通用接口適配器自動測試系統(tǒng)通用接口適配器

通用接口適配器總體方案

所有測試儀器均通過接口適配器與待測設(shè)備相連，當待測對象發(fā)生改變時，只需根據(jù)待測設(shè)備端口信號特性切換矩陣開關(guān)和更換相應(yīng)的調(diào)理模塊即可對其進行測試，進而大大提高系統(tǒng)的通用性和可擴展性。接口適配器主要由矩陣開關(guān)、數(shù)字信號調(diào)理模塊和模擬信號調(diào)理模塊組成。其主要功能是對數(shù)字、模擬等各種信號進行調(diào)理，使之滿足測試儀器要求，同時也起到保護儀器安全的作用。其實現(xiàn)框圖如圖2所示。

通用接口適配器內(nèi)部模塊

1)矩陣開關(guān)設(shè)計

矩陣開關(guān)是接口適配器的重要組成部分，擔負著控制信號流向的任務(wù)，是實現(xiàn)自動測試與提高通用性的關(guān)鍵。圖3為待測端口到儀器端口映射過程示意圖，其中A=(a₁，a₂，…，a_n)為待測端口，B=(b₁，b₂，…，b_n)為儀器端口，L為A，B的映射關(guān)系，M為A，C的映射關(guān)系，N為C，B的映射關(guān)系。從圖3中不難看出，矩陣開關(guān)設(shè)計的關(guān)鍵在于映射關(guān)系M與映射關(guān)系N的確定。如果L已知，只需求得M或N任一映射關(guān)系，便可知另一映射關(guān)系。

2)模擬信號調(diào)理模塊設(shè)計

模擬信號調(diào)理模塊的主要作用是對模擬信號進行適當?shù)恼{(diào)理，使其電壓范圍滿足測量儀器輸入電壓要求。調(diào)理電路中采用了運算放大器芯片AD827。該芯片最高帶寬為50MHz，芯片內(nèi)部集成了2片運放，分別用來進行信號放大平移和衰減。模擬信號調(diào)理電路如圖4所示。

圖4中左半部為第1個環(huán)節(jié)，輸入為V1，輸出為V2，其作用是對微弱信號進行放大。右半部為第2環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)是信號衰減環(huán)節(jié)，其最大增益為1，通過調(diào)節(jié)電位器，可以將信號最小衰減為0。

3)數(shù)字號調(diào)理模塊設(shè)計

數(shù)字信號調(diào)理模塊采用SN74ABT16245作為驅(qū)動芯片，通過開關(guān)K₁和K₂可控制信號方向，如果T/R₁和T/R₂均為高電平，則信號方向為A₀～A₁₅到B₀～B₁₅；如果T/R₁和T/R₂均為低電平，則信號方向為B₀～B₁₅到A₀～A₁₅。數(shù)字信號調(diào)理電路如圖5所示。

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大和技術(shù)的進步,通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也越來越復雜。目前國內(nèi)大多數(shù)業(yè)務(wù)提供商分別建立了各自的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),這些網(wǎng)管系統(tǒng)之間相互割裂,遺留下管理信息不能互通、網(wǎng)管協(xié)議互不兼容等問題。因此需要建立一個能夠在混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下支持混合網(wǎng)絡(luò)資源管理、網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和業(yè)務(wù)調(diào)度的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),從全網(wǎng)的角度提高網(wǎng)絡(luò)資源綜合利用率,加強全網(wǎng)維護能力。要實現(xiàn)對多專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的綜合管理首先需要將各個專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)采集來的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一整合適配,所以構(gòu)建一個通用的接口適配器是構(gòu)建綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

通用接口適配器軟件設(shè)計原則

設(shè)計一個功能齊全、易于維護、便于“捆綁插拔”的接口適配器,必須有一套具有高度復用性和靈活性的系統(tǒng)設(shè)計方法。將設(shè)計模式引入到網(wǎng)管項目開發(fā)中,可以設(shè)計出一套易于維護、復用度高的系統(tǒng)。在接口適配器設(shè)計中遵循如下的軟件設(shè)計原則:

