专利名称：112测试台选线矩阵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种矩阵，特别是一种112测试台选线矩阵。
背景技术：
电信112测试台需要对局端及用户端设备、用户线进行测试，以确定故障所在。近年来随着宽带网的发展，ADSL用户越来越多，原有的112测试台不能测试ADSL，需要配备专用的ADSL测试头，为了用少量的测试头对众多的用户进行测试，需要使用前端的选线继电器矩阵。但进口设备价格昂贵，而且电路板不能带电插拔。
发明目的本发明的目的在于提供一种任何电路板均可带电拔插而不影响用户正常使用，最小容量是1个测试头服务304个用户，最大容量是1个至多个测试头用级联的方式服务无限多个用户的112测试台选线矩阵。
发明内容
本发明的目的可以通过以下措施来达到一种112测试台选线矩阵，其特征在于由1～32个选线框LAMS构成，每个选线框LAMS上装配有一块选线框母板LAMM，安插有一块通信控制、自测及电源板CTP、18-19块16线选线板L16、32路选线矩阵板M32，通信控制、自测及电源板CTP提供整个选线框LAMS的电源，有RS-485口与上位机通信，并对整个框上的32路选线矩阵板M32、16线选线板L16进行控制及自测，32路选线矩阵板M32输入是各选线框LAMS所选中的线，输出到测试头，16线选线板L16可受CTP控制选线，每个框上所有L16同时只能选中一路，在16线选线板L16背面的插座上插有短路连接器SHC及无源自测连接板STC，短路连接器SHC在带电插拔16线选线板L16时使用，用来把与其对应的16路线路连通为正常使用状态，无源自测连接板STC可把16线选线板L16所有16路的局端A线、B线、用户端A线、B线各自并接为四根总线，并引出电缆插到通信控制、自测及电源板CTP，对16线选线板L16及32路选线矩阵板M32进行测试。
本发明的目的还可以通过以下措施来达到；在测试头之前可设有两组终端仿真板TE2，并由通信控制、自测及电源板CTP控制，配合测试头使用。通信控制、自测及电源板CTP包括单片机MCU、RS-485接口，并行总线驱动电路、上电复位电路、L16/M32继电器触点接触电阻测试电路、跳针输入485端口地址、驱动电路、电源/指示灯电路、-48V转5V开关电源电路，用户端及局端线路通过L16/M32继电器触点接触电阻测试电路把测试结果送到单片机MCU、单片机把时钟数据送往32路选线矩阵板M32及终端仿真板TE2，并通过并行总线驱动电路把控制信号送到16线选线板L16，跳针输入485端口地址及上电复位电路都与单片机MCU相连，单片机MCU输出的信号还通过驱动电路送到电源/通信指示灯电路。32路选线矩阵板包括CPLD电路、RC单稳电路、通信、三种模式指示灯电路、驱动电路、32个继电器，CPLD电路通过串行控制线与单片机MCU相连，并与RC单稳电路相连，CPLD电路输出的信号一路送到通信、三种模式指示灯电路，另一路通过驱动电路送到32个继电器。16线选线板L16包括由板地址比较电路、4-16译码器、32个2输入与门电路组成的CPLD电路，以及驱动电路、32个抓线继电器、抓线指示灯电路，板地址比较电路的输出一路送到抓线指示灯，另一路送到4-16译码器，4-16译码器的输出送到32个2输入与门电路，32个输入与门电路输出的信号通过驱动电路送到32个抓线继电器。
本发明相比现有技术具有如下优点1、保证业务不中断采用电信级的板卡设计技术，通过排式外接短路器，能在不中断用户线路正常使用的情况下实现在线维护，所有板卡可带电热插拔。
2、保证业务不干扰各板卡的控制逻辑采用互斥的地址译码逻辑设计，确保每条测试总线只选取一对用户线。
3、组态灵活采用层级组网的容量扩展技术，一个矩阵可扩展到能连接32条测试总线和9712对用户线，每条测试总线都可任意选取任一用户线。
