基于嵌套矩阵式读取电子标签系统及其读取方法与流程

本发明涉及一种基于嵌套矩阵式读取电子标签系统及其读取方法，属于光通信技术领域。

背景技术：

随着全国光纤基础网络的海量建设，这就使得odn网的用户端产生出海量的光纤线路需要进行配线调度维护管理。传统光纤管理采用人工识别纸质文档和纸质标签的模式进行施工和维护，这使得管理成本非常高，效率较低。人工管理出现疏漏，就会使得网络数据与实际网络状况出现不一致的错误，后续的网络维护难度就会大幅上升。

智能odn的光配线管理技术，是以电子标签为基础，为每个光纤活动连接器配备一个具有全球唯一码的电子标签，通过对电子标签的信息采集，可实现对光纤配线的高效管理。引入智能odn系统，实现光纤管理技术由原来的人工和纸件向电子化自动化转型。端口电子化标记，光路由自动计算，施工软件工具可视化指导，自动回单闭环管理，资源准确率和效率提升。

由于odn大多数处于无源化的应用环境，因此需要采用一种低功耗、低成本、高效的控制方式，读写成百上千个电子标签，来组建一个可靠的智能odn系统。现有电子标签的读取控制，通常采用点对点总线控制，这种方式下mcu控制的电子标签数量非常有限，而一个智能光纤总配线架满容量有上千芯，mcu的用量很大，这使得成本非常高。其次，现有的读取电子标签系统，也有通过cpu的gpio总线连接cpld/fpga扩展接口，再通过驱动芯片或场效应管连接电子标签的i/o端口，进行读写操作的。而扩展芯片及驱动芯片的增加，将会提高了硬件电路的成本和功耗。这种结构逻辑控制较为复杂，由于具有两级物理延时，不仅影响读取电子标签的数据正确性，而且系统稳定性不高。当cpu对上千个电子标签进行数据读取时，遍历周期较长，会影响检测电子标签的实时性和读取数据准确性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于嵌套矩阵式读取电子标签系统及其读取方法，通过数据总线控制两层矩阵结构，能大幅度节约总线资源，有效地降低功耗和成本，减少物理延时，并通过分级控制使所有分控器同时工作，提高读取电子标签的数据效率和准确性，能提高系统稳定性。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种基于嵌套矩阵式读取电子标签系统,其特征在于：包括主控器、多个分控器以及多个接口板单元和多个电子标签；

所述的主控器具有主控mcu，主控器的主控mcu与多个分控器的分控mcu连接，用于命令各分控器同时采集电子标签的数据，接收各分控器上传电子标签在线信息，并命令各分控器显示电子标签在线信息；

所述的各分控器具有各自对应的分控mcu，且各分控器的分控mcu分别通过数据总线与各自对应的接口板单元连接；每一个接口板单元具有矩阵排列的多个接口板，每一个接口板上连接有呈矩阵排列的多个电子标签；每一个分控器的分控mcu上具有多根横向gpio总线和多根纵向gpio总线，且各根横向gpio总线分别与对应同行接口板上的同一行的电子标签的接地引脚连接、各根纵向gpio总线分别与对应同列接口板上的同一列的电子标签的io引脚连接并形成矩阵总线控制结构；各分控mcu通过各横向gpio总线控制各行电子标签的接地引脚，使各行电子标签依次换行工作，并通过各纵向gpio总线控制当前行工作的电子标签的io引脚进行读取操作，各分控器将实时读取到各电子标签的数据与设定电子标签的数据进行分析比对，得到各电子标签在线信息并上传至主控器，主控器控制各分控器实时显示各电子标签在线信息。

本发明基于嵌套矩阵式读取电子标签系统的读取方法,其特征在于：按以下步骤进行，

⑴、主控器输出信号给各分控器，命令各分控器采集各接口板单元的电子标签的数据；

⑵、各分控器同时接收指令开始读取，且每一个分控器的分控mcu控制任意其中一根横向gpio总线输出打开信号，同时其它多根横向gpio总线输出关断信号，连接在打开信号的横向gpio总线对应一行各电子标签的接地引脚被统一接低电平而工作，其它行各电子标签不工作，当前工作一行的各电子标签的io引脚被连接的多根纵向gpio总线控制，分控mcu读取当前行各电子标签的rom数据并以二维数组存放，分控mcu在完成第一次读取后进行行切换，分控mcu控制这根横向gpio总线输出关断信号使这一行各电子标签不工作；