1)“開-閉”原則。一個軟件實體應(yīng)對擴展開放,對修改關(guān)閉。做到“開-閉”原則的關(guān)鍵在于抽象化。給出一個或多個抽象類或接口,規(guī)定出所有的具體類必須提供的方法的特征作為系統(tǒng)設(shè)計的抽象層。

2)里氏代換原則。任何基類可以出現(xiàn)的地方,子類一定可以出現(xiàn)。里氏代換原則是對“開-閉”原則的補充,是對實現(xiàn)抽象化的具體步驟的規(guī)范。

3)依賴倒轉(zhuǎn)原則。要依賴于抽象,不要依賴于實現(xiàn)。

4)接口隔離原則。為客戶端提供盡可能小的單獨的接口,而不要提供大的總接口,使一個軟件系統(tǒng)在功能擴展的過程當中,不會將修改的壓力傳遞到其他的對象。

5)軟件可移植性。適配器(Adapter)設(shè)計的目標是整個程序幾乎可不做任何修改,就可以在各種平臺上運行。

通用接口適配器系統(tǒng)實現(xiàn)

1　接口適配業(yè)務(wù)流程

在大型網(wǎng)管系統(tǒng)中通常有多廠家協(xié)議接口,這些協(xié)議支持不同的廠商設(shè)備,或者它們可以處理由不同廠家對象產(chǎn)生的事件。為了保證網(wǎng)管系統(tǒng)之間的互通和互操作能力,提供協(xié)議發(fā)現(xiàn)功能模塊來標識被管系統(tǒng)所支持的協(xié)議以及它們所能處理的操作和事件。一旦用戶得到了協(xié)議的信息,就可以自動選擇協(xié)議適配模塊來適配命令和操作,并可以以統(tǒng)一的格式上報子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

協(xié)議適配模塊能夠被發(fā)現(xiàn),首先必須向平臺框架登記。這通過該模塊提供的兩個接口方法注冊和撤銷注冊來實現(xiàn)。這兩個操作只作為組件功能的一部分,并不屬于管理接口,從而可使服務(wù)與對象信息模型獨立。一旦實現(xiàn)以后,協(xié)議發(fā)現(xiàn)模塊不會因為對象信息模型的不同而發(fā)生改變,可用于Adapter平臺集中管理系統(tǒng)中的所有協(xié)議模塊。

2　協(xié)議發(fā)現(xiàn)功能模塊

如圖1所示,Adapter進程啟動時首先讀取配置文件config.xml,配置文件中描述接入平臺的網(wǎng)管系統(tǒng)接口適配所采用的技術(shù),利用虛擬工廠模式生成相應(yīng)的接口適配對象實例,并向注冊中心注冊該實例。如果有新的接口適配接入,Adapter進程可以在運行中reload(Configcfg),FindService可以根據(jù)配置文件到對象池中發(fā)現(xiàn)該協(xié)議的接口類,生成相應(yīng)的代理類,通過動態(tài)代理類實現(xiàn)協(xié)議發(fā)現(xiàn)。

協(xié)議發(fā)現(xiàn)模塊控制對象的創(chuàng)建,隔離客戶端與需求創(chuàng)建的對象。當客戶端需要創(chuàng)建某個對象時,它必須先創(chuàng)建一個特定的工廠,然后觸發(fā)工廠對應(yīng)的方法去創(chuàng)建實際的對象。這個模塊提供了創(chuàng)建關(guān)聯(lián)對象與對象組兩個功能,主要用于配置管理的對象工廠的實現(xiàn)。系統(tǒng)的設(shè)計目標是跨越多個操作系統(tǒng)平臺,系統(tǒng)中有少部分功能需要針對不同操作系統(tǒng)平臺作不同地實現(xiàn)。由于Adapter進程一啟動就需要創(chuàng)建實例,然而當運行時,這些對象必須保證是同一個平臺的實現(xiàn),因此采用橋接模式和抽象工廠模式,為每一種平臺提供一個工廠以創(chuàng)建所有對象,保證對象間的關(guān)聯(lián)。

