隨著計算機局域網的不斷發展，網絡連接越來越復雜，給網絡工程師布線、維修等工作帶來了很大的困難。困難的原因有兩個：第一，雙絞線的錯接、斷接、壓線接觸不良等問題在工程實踐中層出不窮，很難直觀發現，而分清每條雙絞線兩端的對應關系在綜合布線中又顯得尤其重要;第二，在一般情況下，局域網的終端之間或終端與集線器之間的距離較遠，很難采用直接測量的辦法對網線故障做出正確判斷。

針對以上兩點原因，本文對雙絞線的故障檢測提出了可行的方案與實現方法。首先，將微處理器快速數據分析與邏輯運算應用于雙絞線故障檢測，使問題變得簡單，結果直觀化。其次，采用射頻無線收發器 nRF401進行數據傳輸，實現遠距離數據交換，使距離遠的問題迎刃而解，簡化測量過程。

1 系統構成

1.1 nRF401結構簡介

nRF401內部結構如圖1所示。它是由挪威Nordic公司推出的集收、發為一體的集成芯片，工作于433MHz ISM頻段;采用FSK調制與解調技術;傳輸速率達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，以節約成本。

圖1 nRF401內部結構

圖1中各引腳含義如下。

DOUT：數據輸出端。

DIN：數據輸入端。

TXEN：高電平允許發送數據，低電平允許接收數據。

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

在本設計中，將天線以覆銅的方式做在印制板上，在保證了數據安全可靠傳遞的前提下，減小了產品的體積。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之間控制和數據傳遞接口如圖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的輸入口。通過設置和檢測P0口的狀態，即可對雙絞線的連接狀況做出正確判斷，連接如圖4所示。

2 雙絞線連接標準

關于連接的標準有兩個：T568A和T568B。兩個標準的線序排列如圖5所示，方向為水晶頭金屬壓片向上且正對觀測者的方向。T568B為常用的標準。

圖5 RJ45連接器標準

◆ 兩邊使用同樣標準的線稱為直通線，用于PC到HUB普通口、HUB普通口到HUB級聯口之間的連接。

◆ 兩邊使用不同標準的線稱為級聯線， 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。

根據標準，對應 RJ-45插頭引腳線序顏色如表1所列。

表1

3 工作原理

因為雙絞線故障的不確定性，所以不能通過雙絞線自身作為主設備和從設備之間數據傳遞的途徑。通過微波進行無線數據傳遞，對于雙絞線的故障判斷實在是合適不過的。為此，我們自行設計了主從設備間的數據通信協議及相應的判斷規則。

3.1 通信協議

（1） 連接標準選擇命令（01H）

下行報文：01H + 標準數據碼（T568A為0AH;T568B為0BH）+ LPC。

上行報文：01H + 確認碼（00H） + LPC。

（2） 通道選擇命令（02H）

下行報文：02H + 通道碼（01~08：通道1~通道8）+ LPC。

上行報文：02H + 確認碼（00H） + LPC。

注：報文中LPC是指校驗和，用于數據校驗。

3.2 檢測算法

要檢測雙絞線連接的正確性，必須使電平信號在兩條線上傳遞，否則無法檢測。在本設計中，故障檢測可分為三步：第一，在 8條導線中尋找1條能傳遞電平信號的公用導線;第二，將公用導線與待測導線在從設備端短接，使公用導線電平信號經過待測導線傳遞到主設備側，從而確定待測導線的故障所在;第三，顯示線路的連接狀態。

