隨著計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)連接越來(lái)越復(fù)雜，給網(wǎng)絡(luò)工程師布線、維修等工作帶來(lái)了很大的困難。困難的原因有兩個(gè)：第一，雙絞線的錯(cuò)接、斷接、壓線接觸不良等問(wèn)題在工程實(shí)踐中層出不窮，很難直觀發(fā)現(xiàn)，而分清每條雙絞線兩端的對(duì)應(yīng)關(guān)系在綜合布線中又顯得尤其重要;第二，在一般情況下，局域網(wǎng)的終端之間或終端與集線器之間的距離較遠(yuǎn)，很難采用直接測(cè)量的辦法對(duì)網(wǎng)線故障做出正確判斷。

針對(duì)以上兩點(diǎn)原因，本文對(duì)雙絞線的故障檢測(cè)提出了可行的方案與實(shí)現(xiàn)方法。首先，將微處理器快速數(shù)據(jù)分析與邏輯運(yùn)算應(yīng)用于雙絞線故障檢測(cè)，使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀化。其次，采用射頻無(wú)線收發(fā)器 nRF401進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)交換，使距離遠(yuǎn)的問(wèn)題迎刃而解，簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 nRF401結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是由挪威Nordic公司推出的集收、發(fā)為一體的集成芯片，工作于433MHz ISM頻段;采用FSK調(diào)制與解調(diào)技術(shù);傳輸速率達(dá)20Kb/s，傳輸功率最大+10dBm;差分式天線接口，非常適合做成PCB天線，以節(jié)約成本。

圖1 nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1中各引腳含義如下。

DOUT：數(shù)據(jù)輸出端。

DIN：數(shù)據(jù)輸入端。

TXEN：高電平允許發(fā)送數(shù)據(jù)，低電平允許接收數(shù)據(jù)。

ANT1、ANT2：天線接入端。

PWR_UP： 器件低功耗控制。

1.2 nRF401外部連接及與微處理器接口

在本設(shè)計(jì)中，將天線以覆銅的方式做在印制板上，在保證了數(shù)據(jù)安全可靠傳遞的前提下，減小了產(chǎn)品的體積。nRF401的配置如圖2所示。

圖2 nRF401外部連接及與微處理器接口

nRF401與CPU之間控制和數(shù)據(jù)傳遞接口如圖3 所示。

圖3 nRF401與CPU接口 圖4 CPU與雙絞線接口

1.3 CPU與雙絞線接口

普通雙絞線包含8根線，可以將89C51的P0口作為雙絞線線上電平狀態(tài)的輸入口。通過(guò)設(shè)置和檢測(cè)P0口的狀態(tài)，即可對(duì)雙絞線的連接狀況做出正確判斷，連接如圖4所示。

2 雙絞線連接標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于連接的標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)：T568A和T568B。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線序排列如圖5所示，方向?yàn)?a target="_blank">水晶頭金屬壓片向上且正對(duì)觀測(cè)者的方向。T568B為常用的標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 RJ45連接器標(biāo)準(zhǔn)

◆ 兩邊使用同樣標(biāo)準(zhǔn)的線稱為直通線，用于PC到HUB普通口、HUB普通口到HUB級(jí)聯(lián)口之間的連接。

◆ 兩邊使用不同標(biāo)準(zhǔn)的線稱為級(jí)聯(lián)線， 用于PC到PC、HUB普通口到HUB普通口之間的連接。

以上兩條是判斷的主要理論依據(jù)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng) RJ-45插頭引腳線序顏色如表1所列。

表1

3 工作原理

因?yàn)殡p絞線故障的不確定性，所以不能通過(guò)雙絞線自身作為主設(shè)備和從設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳遞的途徑。通過(guò)微波進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳遞，對(duì)于雙絞線的故障判斷實(shí)在是合適不過(guò)的。為此，我們自行設(shè)計(jì)了主從設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議及相應(yīng)的判斷規(guī)則。

3.1 通信協(xié)議

（1） 連接標(biāo)準(zhǔn)選擇命令（01H）

下行報(bào)文：01H + 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)碼（T568A為0AH;T568B為0BH）+ LPC。