3　接口適配實現(xiàn)技術(shù)

在網(wǎng)管系統(tǒng)互操作的雙方接口不一致的情況下,需要識別雙方接口的差異,并針對具體的接口差異來定制接口適配器,最直接的定制方法就是直接編程實現(xiàn)接口之間的轉(zhuǎn)換過程,包括通信協(xié)議、數(shù)據(jù)語法表示、語義表示各個層面上的轉(zhuǎn)換。其中,專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)的北向接口由各廠商提供,接口采用的通信協(xié)議和信息模型有很大差異。有新的接口接入就需要重新編程實現(xiàn),重復性比較大,不利于統(tǒng)一管理。

接口適配器是測試設(shè)備與待檢測設(shè)備之間的信號樞紐，匯聚了大量的待檢測信號，其功能是將待檢測設(shè)備各個接口的信號通過不同的調(diào)理模塊轉(zhuǎn)接送至測量儀器。一般來說，通用接口適配器設(shè)計應(yīng)遵循以下原則:

1)接口適配器設(shè)計應(yīng)盡可能采用無源器件。有源器件受環(huán)境參數(shù)的影響更大，會增加測試結(jié)果的不確定性因素。

2)設(shè)計時應(yīng)采用模塊化、標準化設(shè)計，增加接口適配器的可靠性與可維護性。

3)能夠?qū)崿F(xiàn)待測設(shè)備與測試儀器之間的電器隔離，對測試系統(tǒng)具有一定的安全保護作用。

4)接口適配器中應(yīng)包含必要的校準設(shè)計，對適配器所帶來的測量誤差能起到一定校準功能。

通用接口適配器FC型光適配器

這種連接器最早是由日本NTT研制。FC是FERRULECONNECTOR的縮寫，表明其外部加強方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。最早，F(xiàn)C類型的連接器，采用的陶瓷插針的對接端。此類連接器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，制作容易，但光纖端面對微塵較為敏感，且容易產(chǎn)生菲涅爾反射，提高回波損耗性能較為困難。后來，對該類型連接器做了改進，采用對接端面呈球面的插針（PC），而外部結(jié)構(gòu)沒有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。

通用接口適配器SC型光纖適配器

這是一種由日本NTT公司開發(fā)的光纖連接器。其外殼呈矩形，所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全相同，。其中插針的端面多采用PC或APC型研磨方式；緊固方式是采用插拔銷閂式，不需旋轉(zhuǎn)。此類連接器價格低廉，插拔操作方便，介入損耗波動小，抗壓強度較高，安裝密度高。ST和SC接口是光纖連接器的兩種類型，對于10BASE-F連接來說，連接器通常是ST類型的，對于100BASE-FX來說，連接器大部分情況下為SC類型的。ST連接器的芯外露，SC連接器的芯在接頭里面。

通用接口適配器雙錐型適配器

這類光纖連接器中最有代表性的產(chǎn)品由美國貝爾實驗室開發(fā)研制，它由兩個經(jīng)精密模壓成形的端頭呈截頭圓錐形的圓筒插頭和一個內(nèi)部裝有雙錐形塑料套筒的耦合組件組成。

通用接口適配器DIN型光纖適配器

這是一種由德國開發(fā)的連接器。這種連接器采用的插針和耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型相同，端面處理采用PC研磨方式。與FC型連接器相比，其結(jié)構(gòu)要復雜一些，內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)中有控制壓力的彈簧，可以避免因插接壓力過大而損傷端面。另外，這種連接器的機械精度較高，因而介入損耗值較小。