⑶、各分控器的分控mcu控制下一根横向gpio总线输出打开信号，同时其它多根横向gpio总输出关断信号，连接在打开信号的下一根横向gpio总线对应一行各电子标签的接地引脚被统一接低电平而工作，其它行各电子标签不工作，当前工作一行的各电子标签的io引脚被连接的多根纵向gpio总线控制，分控mcu读取当前行各电子标签的rom数据并以二维数组存放，分控mcu在完成第二次读取控制这一横向gpio总线输出关断信号使这一行各电子标签不工作，以此循环，至到完成最后一行读取；

⑷、各分控mcu在设定时间内，读取各自对应接口板单元内各行电子标签的rom数据，并在判断所有电子标签的数据读取完毕后，对存放的二维数组整合匹配处理并形成三维数组存放在存储单元内，得到与各接口板单元、各接口板上每一个电子标签一一对应的电子标签的数据，将读取到电子标签的数据与存储单元设定的电子标签的数据进行分析比对，得到各电子标签在线信息，并不断循环刷新读取到的电子标签的数据，各分控器向主控器实时上传得到电子标签在线信息，主控器控制各分控器实时显示各电子标签在线信息。

本发明的嵌套矩阵读取电子标签系统包括主控器和多个分控器，主控器具有主控mcu，而分控器上具有各自的分控mcu，各分控器分别通过数据总线与各自对应的接口板单元连接，而各接口板单元具有矩阵排列的多个接口板，而每一个接口板上又连接有呈矩阵排列的多个电子标签，因此通过分控mcu直接将多根横向gpio总线分别与各行接口板上各行电子标签的接地引脚连接，同时多根横向gpio总线与各列接口板上各列的电子标签的io引脚连接，形成双层gpio总线控制结构，接口板单元内的各接口板仅用于连接电子标签，并通过数据总线与分控器连接，接口板上不设微处理器，故分控器无需扩展接口，分控mcu控制gpio总线直接对连接并控制多个电子标签进行读写操作，无需要驱动芯片或场效应管驱动，较现有设计的硬件成本大幅降低，并同时有效地降低了功耗，减少了物理延时，提高读取电子标签的数据效率以及实时性和准确性高，提高了系统稳定性。

本发明各行接口板上同一行的多个电子标签的接地引脚分别连接在对应的一根横向gpio总线上，而各列接口板上同一列的多个电子标签的io引脚连接在对应的一根横向gpio总线上，接口板上多个电子标签能形成一个小的矩阵控制结构，而多各接口板组合后又形成大矩阵控制结构，故而双层矩阵总线控制结构能大幅度节约总线资源，有效减少了端口在分控器和接口板上所占用空间，减少了导线的连接和使用，不仅降低了成本，增加了硬件电路的可靠性，可实现对上千个电子标签的准确读取，实现端口电子化标记，对光纤配线进行高效管理。

本发明的嵌套矩阵读取电子标签的系统在读取时，采用分级控制，所有分控器同时工作，采集完各对应接口板单元内电子标签的数据后,向上传递给主控器，实时更新各个端口上电子标签在线信息并显示，能有效提高了电子标签读写、存储数据效率，大大缩短了遍历周期，有效地增强了电子标签的检测实时性。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是本发明的基于嵌套矩阵式读取电子标签系统的结构示意图。

图2是本发明一个接口板单元的n×m矩阵总线控制图。

图3是本发明一个接口板上的矩阵总线控制图。

图4是本发明电子标签与分控器连接的结构示意图。

图5是本发明读取电子标签的数据时的流程图。

图6是本发明第一次读取电子标签的数据的行信号切换控制图。

图7是本发明第二次读取电子标签的数据的行信号切换控制图。

图8是本发明第n次读取电子标签的数据的行信号切换控制图。

图9是本发明在读取任意一个电子标签在线信息的流程图。

具体实施方式

见图1～2所示，本发明的基于嵌套矩阵式读取电子标签系统,包括主控器、多个分控器以及多个接口板单元和多个电子标签。

见图1所示，本发明的主控器具有主控mcu，该主控mcu可采用现有的16位或32位微处理器，主控器的主控mcu与多个分控器的分控mcu连接，用于命令各分控器同时采集电子标签的数据，接收各分控器上传电子标签在线信息，并命令各分控器显示电子标签在线信息，并能通过主控器查询其中任意一个电子标签的在线信息。