图1A为本发明的系统原理方框图；图1为仅有一个选线框(LAMS)的逻辑方框图；图2为两个32个选线框(LAMS)组成一套系统的逻辑方框图；图3为多套系统的逻辑连接图；
图4为选线框的面板图；图5为选线框母板(LAMM)的正面示意图；图6为选线框母板(LAMM)的背面示意图；图7为多个选线框(LAMS)组成一套系统的结构连接示意图；图8为通信控制、自测及电源板CTP的原理方框图；图9为32路选线矩阵板M32的原理方框图；图10为16线选线板L16的原理方框图；图11为16线选线板L16继电器选线电路图；图12为终端仿真板TE2的原理方框图。
具体实施例方式
本发明下面将结合附图(实施例)作进一步详述参照图1A~图7，本发明由1~32个选线框LAMS构成，每个选线框LAMS上装配有一块母板LAMM；安插有一块通信控制、自测及电源板CTP；18~19块16线选线板L16；32路选线矩阵板M32；两组终端仿真点板TE2；在L16的背面的插座上插有短路连接器SHC及无源自测连接板STC。
图1中，16~304线使用一个测试头。
图2中，305~9216线，1~32个(一般只使用1个~几个)测试头，测试头可灵活分配对32个框进行测试。
图3中，大于9216线，使用多套上述图2的系统用M32级联的方式连接。
图4~图7中，每个LAMS框有20个插槽(1至20号)，第1个固定插CTP，第2个可插M32或TE2，也可以插L16。第3至20个只能插L16。每个L16背后对应有一个插座，可插SHC。
一个系统最多由32个LAMS组成，它们的连接关系如图所示。其中-48V电源、RS-485均为总线，所有框全部并联。被测用户线则接到配线架上，图中略去，只画了在某种情况下M32、L16、TE2、CTP之间的连线。此时有6个LAMS，全部L16插满，其中两个LAMS插了M32-C，3个插了TE2，接了5个测试头。为方便看图，把本该布在机架线槽内的电缆用直线和曲线表示。
图中直线表示各框上L16所选中的线，输入到M32，经过M32选择后输出到TE2，再从TE2输出到测试头(黑色曲线)。
系统配置方法系统需要配备一台PC机以及一个RS-232转RS-485的转换器，来控制最多128个LAMS框。如超过128个LAMS，可使用PC的另一个串口，或者另配一台PC。根据用户的需求，一般1条RS-485总线控制32个LAMS框。LAMS及其所插板子的配置方法和部分典型例子如表1。
需要配备SHC的数量等于需要同时拔下维修L16的数量。
表1 LAMS及各板子在不同情况下的配置数量
注a、对每个LAMS内所有用户测试具有互斥性，一个框内同时只能测一路；b、对不同的LAMS的测试没有互斥性，只受限于所连的测试头是否已被其它框占用；c、如果用户配备测试头数量与所需LAMS数量相等，则无需采用M32，直接采用几组单框单测试头的接法，每两个框可共享使用一块TE2。
d、M32-A、M32-B及M32-C的选用，部分场合它们的用途是可替代的，但软件控制不一样。选用时要根据输入线(LAMS数量)和输出线(测试头数量)来决定，如果LAMS数量＞16，则必须用M32-A，M32-A的数量＝测试头数量；如果17＞LAMS数量＞8，最好用M32-B(也可用M32-A，但有浪费)，M32-B数量＝测试头数量/2；如果9＞LAMS数量＞1，最好用M32-C(用M32-A或M32-B也可，但有浪费)，M32-C数量＝测试头数量/4。
各板上指示灯含义CTP1、LED1(三色灯)RS-485通信状态指示灯，无数据传送时为绿色；收到校验正确的数据包时灭250ms，然后恢复绿色；收到校验错误的数据包时亮黄色250ms后恢复绿色。如果是在灭灯期间收到错误包，将马上切换到黄灯状态并持续250ms。在灭灯或黄灯状态下，收到正确包，指示灯状态不受影响。在收到自测命令包后，进行自测时灯灭(L16约需4～10秒，M32约需15～30秒)，期间不接收任何命令。