接口適配器作為自動測試系統(tǒng)的重要組成部分，是待測設(shè)備與測試儀器之間的橋梁。目前，大部分測量儀器是可以通用的，而接口適配器是專用的，如果1個待測對象對應(yīng)1個接口適配器，就會使接口適配器種類繁多、測試系統(tǒng)龐大，造成資源浪費。而使用通用接口適配器，用戶可通過測控計算機控制矩陣開關(guān)自動切換以適應(yīng)不同的測試對象，從而實現(xiàn)1個測試系統(tǒng)對應(yīng)多個測試對象的目的，解決接口適配器重復開發(fā)的問題。

手機作為便攜通訊設(shè)備，發(fā)展趨勢是屏幕、功能等性能的不斷升級，但其耗電量也越來越大，據(jù)統(tǒng)計，目前主流的手機屏幕在2.4--4英寸之間，電池容量約為700--1500mAh，90%的手機電池在日常使用中可維持2--3天，使用頻率高時僅可維持1--2天，電池沒電導致手機無法工作的情況時常發(fā)生，給日常生活帶來了不便，偶爾也會嚴重影響工作或生活。通用接口（手機應(yīng)急充電）電池，可在手機沒電時通過統(tǒng)一的手機接口（MicroUSB、2mm圓柱形接口、MiniUSB）高效、便捷的為手機充電，保證手機正常使用，解決了巨大的手機用戶群體長時間存在的問題。

通用接口電池市場規(guī)模：

世界手機用戶約41億。（截至2008年底）

我國手機用戶數(shù)約7.5億，其中手機網(wǎng)民數(shù)約2.3億，每年新增手機用戶約1億。（截至2009年12月）

在我國7.5億手機用戶中：

每天約1億(1/7) 用戶的手機在工作中沒電；

約6千萬人無法及時給手機充電；

約8千萬用戶手機沒電時需要查找重要的號碼或其他信息；

我國每年手機用戶增長約1億，通用接口（手機應(yīng)急充電）電池的市場規(guī)模也在成爆炸式增長。

通用接口電池行業(yè)政策：

我國工信部頒布:YD/T1591-2009《移動通信終端電源適配器及充電/數(shù)據(jù)接口技術(shù)要求和測試方法》

實施日期：2010年1月1日

國際電信聯(lián)盟、全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會(GSMA)、開放移動終端平臺組織(OMTP)宣布：“MicroUSB作為手機通用充電接口在全球推行”

實施日期：2012年1月1日

目前宣布支持Micro-USB的OMTP由17家運營商和制造商組成。

通用接口電池政策解讀：

（1）歐盟宣布從2010起將統(tǒng)一“手機充電/數(shù)據(jù)接口標準”

歐盟委員會29日在布魯塞爾宣布，世界10大移動電話制造商已自愿簽署一份備忘錄，計劃從2010年起向歐盟用戶提供統(tǒng)一標準的手機充電器。

歐盟委員會在一份聲明中說，按照與10大移動電話制造商達成的協(xié)議，歐盟也將專門制訂一項新法規(guī)，規(guī)定新手機統(tǒng)一使用標準化的MicroUSB接口，以與標準充電設(shè)備匹配。

（2）我國頒布“統(tǒng)一手機充電/數(shù)據(jù)接口標準”2010年1月1日實施

中國是手機使用最多的國家，手機用戶超過7億，中國也是手機生產(chǎn)的大國，如果中國的手機充電器標準統(tǒng)一了，對全球都有促進作用。“手機充電/數(shù)據(jù)接口標準”，即業(yè)內(nèi)所說的YD/T1591-2006標準，頒布于2006年12月14日，全名《移動通信手持機充電器及接口技術(shù)要求和測試方法》，是在社會對統(tǒng)一手機充電器呼聲高漲的情況下，歷時4年推出的。這個標準，結(jié)束了手機充電器由手機企業(yè)自行決策，充電器樣式五花八門以至于更換手機后充電器?！氨黄忍蕴钡木置?。這一標準規(guī)定了手機充電器采用“電源適配器 線纜 手機”的三段式結(jié)構(gòu)，從而階段性地統(tǒng)一了充電器側(cè)接口，使得手機充電器第一次實現(xiàn)了通用。手機還可以通過線纜連接到電腦等裝置上充電。

