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[導(dǎo)讀]0 引 言 電纜的應(yīng)用非常廣泛,且長時間使用后經(jīng)常會出現(xiàn)短路或者斷路的情況,目前我國許多行業(yè)的電纜通斷測試仍停留在手工階段,費(fèi)時費(fèi)力,而且容易出現(xiàn)人為失誤,即使有配套的通斷測試儀,也存在測試精度不高


0 引 言
    電纜的應(yīng)用非常廣泛,且長時間使用后經(jīng)常會出現(xiàn)短路或者斷路的情況,目前我國許多行業(yè)的電纜通斷測試仍停留在手工階段,費(fèi)時費(fèi)力,而且容易出現(xiàn)人為失誤,即使有配套的通斷測試儀,也存在測試精度不高,速度不夠快的現(xiàn)象。鑒于此本文設(shè)計了一種基于PC104的電纜通斷測試儀,新型的通斷測試儀采用先進(jìn)的PC104嵌入式系統(tǒng)作為主控計算機(jī),其意義就在于加快通斷測試的速度,減少操作步驟,提高測試的可靠性及精度。
    新型測試儀的應(yīng)用價值是比較明顯的,它不僅實(shí)現(xiàn)了有效的故障測試,縮短了故障排除的時間,提高了故障判斷的準(zhǔn)確度,減輕了維護(hù)工作人員的工作量,而且相比與同類型的測試儀便攜性更好,對于測試條件艱苦的行業(yè),本測試儀相比于現(xiàn)代國內(nèi)的其他同類測試儀優(yōu)越性更明顯。并且新型的測試儀兼容性好,可以應(yīng)用于其他行業(yè)的電纜維修與測試,所以新型測試儀具有廣闊的應(yīng)用前景。


1 實(shí)現(xiàn)功能
    新型的電纜通斷測試儀主要實(shí)現(xiàn)以下功能:
    1)檢測功能,能夠?qū)﹄娎|芯線進(jìn)行通斷檢測;
    2)自檢功能,對系統(tǒng)檢測采集通道和測量通道進(jìn)行系統(tǒng)自檢,檢查設(shè)備的工作狀態(tài);
    3)數(shù)據(jù)管理功能,具有數(shù)據(jù)報表自動生成,數(shù)據(jù)查詢、打印、導(dǎo)出、刪除、結(jié)果判斷等功能;
    4)USB接口轉(zhuǎn)存功能,能夠通過USB接口利用U盤安裝程序,轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)。


2 技術(shù)指標(biāo)
    1)通斷測量通道:256路,可擴(kuò)展;
    2)通斷測量范圍:測量電壓5V,串聯(lián)可變電阻檔:0~5MΩ;測量誤差:0.05V;精確度:0.01%;
    3)對外接口:外界PS/2鍵盤、鼠標(biāo)、一個標(biāo)準(zhǔn)串行接口、一個并行接口、兩個USB接口、自帶觸摸顯示屏;
    4)輸入電源:AC220V(220±10%),輸入電源功率:≥300W;
    5)工作環(huán)境溫度:0℃~55℃。


3 設(shè)備組成及工作原理
    該智能測試裝置主要由人機(jī)接口電路、機(jī)箱、電源、液晶屏顯示部分、打印機(jī)、鼠標(biāo)和鍵盤等部件組成。測試儀的系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

    用以PC104總線為基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)作為測試儀的核心控制系統(tǒng),其中采用研華公司研制的PCM-3380作為CPU板。CPU板用來完成程序的運(yùn)行控制、地址和數(shù)據(jù)命令的接收、對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示等工作。I/O板采用PCM-3724,用來完成數(shù)據(jù)的輸入輸出,供電電壓為5V。數(shù)據(jù)輸入方面有48個通道,0.8V以下視為邏輯0,2V以上視為邏輯1。數(shù)據(jù)輸出方面有48個通道,0.5V以下視為邏輯0,2V以上視為邏輯1。
    數(shù)據(jù)采集板采用PCM-3718,用來完成采樣電壓的A/D轉(zhuǎn)換,采集板有8個模擬量輸入通道,工作電壓為5V。因?yàn)闇y通斷的測試電壓不需要太高,所以不用考慮采樣電壓過大的影響。
    繼電器矩陣起到選通被測支路的作用,該部分主要由PC104總線接口,驅(qū)動器,繼電器開關(guān)組等器件構(gòu)成,工作電壓為12V。它的工作過程是由PC104總線發(fā)出地址和控制數(shù)據(jù)到I/O板,I/O板收到數(shù)據(jù)后,先識別地址,然后將數(shù)據(jù)送到對應(yīng)的地址處,從而起到控制相應(yīng)的繼電器開關(guān)動作,選通測量支路的作用。
    人機(jī)接口單元用來接收鍵盤,鼠標(biāo)或者觸摸屏的控制命令,完成相應(yīng)操作,并在觸摸屏上顯示相應(yīng)信息。測試儀采用Windows XP操作系統(tǒng),可以通過軟件設(shè)計人機(jī)交互界面。
    系統(tǒng)工作原理為:CPU板發(fā)出控制命令,通過I/O板控制繼電器驅(qū)動器驅(qū)動繼電器矩陣中相應(yīng)的繼電器閉合或者斷開,從而起到將需要測試的測試芯線接入到測試電路的目的。測試完成后,將測試電壓濾波,隔離放大后送入數(shù)據(jù)采集板進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理,最后將數(shù)據(jù)送回CPU板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,判斷并顯示。