2、LED2(绿灯)电源指示。
M321、LED1(绿灯)通信指示灯(同时为电源指示)，无数据传送时为绿色；收到数据包且发送完响应数据包后灭约250ms，然后恢复绿色；2、LED2(绿灯)1X32模式指示灯，仅在跳针选中32选1模式时亮；3、LED3(绿灯)2X16模式指示灯，仅在跳针选中16选2模式时亮；4、LED4(绿灯)4X8模式指示灯，仅在跳针选中8选4模式时亮。
L161、LED1(绿灯)电源指示灯，上电即亮。
2、LED2(绿灯)工作指示灯(板选有效)，仅在选中本板且有继电器吸合时亮，否则灭。
TE21、LED1(绿灯)通信指示灯(同时为电源指示)，无数据传送时为绿色；收到数据包且发送完响应数据包后灭约250ms，然后恢复绿色；2、LED2(绿灯)工作1指示灯，仅在选中第1组终端仿真时亮；3、LED3(绿灯)工作2指示灯，仅在选中第2组终端仿真时亮。
LAMM为每个选线框的背板，上有20个96针欧式插座，用于安插CTP、L16、M32、TE2，其中64针从背后可插3×8插头，用于接插用户线的用户端与局端。每个L16的欧式插座旁边都有一个2×32插座，用于插SHC或STC。母板上还有其它的插座如48V电源输入、选线输出、M32/TE2输入、M32/TE2输出、RS-485总线等。
板上全部采用无源元件，包括一些插座和保护器件。板上的连线关系在各板工作原理中详细说明。
图8中，选线通信及控制板(Access Line Communication and control board)提供整个选线框的电源，-48V输入、+5V输出的5W开关电源；有RS-485口与上位机通信，并对整个框上的M32、L16及TE2进行控制。RS-485总线把各框上的CTP与一台PC的异步串口(转成RS-485)通信，各CTP分配有不同的地址(通过CTP上拨码开关设置)，其中地址0和FFH禁止使用，一条RS-485总线最多可控制128个LAMS框上的CTP。
CTP还可对L16及M32的继电器触点进行自动测试，把接触电阻在6欧以上(甚至不通)的触点找出来并告警。测试时需要接上相应的测试电缆，并执行使被测继电器吸合的命令。测试方法见0系统自测。
电源入口及RS-485端口采取防雷击设计，优于YD/T1082-2000标准规定的500V(波形1.2/50μs，8/20μs)浪涌冲击，可承受1500V浪涌冲击。
图9中，32路选线矩阵板(32input Matrix board)，有M32-A(32选1)、M32-B(2组16选1)、M32-C(4组8选1)三种版本，输入是各LAMS所选中到的线，输出到测试头(也有可能经过TE2才到测试头)。
M32-A(32选1版本)从接入的32根线任选1路接测试头，状态能锁存；M32-B(16选1版本)可从16根线任选两路接两个测试头，两路独立可选，可同时选中并锁存状态；M32-C(8选1版本)可从8根线任选4路接四个测试头，四路独立可选，可同时选中并锁存状态。
M32受CTP的串口控制，板类型号为0。串口采用类似SPI的形式，CTP需要传送时输出一个时钟信号，频率约为200kHz，每条命令需18个时钟周期，约0.1ms，同时第2至9周期由CTP向M32/TE2传送命令数据，第11至18周期由M32/TE2向CTP传送响应数据。第1周期为唤醒M32/TE2用，第10周期为双方释放和接管数据总线过渡用，不传送时时钟线保持低电平，数据线均保持高阻状态。
所有数据发送均在时钟上升沿，接收方在时钟下降沿采样数据。
图10中，16线选线板(16 Line board)，可受CTP控制是否选线，以及选中哪一路，每个框上所有L16最多只能有一块板能选中一路。L16对控制选线信号不锁存。