2009年我國工信部繼YD/T1591-2006標準實施兩年半以后頒布“YD/T1591-2009《移動通信終端電源適配器及充電/數(shù)據(jù)接口技術(shù)要求和測試方法》”新標準，替代2006年頒布的“YD/T1591-2006”標準，新標準確定于2010年1月1日正式實施。

新版標準有三大改變：

與2006年頒布的YD/T1591(第一版)相比，YD/T1591(第二版)主要在以下3個方面有大的改變。

第一是將手機側(cè)的充電/數(shù)據(jù)端口進行了標準化。對第一版沒有規(guī)定的手機側(cè)充電接口，在第二版中以3種接口可選的方式呈現(xiàn)，分別是MiniUSB(包括10pin的miniUSB)、MircoUSB以及2mm圓柱形接口。

第二是進一步擴充了電源適配器的應(yīng)用范疇，不僅適用于手機，也可用于其他小型家電等ICT設(shè)備(如藍牙耳機充電、剃須刀充電等)。并擴充了標準的適用范圍，不僅適用于充電，也適用于數(shù)據(jù)傳輸接口。

第三是對電源適配器的節(jié)能性提出了更高的要求，同時考慮到如果要求電源適配器長期使用，就必需對其可靠性、耐用性以及材料的環(huán)保性有更明確的要求。新版標準從材料上對殼體塑膠材料提出了要求，除了避免易老化的材料外，還強調(diào)材料的環(huán)保性，同時也對接口的壽命增加了描述。

“YD/T1591-2009《移動通信終端電源適配器及充電/數(shù)據(jù)接口技術(shù)要求和測試方法》”新標準最重要的、對產(chǎn)業(yè)界影響最大的，是對手機側(cè)的接口進行了統(tǒng)一。

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電源適配器自激串聯(lián)型電源適配器

其中VT為電源適配器開關(guān)管，受激勵脈沖的控制，工作在截止與飽和狀態(tài)。C1是市電電壓整流濾波電路中的濾波電容。VD為續(xù)流二極管，它的作用是在開關(guān)管截止時為負載提供供電通路。L為儲能電感（即開關(guān)變壓器）。C2為電源適配器輸出端濾波電容。

電源適配器工作過程

在開關(guān)管VT飽和導通期間，C1正極的直流電壓Ui經(jīng)過L→VT→C2正極→C2負極充電。一方面使C2兩端建立直流電壓，另一方面使儲能電感L中的磁能不斷增大。當開關(guān)管VT截止期間，L感應(yīng)出左負、右正的電壓，則L中的磁能經(jīng)續(xù)流二極管VD向C2及負載釋放。電源適配器輸出端電壓Uo的高低由VT的飽和導通時間的長短決定，即由基極激勵脈沖寬度決定。而基極激勵脈沖的寬度，由誤差取樣、放大電路決定。

在串聯(lián)型電源適配器中如果沒有續(xù)流二極管VD，則當開關(guān)管突然由飽和導通轉(zhuǎn)為截止時，由于L中的磁能不能釋放，將感應(yīng)出極高的電壓。該電壓極易導致開關(guān)管VT擊穿。而接入續(xù)流二極管VD后，當開關(guān)管由飽和導通轉(zhuǎn)為截止時，L中的磁能通過VD向C2及負載電路釋放，一方面使L兩端的電壓下降，使開關(guān)管集電極-發(fā)射極壓降為輸入Ui值，并有足夠的余量；另一方面，在VT截止期間，L將通過續(xù)流二極管VD釋放能量，使負載電路在開關(guān)管截止期間，得到能量的補充，這將使輸出端電壓更平滑，電源適配器的效率更高。