多芯電纜測(cè)試儀的研制成功給人們提供了很大的幫助，因?yàn)檫@關(guān)系著電器的運(yùn)作，如果電器設(shè)備在工作的時(shí)候因?yàn)殡娎|的問(wèn)題導(dǎo)致工作無(wú)法完成，這直接影響著公司的收益，電線電纜檢測(cè)設(shè)備無(wú)疑幫助人們擺脫了這一難題，它測(cè)量誤差小，大大提高了工作效率。

1 引言

種類(lèi)繁多的通訊電纜、控制電纜在各種儀器和控制設(shè)備中大量使用。電纜線是否良好導(dǎo)通、線間絕緣電阻是否滿(mǎn)足要求，直接影響到電器設(shè)備的正常運(yùn)行。耐壓絕緣電阻是衡量電氣絕緣材料性能的一個(gè)重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的搖表測(cè)量絕緣電阻的方法主要缺點(diǎn)有：測(cè)量誤差大，不能保證耐壓測(cè)試用高電壓電源的準(zhǔn)確性; 測(cè)量結(jié)果無(wú)法自動(dòng)保存和打印輸出;對(duì)多芯電纜芯線間絕緣電阻測(cè)量中，換接線繁瑣、易接錯(cuò)、人工勞動(dòng)量大。本文介紹的多芯電纜測(cè)試儀，能實(shí)現(xiàn)對(duì)*大為48芯電纜通斷和耐壓絕緣阻值的自動(dòng)測(cè)量，既保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，又能將測(cè)試結(jié)果從液晶顯示屏和打印機(jī)輸出。避免了人工測(cè)量的誤差。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

該系統(tǒng)具有較完備的功能，具體的功能如下：

(1)檢測(cè)電纜通斷和絕緣電阻的功能;(2)開(kāi)機(jī)自診斷功能;(3)測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)顯示功能;(4)電纜芯線的自動(dòng)切換功能，檢測(cè)啟動(dòng)后，自動(dòng)切換檢測(cè)電纜每根芯線的通斷和各芯線之間的絕緣電阻及絕緣阻值是否滿(mǎn)足要求的自動(dòng)判斷;(5)設(shè)定待檢電纜芯線芯數(shù)的功能;(6)絕緣電阻超限值設(shè)定功能，可以用于不同等級(jí)的絕緣阻值合格與否的判斷。

2.2 系統(tǒng)組成

多芯電纜測(cè)試儀的工作原理如圖1所示。系統(tǒng)主要由以下三部分組成：輸入電路：包括鍵盤(pán)電路、絕緣測(cè)試電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和通斷測(cè)試電路;輸出電路：由CPLD系統(tǒng)電路、LCD液晶顯示模塊、打印機(jī)、繼電器組和500V直流高壓電路組成;控制電路：由8051單片機(jī)系統(tǒng)電路構(gòu)成。

本系統(tǒng)由高壓電路產(chǎn)生500V的直流電源作為絕緣電阻的測(cè)試電壓源。絕緣電阻的測(cè)量采用*規(guī)定的衡壓法。測(cè)試時(shí)，首先通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定待測(cè)試電纜的芯數(shù)值。單片機(jī)通過(guò)CPLD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器組的閉合與斷開(kāi)的控制，然后由A/D轉(zhuǎn)換或通斷測(cè)試電路將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、運(yùn)算處理后的結(jié)果通過(guò)LCD液晶屏、打印機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行顯示、輸出和保存。

3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

3.1 電纜絕緣電阻檢測(cè)設(shè)計(jì)

絕緣電阻檢測(cè)原理如圖2 所示。測(cè)試電路由采樣、運(yùn)放和AD7705三部分組成。絕緣電阻測(cè)試的核心器件是AD7705，它是AD公司推出的16 位Σ-△A/D 轉(zhuǎn)換器，可用于測(cè)量低頻模擬信號(hào)。AD7705帶有增益可編程放大器，可通過(guò)軟件編程來(lái)直接測(cè)量傳感器輸出的各種微小信號(hào)。AD7705具有分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍廣、自校準(zhǔn)等特點(diǎn)，因而非常適合于高精度的檢測(cè)和測(cè)量。AD7705具有兩個(gè)全差分輸入通道，其主要特點(diǎn)如下：具有16位無(wú)丟失代碼;非線性度為0.0003%; 可進(jìn)行自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn);帶有三線SPI串行接口;功耗低等。