L16受CTP的并口控制，无锁存功能。母板上有上拉匹配电阻，保证信号可靠传输及保证了如果CTP无命令或离线，L16不动作，所有继电器处于默认状态，所有被测线均处于正常工作状态。
L16从所插的母板插槽将获得自己的插槽号(地址)，一个框内所有的L16的地址各不相同，每块L16只对CTP发来的命令里B
~B[4]与自己的地址相同的才响应。
L16所接局端用户线通过欧式插座的第一列(A列)接入，用户端用户线通过欧式插座的第三列(C列)接入，欧式插座的第二列(B列)接入母板上的其它信号。
图11中，继电器选线方式示意图如图所示，每路用户线需要使用两个继电器(以往的设备多采用三个继电器)，可实现四种功能，其中默认的是用户线正常连通状态，即使电路板停电也处于默认状态。一块L16上共有16组图中的电路，继电器吸合的条件首先是板选有效、然后选中的一路按照控制位bit1及bit0的控制来作出相应的动作。一个LAMS内最多可插19块L16，它们占用的插槽号是2至20(其中插槽2优先用于插M32或TE2)，CTP命令中所选的板号可为2至20，如需全部释放，可选板0(因板0不存在，所以所有L16释放继电器)。在被选中该路的情况下，双刀双掷继电器S1、S2各自受GLC的两个位C[1]、C
控制，如下表C[1]C
正常连通(默认) 0 0正常连通并监听 0 1仅测试局端 1 0仅测试用户端 1 1短路连接器SHC(Shortcut Connector)，带电插拔L16时使用的连接器，用来把该L16对应的16路线路连通为正常使用状态，以免插拔L16而影响用户使用。
即在需要拔走某一块L16前，给该板对应的16组用户线提供正常连通的通路，以取代L16在默认状态下的功能。每一块L16背后对应有一个位置可插SHC，在插上L16，在控制L16进行选线之前，要把对应的SHC拔走。
图12中，两组终端仿真板TE2(2 group Terminal Emulate board)，放在测试头之前，配合测试头使用，可对被测线进行两线短路、A线接地、B线接地、A及B线均接地、测试总线反极、环阻、环容、环感、环阻容等设置。每块TE2可接两路用户线。
TE2也可不使用，测试头可直接对选中的线进行测试。
TE2受CTP的串口控制。板类型号为3。
软件协议L16并口控制协议L16受CTP控制，共11根信号线，L16上无锁存，各信号线定义如下。
B[4]~B板选信号，为2至19选中对应的某一块L16(取决于L16所插的插槽位置)；为其它数，则不选中任何L16。
L[3]~L选路信号，把选中的L16，对L3~L0译码选中一路。
C[1]、C对选中的一路对应两个继电器的控制信号，“1”表示吸合，“0”表示释放。
如需把所有继电器断开，建议写B[4]~B
＝0。
M32/TE2串口控制协议每次命令及响应，先是CTP发8bit数据给M32/TE2作为命令，然后M32/TE2发8bit给M32/TE2作为响应。因为M32/TE2上没有处理器，不能处理太复杂的命令，不设CTP向M32/TE2查询状态的命令，所有状态由CTP贮存。
通信无误的情况下，双方所发8bit内容完全相同，无校验位，各位定义如下表，通信时先发高位，再发低位。
表2 M32/TE2串口协议控制字
RS-485总线协议物理层通信采用半双工异步串口，波特率为9600，8位数据位，1位起始位、1位停止位、无校验位，先传低位、再传高位。
通信采用一台主机(PC)、多台从机(CTP)的主从多机通信协议，由主机负责管理和调度总线的使用权，从机在接收到一条主机命令后，执行相应操作后立即转为发送方式，回送对命令的响应情况。而不会向主机主动发送命令。
主机从总线上发一个通信包结束到另一个通信包开始的最小间隔为18ms。如主机发问而从机超时未响应，则不再等待。主机在35ms内收不到CTP响应或接收响应信息错误，则认为本次通信失败。