见图1、2所示，本发明的各分控器具有各对应的分控mcu，该分控mcu可采用有的16位或32位微处理器，分控mcu通过通讯端口与主控器的主控mcu连接，使主控器同时控制各分控器同时读取电子标签的数据。见图1、2所示，本发明各分控器的分控mcu分别通过数据总线与各自对应的接口板单元连接，用于读取与每一个端口对应的电子标签的数据，分控器与接口板单元之间可采用多芯排线插接。由于分控mcu的gpio总线直接连接电子标签进行读写操作，不需要驱动芯片或场效应管驱动，不仅无需扩展接口，减少硬件成本，有效地降低了功耗，而且分控mcu的gpio口直接对电子标签进行读写操作，还能减少了物理延时，使读取电子标签的数据实时性和准确性更高，能提高升了系统稳定性。

见图1～3所示，本发明每一个接口板单元具有矩阵排列的多个接口板，如每一个接口板单元可采用y个接口板，使y个接口板呈多行和多列排设，而每一个接口板上连接有呈矩阵排列的多个电子标签，当每一个接口板采用w个电子标签按a行和b列时，见图2、3所示，将w个电子标签以a×b矩阵方式进行控制，其中a×b＝w，而y个接口板就具有y个a×b矩阵，将y个a×b的小矩阵加以组合，使一个接口板单元内的电子标签能形成n行、m列的n×m大矩阵方式的控制，即具有n行电子标签，每行有m个电子标签，而当有x个分控器时，能形成x个n×m大矩阵方式的控制，能实现对上千个电子标签的准确读取。本发明接口板具有多个用于连接各电子标签的多个插座，电子标签可拆安装对应的插座上，插座焊接在接口板上，方便将电子标签插入插座实现连接，接口板单元上设有线排插座，gpio总线线排插接在对应接口板单元的线排插座上和分控mcu的gpio口上，使分控mcu通过gpio总线直接对连接的电子标签进行读写操作。

见图1～3所示，发明每一个分控器的分控mcu上具有多根横向gpio总线和多根纵向gpio总线，多根横向gpio总线和多根纵向gpio总线采用多芯gpio总线线排与分控器的分控mcu上的gpio口连接，本发明各分控器的分控mcu的gpio口的数量大于或等于与对应各接口板单元连接的横向gpio总线和纵向gpio总线的数量总和。见图2、3所示，本发明各根横向gpio总线分别与对应同行接口板上的同一行的电子标签的接地引脚连接、各根纵向gpio总线分别与对应同列接口板上的同一列的电子标签的io引脚连接并形成矩阵总线控制结构。见图3所示，本发明每一个接口板上的w个电子标签，只需连接a根横向gpio总线eid_gnd_0～eid_gnd_a-1和b根纵向gpio总线eid_io_0～eid_io_b-1。见图2所示，而将多个接口板组合后，当读取y个接口板上的m×n个电子标签时，每一根横向gpio总线与对应同行接口板上的同一行的电子标签的接地引脚连接，每一根纵向gpio总线与对应同列接口板上的同一列的电子标签的io引脚连接，仅需要n根横向gpio总线eid_gnd_0～eid_gnd_n-1和m根纵向gpio总线eid_io_0～eid_io_m-1，因此一个接口板板单元一共需要n+m根gpio总线。本发明采用双层嵌套矩阵式控制，减少了接口板上端口的引出线，极大地节约了总线资源，有效减少了端口在分控板和接口板上的占用空间，减少了导线的连接和使用，降低了成本，增加了硬件电路的可靠性。

见图2所示，本发明各分控mcu通过各横向gpio总线控制各行电子标签的接地引脚，使各行电子标签依次换行工作，并通过各纵向gpio总线控制当前行工作的电子标签的io引脚进行读取操作，且分控mcu控制横向gpio总线使各行电子标签延时1～2ms换行，通过延时换行可将电子回路中的电流吸放掉，有效地防止信号干扰。本发明通过控制电子标签的接地引脚的高低电平，实现对电子标签的通断控制，并通过纵向gpio总线控制当前行工作的多个电子标签的io引脚进行读取操作，各分控器将实时读取到各电子标签的数据与设定电子标签的数据进行分析比对，得到各电子标签在线信息并上传至主控器，主控器控制各分控器显示各电子标签在线信息。