絕緣電阻的具體測(cè)試過(guò)程如下：在圖2中，Rx為被測(cè)電纜的絕緣阻值。測(cè)試時(shí)先把500V DC送上，然后閉合繼電器S1和S2。500V DC 通過(guò)R2與R3分壓后送到運(yùn)放，經(jīng)過(guò)運(yùn)放調(diào)理后再送到AD7705的AD ref端，作為AD7705的測(cè)試參考電壓，以便消除500V DC電源波動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。經(jīng)過(guò)Rx與R1分壓后的電壓作為絕緣測(cè)試采樣電壓送到運(yùn)放進(jìn)行調(diào)理后送到AD7705的AD in端。AD in端的電壓即為實(shí)際采樣得到的電壓，其范圍是0～2.5V，絕緣電阻的阻值越小，相對(duì)應(yīng)的采樣電壓越高。

3.2 電纜通斷檢測(cè)設(shè)計(jì)

電纜通斷檢測(cè)的原理如圖3所示。開(kāi)始通斷檢測(cè)前，應(yīng)先用短路環(huán)將電纜一端的所有芯線短接，另一端接到繼電器陣列上。繼電器陣列用來(lái)對(duì)電纜的芯線進(jìn)行接入切換，所有的芯線通過(guò)相對(duì)應(yīng)繼電器的常閉觸點(diǎn)經(jīng)電阻R1和R2接地。當(dāng)檢測(cè)1#芯線時(shí)，閉合S1繼電器，使繼電器S1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，+15V通過(guò)芯線加到電阻R1和R2上，經(jīng)過(guò)R1和R2分壓后送到單片機(jī)。如果所測(cè)芯線斷路，則Vo為0V，否則Vo為+5V。

3.3 CPLD系統(tǒng)電路

測(cè)試系統(tǒng)*大檢測(cè)電纜芯數(shù)是48。51單片機(jī)有24個(gè)IO口，如果直接用單片機(jī)來(lái)控制繼電器組，則單片機(jī)必須利用擴(kuò)展芯片進(jìn)行IO口的擴(kuò)展才能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，如8255等，這將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，于是決定采用CPLD來(lái)控制繼電器組。CPLD(Complex Programmable Logic Device)是一種復(fù)雜的用戶(hù)可編程邏輯器件。CPLD是標(biāo)準(zhǔn)的大規(guī)模集成電路產(chǎn)品, 可用于各種數(shù)字邏輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

近年來(lái),由于采用先進(jìn)的集成工藝和大批量生產(chǎn),CPLD器件成本不斷下降,集成密度、速度和性能大幅度提高,一個(gè)芯片*可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)，再加上使用方便的開(kāi)發(fā)工具,使用CPLD器件可以極大地縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,給設(shè)計(jì)修改帶來(lái)很大方便。本文采用ALTERA公司的MAX7000s,它是基于第二代MAX結(jié)構(gòu)的高精度、高性能、在系統(tǒng)中可編程的CPLD芯片,采用*CMOS技術(shù)加工而成,內(nèi)含電可擦除只讀存儲(chǔ)器EPROM,可提供600~5000個(gè)可用選通引腳、ISP、速度僅有5ns的延遲以及頻率可達(dá)175.4MHz的高速計(jì)數(shù)器。

繼電器的通斷程序編好后，通過(guò)專(zhuān)用的下載線將程序燒寫(xiě)到CPLD中。CPLD與單片機(jī)采用模擬串行方式連接，這*大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路。系統(tǒng)采用CPLD進(jìn)行IO口擴(kuò)展后，單片機(jī)只需要將待測(cè)電纜的芯線號(hào)送給CPLD，繼電器組的選通則由CPLD來(lái)完成。這樣*大大方便了編程，使得主程序結(jié)構(gòu)緊湊，控制靈活。

