本文介绍了由外围采集电路、单片机和PC组成的三级结构载报机自动监测系统的总体及软、硬件设计。并阐述了系统实现过程中需解决的一些关键技术。
载报机是国内外电信部门传统的通信设备之一。随着科学技术的飞速发展，人类已经迈入信息社会，迫切需要对传统通信设备的运行状况进行自动监测，并需在远程维护中心实现实时管理。本系统的开发，正是解决如何从载报机中提取原始数据，如何完成对原始数据的信号接收和A/D转换，如何处理数据库操作及图形界面等问题。
1系统总体结构
载报机自动监测系统的总体结构如上图所示，采用了典型的三级结构。图1中FDM代表频分制载报机，TDM代表时分制载报机，两种载报机总数量为68台。第一级为外围采集电路。它完成对68台载报机的发送电平、接收电平等模拟电压信号的接收，完成对载报机是否失步、电源电压是否正常等数字告警信号的接收，并确保本监测系统的运行不会对载报机原来的工作状况造成任何影响。
第二级为基于PIC16C74A单片机的A/D转换模块及串行通信接口(SCI)模块。A/D转换模块将外围采集电路采集得到的模拟电压信号数字化，供CPU处理。串行通信接口模块则负责与PC进行通信。第三级为PC。PC通过图形界面及对数据库的操作，不但直观反映出当前电路状态，还具备自动定时打印、分析统计历史告警记录等多种功能。此外，PC还具备与远程维护中心通信的功能。
2外围采集电路的设计
上图示出的外围采集电路由输入隔离模块和数据处理模块组成。输入隔离模块分散安装在68台载报机所在机架内，包括用于采集发送电平、接收电平的隔离变压器和用于采集电源电压告警信号、本端或远端失步告警信号的光电隔离电路。要求自动监测系统对载报电路的跨接衰减不大于ldB，且载报机与自动监测系统之间没有直接的电源和接地耦合。数据处理模块是外围采集电路的核心。在各种待监测量中，电路发送电平值、接收电平值属模拟信号，它们是不规则的音频信号，数据处理模块需通过整流、滤波、放大和电平移位等一系列处理，才能将它们转化到单片机能够识别的0～+5V范围内。另外，电路发送电平值和接收电平值的动态范围很大，为-60dB—+10dB，其中，-40dB、-60dB又是判断设备告警与否、电路中断与否的关键点位。为了适当扩大低电平段的电压变化范围，我们在数据处理模块中使用对数型放大器，以确保单片机对故障告警的准确判断。
数据处理模块中还包括多路模拟开关电路。它通过地址总线接受单片机的选通命令，在选通期间把处理好的模拟信号和数字信号通过数据总线发送给单片机。
考虑到数据处理模块与单片机之间的地址总线、数据总线必须尽可能短，故第一级的数据处理模块在物理上与第二级的单片机是合并安装在同一机柜内的。
3单片机的设计
单片机是连接外围采集电路和PC的纽带，它主要实现以下几项功能：
(1)通过地址总线输出不同的地址，选通不同的载报机；(2)接收外围采集电路测得的模拟电压信号和数字告警信号，并将模拟电压进行A/D转换：
(3)将数字信号和A/D转换后的模拟信号，通过RS-232串行口与PC进行通信。
考虑到以上各项要求，并综合分析了各种不同型号的单片机后，我们决定采用美国MicroChip公司的PIC16C74A系列单片机。这是因为：
(1)PIC16C74A系列单片机采用“哈佛”(Har-vard)结构，即程序和数据存储在不同的存储器中。与传统的冯·诺伊曼(JohnvonNeumann)结构相比，这种结构使指令执行和取指操作可以重叠进行，因而可以达到很高的执行速度；(2)PIC16C74A系列单片机的最高时钟频率能达到20MHz，A/D转换时间也仅需16μs，这样就能很好地满足实时监测的要求；(3)PIC16C74A系列单片机带有8路模拟输入通道，共同复用一个采样／保持和A/D转换器，这就大大简化了外围采集电路的设计。
另外，它还具有192个数据存储器和4096×14bit的程序存储器．3个定时／计数器，2个捕捉／比较/PWM模块和2个串行口。其中，串行通信口(SCI)可设置为同步或异步方式。这样，利用一片PIC16C74A单片机就很好地实现了以上的各项功能。
具体的单片机程序框图如下图所示。
PIC16C74A共有5个I/O端口PORTA～PORTE。PORTA是一个6位口，其中脚RAO～RA3、PA5为模拟输入，PORTE是一个3位口，都被设为模拟输入。本监测系统就用以上8位作为模拟信号的输入，每次读取4台载报机的发送电平和接收电平，共8个模拟量。PORTB是一个8位双向口，用于读取待测载报机的数字告警信号。PORTC的脚RC6作为串行通信接口的异步发送端。PORTD是一个带施密特触发器的8位口，用作选择不同载报机的地址总线。
4系统软件的设计
由于CPU的运算速度已极大地提高，软件的执行速度已经不再是制约PC跟外围硬件协同工作的主要矛盾。相反，用户对软件的界面、功能提出了越来越高的要求。
．人们已经不再满足于仅用红、绿灯显示电路的正常与否，还要求能根据不同的告警信息，用不同的语音信号告警。同时，系统还应具有统计、分析各电路质量的功能，并能用矢量图形象地表现出来。
考虑到以上各种要求，我们采用微软的VisualBasic5.0企业版作为开发工具。这是鉴于：
(1)用VB5.0生成的界面很友好，易于用户操作；(2)VB5.0企业版提供了十分丰富的ActiveX控件，如用于语音告警的多媒体MCI控件、显示数据图表的MSCHART控件、串行通信MSComm控件等等，不但为编程提供了很大的方便，而且使得程序功能十分强大；(3)VB能跟微软的ACCESS数据库做到无缝的连接。这样，对各电路质量分析等功能就能通过对ACCESS数据库的操作，得到很好的解决。图3为PC的软件框图，其主要功能如下：
(1)自动监测68个载报电路的发送电平、接收电平、杂音次数、载报机电源电压中断告警、本端失步告警和远端失步告警；(2)自动生成日报表和月报表；
(3)自动对监测到的数据进行统计，并以表格、曲线、直方图、饼形图等形式显示。
5结束语
载报机自动监测系统投入运行后，除能很好地完成实时监测外，还能完成自动打印报表、统计分析等各项以往很麻烦或不能完成的工作，同时也实现了载报机房从原先落后的人工监测到现代化的自动监测和远程维护的过渡。