见图4所示，本发明每个电子标签具有两个引脚，即io引脚和接地即gnd引脚，电子标签的io引脚接通过一根gpio总线连接到分控mcu上，电子标签的gnd引脚通过另一根gpio总线接到mcu上，分控mcu的接地引脚接到地线(gnd)，电源正端vcc经上拉电阻r与一根gpio总线连接,分控mcu控制另一根gpio总线输出工作电平，即输出打开信号电子标签开始工作；在分控mcu控制另一根gpio总线输出与工作电平相反的电平，即输出关断信号电子标签停止工作。

见图5～8所示，本发明基于嵌套矩阵式读取电子标签系统的读取方法,按以下步骤进行。

⑴、主控器输出信号给各分控器，命令各分控器采集各接口板单元的电子标签的数据。

⑵、各分控器同时接收指令开始读取，开始时当前行k＝0，依次通过行切换读取电子标签的数据，每一个分控器的分控mcu控制任意其中一根横向gpio总线输出打开信号，同时其它多根横向gpio总线输出关断信号，连接在打开信号的横向gpio总线对应一行各电子标签的接地引脚被统一接低电平而工作，其它行各电子标签不工作，当前工作一行的各电子标签的io引脚被连接的多根纵向gpio总线控制，分控mcu读取当前行各电子标签的rom数据并以二维数组存放，分控mcu在完成第一次读取后进行行切换，分控mcu控制这根横向gpio总线输出关断信号使这一行各电子标签不工作。

见图2、6所示，本发明在分控mcu第一次读取时，即读取第0行的m个电子标签的数据，此时，分控mcu控制一根横向gpio总线eid_gnd_0输出打开信号，同时其它根横向gpio总线eid_gnd_1～eid_gnd_n-1输出关断信号，与横向gpio总线eid_gnd_0相连接的m个电子标签的接地引脚被统一接低电平，m个电子标签的另一引脚被m根纵向gpio总线eid_io_0～eid_io_m-1控制，同时读取m个电子标签的rom数据，相较点对点读取电子标签，本发明的读取效率有了很大的提升。分控mcu读取与横向gpio总线eid_gnd_0相连接m个电子标签的rom数据，并以二维数组的形式存放，将第一次读取的数据存放在二维数组a’[m’][j]中，其中，a’为数组名，m’代表n×m矩阵中每行电子标签的数量,j为每个电子标签的rom中数据的数量,该二维数组如下：

本发明二维数组中的a’[0][0]、a’[0][1]、a’[0][2]…a’[0][j-1]是存放gpio总线eid_io_0读取到的第0行第1个端口上的电子标签的rom数据，a’[1][0]、a’[1][1]、a’[1][2]…a’[1][j-1]是存放gpio总线eid_io_1读取到的第0行第2个端口上的电子标签的rom数据，依次类推，a’[m’-1][0]、a’[m’-1][1]、a’[m’-1][2]…a’[m’-1][j-1]则是存放gpio总线eid_io_m-1读取到的第0行第m个端口上的电子标签的rom数据,数据读取并存储完成后，分控mcu控制gpio总线eid_gnd_0输出关断信号，关断对gpio总线eid_gnd_0相连接的m个电子标签控制。

⑶、各分控器的分控mcu控制下一根横向gpio总线输出打开信号，同时其它多根横向gpio总输出关断信号，连接在打开信号的下一根横向gpio总线对应一行各电子标签的接地引脚被统一接低电平而工作，其它行各电子标签不工作，当前工作一行的各电子标签的io引脚被连接的多根纵向gpio总线控制，分控mcu读取当前行各电子标签的rom数据并以二维数组存放，分控mcu在完成第二次读取控制这一横向gpio总线输出关断信号使这一行各电子标签不工作，以此循环，至到完成最后一行读取。

见图2、7所示，本发明在分控mcu第二次读取时，即读取第1行的m个电子标签的数据，此时，分控mcu控制下一根的横向gpio总线eid_gnd_1输出打开信号，同时其它横向gpio总线eid_gnd_0、eid_gnd_2～eid_gnd_n-1输出关断信号，纵向gpio总线eid_io_0～eid_io_m-1控制读取第1行m个电子标签的rom数据，在第二次读取数据读取完成后，存放在二维数组a’[m’][j]中,该二维数组如下：

本发明各分控mcu控制横向gpio总线输出关断信号使当前行各电子标签不工作，延时1～2ms后输出下一行的打开信号，在分控mcu关断当前行横向gpio总线eid_gnd_k信号后延时2ms，再打开下一行横向gpio总线eid_gnd_k+1信号,可将电子回路中的电流吸放掉，有效地防止信号干扰。