上行報(bào)文：01H + 確認(rèn)碼（00H） + LPC。

（2） 通道選擇命令（02H）

下行報(bào)文：02H + 通道碼（01~08：通道1~通道8）+ LPC。

上行報(bào)文：02H + 確認(rèn)碼（00H） + LPC。

注：報(bào)文中LPC是指校驗(yàn)和，用于數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

3.2 檢測(cè)算法

要檢測(cè)雙絞線連接的正確性，必須使電平信號(hào)在兩條線上傳遞，否則無(wú)法檢測(cè)。在本設(shè)計(jì)中，故障檢測(cè)可分為三步：第一，在 8條導(dǎo)線中尋找1條能傳遞電平信號(hào)的公用導(dǎo)線;第二，將公用導(dǎo)線與待測(cè)導(dǎo)線在從設(shè)備端短接，使公用導(dǎo)線電平信號(hào)經(jīng)過(guò)待測(cè)導(dǎo)線傳遞到主設(shè)備側(cè)，從而確定待測(cè)導(dǎo)線的故障所在;第三，顯示線路的連接狀態(tài)。

3.2.1 選公用導(dǎo)線

實(shí)際上在10M、100M網(wǎng)絡(luò)中，僅僅使用1-2 、3-6 這兩對(duì)線，而1000M網(wǎng)絡(luò)要用所有的導(dǎo)線，但這并不影響雙絞線的測(cè)量方法。上文已經(jīng)闡明，對(duì)于直通線雙絞線的兩端線的排列順序是相同的，而級(jí)聯(lián)線不同于直通線，雙絞線的一端1-2對(duì)應(yīng)另一端的3-6，3-6對(duì)應(yīng)1-2，其余與直通線連接對(duì)應(yīng)關(guān)系相同。因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，直通線的數(shù)量遠(yuǎn)大于級(jí)聯(lián)線的數(shù)量， 所以將直通線列為首要判斷對(duì)象。公用導(dǎo)線的選擇可以從1號(hào)線開始進(jìn)行，主從設(shè)備均選中1號(hào)線（暫列為公用導(dǎo)線）。通過(guò)通道選擇命令，由主設(shè)備指導(dǎo)從設(shè)備將 1號(hào)線（臨時(shí)公用導(dǎo)線）和2號(hào)線在從設(shè)備端連接起來(lái)。如果兩條線無(wú)故障且兩個(gè)端子同屬于一條雙絞線，那么，1號(hào)線與2號(hào)線將形成通路，在主設(shè)備端2號(hào)線上，主設(shè)備能夠檢測(cè)到加在1號(hào)線上的電平信號(hào)。由此可知，1號(hào)線可選為公用導(dǎo)線，應(yīng)用于其它導(dǎo)線的測(cè)量。否則，兩條線中的一條出現(xiàn)故障不能導(dǎo)通，主設(shè)備將指導(dǎo)從設(shè)備將1、3號(hào)線連接起來(lái)，重復(fù)以上步驟，直到找到公用導(dǎo)線為止。如果公用導(dǎo)線找不到，則說(shuō)明本線路最多有一條導(dǎo)線導(dǎo)通，或測(cè)量的兩端不同屬于一條線路，或所有的導(dǎo)線發(fā)生錯(cuò)接現(xiàn)象。

3.2.2 其它導(dǎo)線對(duì)應(yīng)關(guān)系測(cè)量

經(jīng)過(guò)公用導(dǎo)線的測(cè)量結(jié)果分為兩種：一， 找到公用導(dǎo)線;二，沒(méi)有找到公用導(dǎo)線。在公用導(dǎo)線的前提下，首先按照直通線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在從設(shè)備側(cè)進(jìn)行連接，看其它導(dǎo)線是否與公用導(dǎo)線形成環(huán)路。如果測(cè)量最終結(jié)果與直通線的對(duì)應(yīng)關(guān)系不一致，則按照級(jí)聯(lián)線的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。如果測(cè)量結(jié)果還不一致，那么說(shuō)明有錯(cuò)接現(xiàn)象。通過(guò)以上步驟已經(jīng)獲得部分連線導(dǎo)通的信息。將這些導(dǎo)線排除在外，利用排列、組合的數(shù)學(xué)方法與公用導(dǎo)線連接，從而得出錯(cuò)接導(dǎo)線的連接狀況。