帧结构
表3
协议层1)基本数据格式在7.2基本格式中的各项除SOI和EOI是以十六进制解释(SOI＝7EH，EOI＝ODH)，十六进制传输外，其余各项都是以十六进制解释，以十六进制-ASCII码的方式传输，每个字节用两个ASCII码表示，即高四位一个ASCII码表示，低四位用一个ASCII码表示。例4BH，传送时顺序发送34H(字符“4”的ASCII码)和42H(字符“B”的ASCII码)两个字节。
2)LENGTH数据格式LENGTH的数据格式如表4所示。
表4
LENGTH共2个字节，由LENID和LCHKSUM组成，LENID表示INFO项的ASCII码字节数，当LENID＝0时，INFO为空，即无该项。LENGTH传输中先传高字节，再传低字节，分四个ASCII码传送。
校验码的计算D11D10D9D8+D7D6D5D4+D3D2D1D0，求和后模16余数取反加1。
例INFO项的ASCII码字节数为18，即LENID＝0000 0001 0010B。
D11D10D9D8+D7D6D5D4+D3D2D1D0＝0000B+0001B+0010B＝0011B，模16余数为0011B，0011B取反加1就是1101B，即LCHKSUM为1101B。
可得LENGTH为1101 0000 0001 0010B，即D012H。
3)CHKSUM数据格式CHKSUM的计算是除SOI、EOI和CHKSUM外，其他字符按ASCII码值累加求和，所得结果模65536余数取反加1，每次用四个ASCII码来传送，先传高位，再传低位。
例收到或发送的字符序列是“~1203400456ABCDFEFC72CR”(“~”为SOI，“CR”为EOI)，则最后五个字符“FC72CR”中的FC72是CHKSUM，计算方法是‘1’+‘2’+‘0’+…+‘A’+‘B’+…+‘F’+‘E’＝31H+32H+30H+…+41H+42H+…+46H+45H＝038EH其中‘1’表示1的ASCII码值，‘E’表示E的ASCII码值。038EH模65536余数是038EH，038EH取反加1就是FC72H。
命令列表表5 RS-485总线命令及数据(INFO)简表
系统自测系统收到自测的命令后，可在离线的状态下(就是说不接用户线)测试L16/M32各继电器是否受控，以及各触点接触电阻是否超出正常使用范围。约需4秒至30秒钟，其间串口不能接收命令，状态指示灯熄灭。
自测后，CTP将对测试结果储存，并在上位机查询时再把测试结果响应发送到RS-485总线上。
L16自测用自测连接板(STC)把L16输入的全部局端两根线、全部用户端两根线，以及L16所选中输出的两根测试总线，通过STC及其电缆与位于LAMM上的RJ-45插座相连。
CTP上有四个进行比较电阻用的电桥，用来测试局端总线与测试总线间及用户端总线与测试总线间继电器触点以及接插件在通过25mA电流的馈电下的接触电阻是否超过6欧。
然后按下表依次执行操作，即可测试一路的两个继电器；无需更改接线，改变软件控制命令，重复下列测试即可测试一块L16上所有继电器。可把故障定位在某一路的两个继电器上，但不能判断两个继电器中的哪一个出现故障。
表6每路继电器触点接触电阻测试步骤
M32自测用自测连接板(STC)把M32输入的全部A、B线，以及M32所选中输出的两根A、B线，通过STC及其电缆与位于LAMM上的RJ-45插座相连，另外还要用一根两线电缆把框上L16所选中的输出总线与M32输出线相连，以形成回路。
CTP有四个电桥，用来测试M32输入、输出间继电器触点以及接插件在通过25mA电流的馈电下的接触电阻是否超过6欧。
对每一路按吸合、断开依次执行操作，即可测试该路的两个继电器；无需更改接线，单片机自动改变软件控制命令，重复下列测试即可测试一块M32上所有继电器。可把故障定位在某一路。
