)鍵代碼： package 。 import 。 import 。 import 。 import 。 import 。 import 。 public static boolean saveFile(String str,Date date,double lng, double lat){ String[] arr = null。 }catch(NullPointerException e){ (otdr 設(shè)備工作不正常 )。 } File file = new File()。 ()。 } catch (IOException e) { // ()。 return false。 StringBuilder sb = new StringBuilder()。 while( (temp = ()) != null){ (temp)。 } (事件號 ,距離 (km),熔接耗損 (db),回波耗損 (db),累計耗損(db),db/km,事件類型 ,區(qū)間折 射率 )。 i 。 (arr[i])。 (時間 ,經(jīng)度 ,緯度 )。 ((date)+,+lng+,+lat)。 (())。 ()。 } catch (FileNotFoundException e) { // ()。 } catch (IOException e) { // ()。 } return false。 if(()){ if(()){ (刪除文件 成功 )。 } } else{ (文件 不存在 ,刪除失敗 )。 } } 讀取配置文件 配置文件包含 下位機 IP、 PORT 和 Web 服務(wù)器配置等信息。 Java 和 C++的字節(jié)順 序在不同 機器上會 有所 不同 ， 下位機 軟件（ C++開發(fā) ） 負責 字節(jié)順序 （大端、小端） 的轉(zhuǎn)化。 Java與 C++ TCP 通信接口的定義： TCP 通信接口： 獲取 GPS 信息包格式： 操作符號： 4字節(jié)， int 值為 1 報文長度： 4字節(jié) 回復(fù) GPS 信息包格式： 操作符號： 4字節(jié)， int 值為 2 報文長度： 4字節(jié) 經(jīng)度 :16 字節(jié) 緯度 :16 字節(jié) 發(fā)生事件變化時，發(fā)送數(shù)據(jù)包格式： 操作符號： 4字節(jié)， int 值為 3 報文長度： 4字節(jié)， int 列車位置經(jīng)度 :16 字節(jié) 列車位置緯度 :16 字節(jié) 當前時間：時 1字節(jié)，分 1字節(jié)，秒 1字節(jié)，年 2 字節(jié)，月 1字節(jié)，日 1 字節(jié) , 預(yù)留 1 字節(jié) 整形 事件個數(shù)： 4字節(jié)， int 事件 1，距離 : 4 字節(jié)， float 事件 1，衰減 : 4 字節(jié)， float 。 。 package 。 19 import 。 b[3] = (byte) (n amp。 b[2] = (byte) (n 8 amp。 b[1] = (byte) (n 16 amp。 b[0] = (byte) (n 24 amp。 return b。 0xff | (b[2] amp。 0xff) 16 | (b[0] amp。 } /** * float to byte[] * param f * return */ public static byte[] float2Bytes(float f) { int fbit = (f)。 for (int i = 0。 i++) { b[i] = (byte) (fbit (24 i * 8))。 byte[] dest = new byte[len]。 byte temp。 i len / 2。 dest[i] = dest[len i 1]。 } return dest。 Calendar cal = ()。 int year = ()。 int day = ()。 int minute = ()。 // 按時、分、秒、年、月、日順序 b[0] = int2OneByte(hour)。// 1 字節(jié) b[2] = int2OneByte(second)。// 年， 2字節(jié)