3.2.1 選公用導線

實際上在10M、100M網絡中，僅僅使用1-2 、3-6 這兩對線，而1000M網絡要用所有的導線，但這并不影響雙絞線的測量方法。上文已經闡明，對于直通線雙絞線的兩端線的排列順序是相同的，而級聯線不同于直通線，雙絞線的一端1-2對應另一端的3-6，3-6對應1-2，其余與直通線連接對應關系相同。因為在實際應用中，直通線的數量遠大于級聯線的數量， 所以將直通線列為首要判斷對象。公用導線的選擇可以從1號線開始進行，主從設備均選中1號線（暫列為公用導線）。通過通道選擇命令，由主設備指導從設備將 1號線（臨時公用導線）和2號線在從設備端連接起來。如果兩條線無故障且兩個端子同屬于一條雙絞線，那么，1號線與2號線將形成通路，在主設備端2號線上，主設備能夠檢測到加在1號線上的電平信號。由此可知，1號線可選為公用導線，應用于其它導線的測量。否則，兩條線中的一條出現故障不能導通，主設備將指導從設備將1、3號線連接起來，重復以上步驟，直到找到公用導線為止。如果公用導線找不到，則說明本線路最多有一條導線導通，或測量的兩端不同屬于一條線路，或所有的導線發生錯接現象。

3.2.2 其它導線對應關系測量

經過公用導線的測量結果分為兩種：一， 找到公用導線;二，沒有找到公用導線。在公用導線的前提下，首先按照直通線的對應關系，在從設備側進行連接，看其它導線是否與公用導線形成環路。如果測量最終結果與直通線的對應關系不一致，則按照級聯線的對應關系進行測量。如果測量結果還不一致，那么說明有錯接現象。通過以上步驟已經獲得部分連線導通的信息。將這些導線排除在外，利用排列、組合的數學方法與公用導線連接，從而得出錯接導線的連接狀況。

如果沒有找到公用導線，系統只能通過排列、組合的數學方法找出導線的連接狀況。當然，這種幾率較少。由于微處理器的速度較快，即使出現這種極端情況，耗時也是瞬間完成的。

另外，每進行一次測量結果的記錄是非常重要的，避免了重復性工作，提高了判斷速度。

3.2.3 顯示兩端對應關系

將測量結果顯示于液晶屏上，使雙絞線兩端的對應關系一目了然，便于排除故障。

本設計采用手動和自動測量兩種方法。以上敘述了自動測量的原理，手動測量的原理與自動測量相同。區別在于選擇手動測量時，已經明確線路接線采用的標準。

4 軟件設計［2，3］

根據以上工作原理設計了相應的軟件，圖6為系統工作流程。下面將整個程序設計的主要通信程序提供給大家，以供參考。

圖6 主從設備軟件設計流程圖

部分程序如下：

include “reg51.h”

include “com.h” //自定義頭文件

char Cri_opt［3］; //標準選擇命令碼

char Cha_opt［3］; //通道選擇命令碼

char Xbuff［15］; //數據發送緩沖區

char Rbuff［15］; //數據接收緩沖

Xmit_mst（） interrupt 4 using 3 //主設備發送中斷程序

{ TI = 0; //關閉發送中斷

if（Xput ！= Xget）{ //Xput：發送緩沖區入指針;//Xget：發送緩沖區出指針

SBUF = Xbuff（Xget）; //發送數據

Xget = （Xget++）&0fh; //當數據取空時指針Xget轉到起始位置

}

delay（10ms）;

}

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

{ RI = 0; //關閉接收中斷

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

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］; //將命令移入發送緩沖區

Xput = （Xput++）&0fh; //當發送緩沖區滿時入隊指針由隊尾指向隊頭

}

SBUF = Xbuff［Xget］; //引起通信中斷，發送數據

delay（10ms）; //延時

}

main（）{

char P0_state;

Init（）; //系統初始化

。..。..。..。..

//選擇連線標準

Cri_opt［1］ = 0ah; //0ah或0bh

LpcGen（Cri_opt）; //生成校驗碼并寫入相應位置

SendCmd（Cri_opt，3）; //將采用的連接標準通知從設備

P0 = 0ffh; //P0口操作

。..。..。..。..

等待從設備響應; //等待從設備確認后的狀態置位

//選擇通道

。..。..。..。..

Cha_opt［1］ = 01h; // 01h-08h

LpcGen（Cha_opt）;

SendCmd（Cha_opt，3）; //發送選擇通道命令

P0 = 0ffh; //P0口操作

。..。..。..。..

等待從設備響應;

P0_state = P0; //讀P0口狀態

。..。..。..。..

}

從設備程序設計可仿照主設備程序設計。

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