每一路继电器吸合时测试结果，应读得电桥输出均为低电平；继电器断开时应读得电桥输出均为高电平。如有不符，即可判断该路继电器失灵。
权利要求
1.一种112测试台选线矩阵，其特征在于由1～32个选线框LAMS构成，每个选线框LAMS上装配有一块选线框母板LAMM，安插有一块通信控制、自测及电源板CTP、18-19块16线选线板L16、32路选线矩阵板M32，通信控制、自测及电源板CTP提供整个选线框LAMS的电源，有RS-485口与上位机通信，并对整个框上的32路选线矩阵板M32、16线选线板L16进行控制及自测，32路选线矩阵板M32输入是各选线框LAMS所选中的线，输出到测试头，16线选线板L16可受CTP控制选线，每个框上所有L16同时只能选中一路，在16线选线板L16背面的插座上插有短路连接器SHC及无源自测连接板STC，短路连接器SHC在带电插拔16线选线板L16时使用，用来把与其对应的16路线路连通为正常使用状态，无源自测连接板STC可把16线选线板L16所有16路的局端A线、B线、用户端A线、B线各自并接为四根总线，并引出电缆插到通信控制、自测及电源板CTP，对16线选线板L16及32路选线矩阵板M32进行测试。
2.根据权利要求1所述的矩阵，其特征在于在测试头之前可设有两组终端仿真板TE2，并由通信控制、自测及电源板CTP控制，配合测试头使用。
3.根据权利要求1或2所述的矩阵，其特征在于通信控制、自测及电源板CTP包括单片机MCU、RS-485接口，并行总线驱动电路、上电复位电路、L16/M32继电器触点接触电阻测试电路、跳针输入485端口地址、驱动电路、电源/通信指示灯电路、-48V转5V开关电源电路，用户端及局端线路通过L16/M32继电器触点接触电阻测试电路把测试结果送到单片机MCU、单片机把时钟数据送往3 2路选线矩阵板M32及终端仿真板TE2，并通过并行总线驱动电路把控制信号送到16线选线板L16，跳针输入485端口地址及上电复位电路都与单片机MCU相连，单片机MCU输出的信号还通过驱动电路送到电源/通信指示灯电路。
4.根据权利要求1所述的矩阵，其特征在于32路选线矩阵板包括CPLD电路、RC单稳电路、通信、三种模式指示灯电路、驱动电路、32个继电器，CPLD电路通过串行控制线与单片机MCU相连，并与RC单稳电路相连，CPLD电路输出的信号一路送到通信、三种模式指示灯电路，另一路通过驱动电路送到32个继电器。
5.根据权利要求1所述的矩阵，其特征在于16线选线板L16包括由板地址比较电路、4-16译码器、32个2输入与门电路组成的CPLD电路，以及驱动电路、32个抓线继电器、抓线指示灯电路，板地址比较电路的输出一路送到抓线指示灯，另一路送到4-16译码器，4-16译码器的输出送到32个2输入与门电路，32个输入与门电路输出的信号通过驱动电路送到32个抓线继电器。
全文摘要
一种112测试台选线矩阵，其特征在于由1～32个选线框LAMS构成，每个选线框LAMS上装配有一块选线框母板LAMM，安插有一块通信控制、自测及电源板CTP、18－19块16线选线板L16、32路选线矩阵板M32。在16线选线板L16背面的插座上插有短路连接器SHC及无源自测连接板STC。本发明可确保其接入不影响原有业务，任可电路板均可带电拔插而不影响用户正常使用。最小容量是1条测试总线服务304个用户，可扩展1条至32条测试总线服务多达9712个用户中的任何用户，超过9216个用户时要另装一个矩阵，各矩阵间的测试总线不能共享。
文档编号H04M3/22GK1440180SQ03114000
公开日2003年9月3日 申请日期2003年3月27日 优先权日2003年3月27日
发明者叶恒青, 莫元甲, 陈世欣, 何健明, 景志辉 申请人:新太科技股份有限公司