3.4 其它電路

除上述電路外，系統(tǒng)還有電源、鍵盤(pán)和系統(tǒng)復(fù)位等電路。

電源電路除了給直流高壓電路提供電源之外，還要給單片機(jī)、LCD液晶顯示模塊、繼電器組、檢測(cè)電路等提供電源。

鍵盤(pán)電路的工作電壓為+5V,共有7個(gè)按鍵，通過(guò)這7個(gè)按鍵可以完成系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置,如待測(cè)試電纜的芯數(shù)，絕緣電阻超限值的設(shè)定，以及測(cè)試結(jié)果的查看等功能。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件部分采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，匯編語(yǔ)言生成的可執(zhí)行代碼快速、緊湊，在運(yùn)行效率上優(yōu)于C語(yǔ)言程序得到的代碼。該系統(tǒng)的主程序流程如圖4所示，系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)自檢程序，電纜參數(shù)設(shè)置程序，查看上次測(cè)試結(jié)果程序，電纜通斷測(cè)試程序，通斷測(cè)試結(jié)果顯示程序，電纜絕緣測(cè)試程序，絕緣測(cè)試結(jié)果顯示程序等。

自檢程序在系統(tǒng)上電時(shí)進(jìn)行初始化，對(duì)儀器進(jìn)行自檢，以保證儀器工作狀態(tài)的正確性。

參數(shù)設(shè)置程序用來(lái)設(shè)定電纜絕緣電阻超限值，范圍為1～20M，以及電纜總芯數(shù)和電纜各分支芯數(shù)，其范圍為2～48芯。

查看測(cè)試結(jié)果程序用來(lái)查閱上次電纜通斷和絕緣阻值測(cè)試結(jié)果。通斷測(cè)試和絕緣測(cè)試程序分別用來(lái)對(duì)電纜進(jìn)行通斷測(cè)試和絕緣測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果分別由通斷測(cè)試結(jié)果顯示程序和絕緣測(cè)試結(jié)果顯示程序進(jìn)行顯示。

5 測(cè)試結(jié)果分析

首先對(duì)系統(tǒng)的精度進(jìn)行檢驗(yàn)，選取1MΩ、2MΩ、5MΩ、10MΩ、20MΩ高精度電阻進(jìn)行測(cè)試，所得結(jié)果的單位均為MΩ，測(cè)得數(shù)據(jù)如表1所示：

由表1可以看出，所得測(cè)試結(jié)果的相對(duì)誤差都在3.5%以?xún)?nèi)，達(dá)到了較高的精度，符合設(shè)計(jì)的要求。

另外對(duì)測(cè)試儀的測(cè)試速度進(jìn)行了測(cè)試。以48芯的電纜為例，用兆歐表對(duì)電纜插頭芯線之間的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，所用時(shí)間為30分鐘，使用本測(cè)試儀所用時(shí)間為1分20秒;通斷測(cè)試的時(shí)間在30秒內(nèi)。用本系統(tǒng)進(jìn)行一次通斷和絕緣電阻的測(cè)試在2分鐘內(nèi)即可完成。所以該儀器的測(cè)試速度是較高的。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：測(cè)試儀用51單片機(jī)和CPLD芯片的有機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種具有測(cè)試速度快、控制靈活、可適應(yīng)不同芯數(shù)電纜的通斷測(cè)試和絕緣測(cè)試要求、智能化和自動(dòng)化程度比較高的測(cè)試系統(tǒng)。

該產(chǎn)品由于采取了抗干擾措施，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。儀器可以應(yīng)用于電力、通信、鐵路和國(guó)防等工業(yè)的各類(lèi)電纜測(cè)試。

看到這里，我們知道多芯電纜的研制是相對(duì)復(fù)雜的，可是它的測(cè)量是*的，如果您對(duì)本產(chǎn)品感興趣的話(huà)，可撥打愛(ài)儀器儀表網(wǎng)的客服熱線010-68940148，我們很樂(lè)意為您服務(wù)!