如果沒(méi)有找到公用導(dǎo)線，系統(tǒng)只能通過(guò)排列、組合的數(shù)學(xué)方法找出導(dǎo)線的連接狀況。當(dāng)然，這種幾率較少。由于微處理器的速度較快，即使出現(xiàn)這種極端情況，耗時(shí)也是瞬間完成的。

另外，每進(jìn)行一次測(cè)量結(jié)果的記錄是非常重要的，避免了重復(fù)性工作，提高了判斷速度。

3.2.3 顯示兩端對(duì)應(yīng)關(guān)系

將測(cè)量結(jié)果顯示于液晶屏上，使雙絞線兩端的對(duì)應(yīng)關(guān)系一目了然，便于排除故障。

本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)量?jī)煞N方法。以上敘述了自動(dòng)測(cè)量的原理，手動(dòng)測(cè)量的原理與自動(dòng)測(cè)量相同。區(qū)別在于選擇手動(dòng)測(cè)量時(shí)，已經(jīng)明確線路接線采用的標(biāo)準(zhǔn)。

4 軟件設(shè)計(jì)［2，3］

根據(jù)以上工作原理設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件，圖6為系統(tǒng)工作流程。下面將整個(gè)程序設(shè)計(jì)的主要通信程序提供給大家，以供參考。

圖6 主從設(shè)備軟件設(shè)計(jì)流程圖

部分程序如下：

include “reg51.h”

include “com.h” //自定義頭文件

char Cri_opt［3］; //標(biāo)準(zhǔn)選擇命令碼

char Cha_opt［3］; //通道選擇命令碼

char Xbuff［15］; //數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)

char Rbuff［15］; //數(shù)據(jù)接收緩沖

Xmit_mst（） interrupt 4 using 3 //主設(shè)備發(fā)送中斷程序

{ TI = 0; //關(guān)閉發(fā)送中斷

if（Xput ！= Xget）{ //Xput：發(fā)送緩沖區(qū)入指針;//Xget：發(fā)送緩沖區(qū)出指針

SBUF = Xbuff（Xget）; //發(fā)送數(shù)據(jù)

Xget = （Xget++）&0fh; //當(dāng)數(shù)據(jù)取空時(shí)指針Xget轉(zhuǎn)到起始位置

}

delay（10ms）;

}

Rcv_mst（） interrupt 4 using 3//主設(shè)備接收中斷程序

{ RI = 0; //關(guān)閉接收中斷

if（Rput ！= Rget） { //Rput：接收緩沖區(qū)入指針;Rget：//接收緩沖區(qū)出指針

Rbuff（Rput） = SBUF;

Rput = （Rput++）&0fh;

}

delay（10ms）;

}

void SendCmd（char*Buff， char TotalChar）{

char cnt;

for（cnt=0; Cnt《=TotalChar; Cnt++）{

Xbuff［Xput］ = Buff［Cnt］; //將命令移入發(fā)送緩沖區(qū)

Xput = （Xput++）&0fh; //當(dāng)發(fā)送緩沖區(qū)滿時(shí)入隊(duì)指針由隊(duì)尾指向隊(duì)頭

}

SBUF = Xbuff［Xget］; //引起通信中斷，發(fā)送數(shù)據(jù)

delay（10ms）; //延時(shí)

}

main（）{

char P0_state;

Init（）; //系統(tǒng)初始化

。..。..。..。..

//選擇連線標(biāo)準(zhǔn)

Cri_opt［1］ = 0ah; //0ah或0bh

LpcGen（Cri_opt）; //生成校驗(yàn)碼并寫入相應(yīng)位置

SendCmd（Cri_opt，3）; //將采用的連接標(biāo)準(zhǔn)通知從設(shè)備

P0 = 0ffh; //P0口操作

。..。..。..。..

等待從設(shè)備響應(yīng); //等待從設(shè)備確認(rèn)后的狀態(tài)置位

//選擇通道

。..。..。..。..

Cha_opt［1］ = 01h; // 01h-08h

LpcGen（Cha_opt）;

SendCmd（Cha_opt，3）; //發(fā)送選擇通道命令

P0 = 0ffh; //P0口操作

。..。..。..。..

等待從設(shè)備響應(yīng);

P0_state = P0; //讀P0口狀態(tài)

。..。..。..。..

}

從設(shè)備程序設(shè)計(jì)可仿照主設(shè)備程序設(shè)計(jì)。

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