本发明分控mcu在第三次读取时，即读取第2行的m个电子标签的数据，此时，分控mcu控制横向gpio总线eid_gnd_2输出打开信号，同时其它多根横向gpio总线eid_gnd_0、eid_gnd_1、eid_gnd_3～eid_gnd_n-1输出关断信号，纵向gpio总线eid_io_0～eid_io_m-1控制读取第2行m个电子标签的rom数据，分控mcu在第三次读取数据完成后，存放在数组a’[m’][j]中,该二维数组见如下：

在第三次读取完成后，分控mcu控制eid_gnd_2输出关断信号，关断对eid_gnd_2相连接的m个电子标签控制。以此重复至到读取第n次，见图2、8所示，分控mcu控制横向gpio总线eid_gnd_n-1输出打开信号，同时gpio总线eid_gnd_0～eid_gnd_n-2输出关断信号，纵向gpio总线eid_io_0～eid_io_m-1控制读取第n-1行m个电子标签的rom数据，数据读取并存放在二维数组a’[m’][j],读取存储完成后，分控mcu控制横向gpio总线eid_gnd_n-1输出关断信号，关断对横向gpio总线eid_gnd_n-1相连接的m个电子标签控制。

⑷、各分控mcu在设定时间内，可通过软件设定时间，读取各自对应接口板单元内各行电子标签的rom数据，并在判断所有电子标签的数据读取完毕后，此时，当前行k＝0,对存放的二维数组整合匹配处理并形成三维数组存放在存储单元内，得到与各接口板单元、各接口板上每一个电子标签一一对应的电子标签的数据，将读取到电子标签的数据与存储单元设定的电子标签的数据进行分析比对，得到各电子标签在线信息，不断循环刷新读取到的电子标签的数据，各分控器向主控器实时上传得到电子标签在线信息，主控器控制各分控器实时显示各电子标签在线信息。

本发明经过n次读取，能依次读取完成n行m个电子标签的rom数据，将n个二维数组进行整合匹配处理，形成三维数组a’[n’][m’][j],其中，a’为数组名，n’代表n×m矩阵中电子标签的行数,m’代表n×m矩阵中每行电子标签的数量,j为每个电子标签的rom中数据的数量,该三维数组见如下：

本发明将n行电子标签的rom数据全部存储完成后，将n个二维数组进行整合匹配处理，根据接口板号和端口号信息可以确定每个电子标签的位置，将这个位置信息进行软件程序计算，一一对应到n×m矩阵中的每个电子标签所读取到的数据存放的存储单元内，使各分控器将各自对应的n×m矩阵中的每个电子标签与每个接口板上的每个端口上的电子标签一一对应，将得到的电子标签的数据与存储单元内设定的电子标签对应的数据进行分析比对，能转换成哪些端口上插有电子标签，而哪些端口上没有插入电子标签的信息，因此能得到各电子标签在线信息。本发明分控mcu在固定时间内读取并存储完成n行电子标签的数据，并不断循环，因此能实时刷新读取到的电子标签数据，并能实时更新各个端口上电子标签的在线信息而显示。

本发明还可根据接口板号和端口号信息可以确定每个电子标签在线信息。见图9所示，本发明主控器接收其中任意一个电子标签的查询信息，向对应的分控器发送电子标签的接口板号和端口号的位置信息，分控器接收电子标签的接口板号和端口号的位置信息，并读取的对应电子标签的数据，并对读取到电子标签的数据与存储单元设定的电子标签的数据进行分析比对，得到查询电子标签在线信息，分控器将电子标签在线信息上传到主控器，主控器控制对应的分控器显示所查询电子标签在线信息。如要读取第1号接口板的第w号端口，输入1号接口板的第w号端口，使主控器则发送1号接口板的第w号端口信息，分控器接收电子标签的接口板号和端口号的位置信息，并根据接口板号和端口号信息可以准确读取到相对应的电子标签数据，再对读取数据进行分析比对，得到1号接口板的第w号端口电子标签的在线信息，分控器将电子标签在线信息上传到主控器，主控器控制对应的分控器显示该电子标签的在线信息，当点亮指示灯则端口上插有电子标签，当没有点亮指示灯则端口上没有电子标签，而具体反应出该端口光纤活动连接器的状态。