4 硬件設(shè)計
4.1 通斷測試電路設(shè)計
    通斷測試電路采用串聯(lián)測壓原理,具體電路如圖2所示。

    測試電源采用5V,工頻50Hz的交流電源,R1是一個高精度數(shù)控可變電阻,變化范圍0~5MΩ,U0是采樣電壓,它經(jīng)過濾波,隔離放大后送入數(shù)據(jù)采集模塊,Rx是是被測電纜。不同的電纜種類有不同的規(guī)范,根據(jù)數(shù)控電阻R1的阻值,如將R1調(diào)至50Ω,則一般測得的電壓值在4.2~5V之間可以視此電纜芯線為導(dǎo)通,0~0.8V視為斷路。
4.2 濾波電路設(shè)計
    濾波電路用來消除對50Hz工頻電壓信號的干擾,本測試儀采用的視無源雙T型濾波電路,具體電路如圖3所示。

    圖中,R1,R2,R3為可變電阻,通過調(diào)節(jié)它們的阻值來實(shí)現(xiàn)對一定頻率電壓信號的濾波。
4.3 繼電器矩陣電路設(shè)計
    繼電器分為行控制和列控制,其工作原理為:繼電器線圈的正極采用三極管放大器進(jìn)行電流輸入驅(qū)動,當(dāng)其邏輯輸入電壓為5V時,輸入電流為0.5mA時,則集電極的電流為β×0.5mA,其中β為三極管的放大倍數(shù),選取適當(dāng)β的三極管,可使其最大輸出電流為1A左右,可知列驅(qū)動電路中的繼電器能夠達(dá)到工作要求,其輸出的電流也為1A左右,因而滿足列驅(qū)動的電流要求,實(shí)現(xiàn)了推電流的功能。繼電器線圈的負(fù)極采用ULN2004來吸收通過繼電器線圈負(fù)端的電流,ULN2004的輸入端接5V的邏輯信號電壓時,其要求輸入電壓為0.35~0.50mA,而對其輸出端,實(shí)際上它是作電流輸入用途,當(dāng)供電電壓為12V時,其工作電流在350~500mA之間。當(dāng)輸入端無電壓輸入時,輸出端和地之間處于開路狀態(tài),所以電流不能通過,此電路也就不能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電流的作用,而當(dāng)輸入端加載5V的信號電壓時,只需要0.5mA的電流,就可以使輸出端和地之間導(dǎo)通,從而使電流可以順利地通過實(shí)現(xiàn)“拉”電流的功能。只有當(dāng)繼電器的行列驅(qū)動都工作的時候,繼電器矩陣中的繼電器才會工作,對應(yīng)測試電纜的通路才會接通。繼電器工作原理如圖4所示。

5 電纜通斷測試儀系統(tǒng)軟件
5.1 軟件組成
    CPU主控制器軟件平臺選用Windows XP操作系統(tǒng),編程語言采用Object Pascal語言,軟件開發(fā)環(huán)境選用Delphi 7.0。
    系統(tǒng)軟件主要有顯示界面管理模塊、用戶接口管理模塊、數(shù)據(jù)文件管理模塊、測試項(xiàng)目管理模塊四大功能模塊組成。測試系統(tǒng)軟件組成如圖5所示。

5.2 測試軟件主程序設(shè)計
    本文設(shè)計的電纜通斷測試軟件系統(tǒng),一個重要的特點(diǎn)在于它的通用性和可擴(kuò)展性,它能根據(jù)需要自動加入不同型號電纜的測試程序。其實(shí)現(xiàn)過程為:將需要的測試程序加入到主引導(dǎo)程序的搜索路徑下,供主引導(dǎo)程序檢索;在測試進(jìn)行前,先選擇所測的電纜型號,由程序加載需要的相應(yīng)測試程序;運(yùn)行測試程序,進(jìn)行通斷測試。測試主程序如圖6所示。

 

    圖6是測試過程的軟件流程圖:


6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證
    利用該測試儀對某型號導(dǎo)彈的地面電纜進(jìn)行測試。該電纜內(nèi)有5根芯線,首先分別檢測每根芯線是否導(dǎo)通,再檢測芯線與芯線之間是否短路,根據(jù)數(shù)據(jù)采集板A/D轉(zhuǎn)換的范圍將數(shù)控電阻調(diào)至50Ω,測試結(jié)果如表1所示。

 


    表1是將測得數(shù)據(jù)以電壓的方式顯示,同時也可以將測得值以電阻的方式顯示。


7 結(jié)束語
    該測試儀是基于PC104總線的嵌入式控制器系統(tǒng),具有開放性、模塊化、易擴(kuò)展等特點(diǎn)。軟件方面可以根據(jù)用戶的不同需求進(jìn)行測試流程、測試任務(wù)的現(xiàn)場動態(tài)配置。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該測試儀可以方便、快捷、準(zhǔn)確的完成電纜的通斷測試,可以大大降低工作人員的工作量,提高測試效率。該測試儀使用簡單,便于攜帶,維護(hù)方便且通用性較好,具有廣闊的市場前景。

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