谷玉海，冀 欣，王吉芳，把 鑫

(北京信息科技大學(xué)現(xiàn)代測控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100192)

0 引言

在各類儀器和控制設(shè)備中，通訊線纜和控制線纜被大量使用。線纜是否導(dǎo)通良好，線間是否絕緣直接影響到設(shè)備的正常運(yùn)行[1]。多芯線纜合格的基本要求是：兩端口的插腳一一對應(yīng)焊接完好。在使用和生產(chǎn)中常出現(xiàn)的問題有芯線斷路、芯線之間短路和芯線錯(cuò)位焊接。目前，查線通常是以手工方式進(jìn)行的，工作量大，效率低。[2]因此，研制多芯線纜測試儀，對提高查線準(zhǔn)確性和效率就顯得尤為重要。文中介紹的多芯線纜自動(dòng)測試儀，以單片機(jī)C8051F020為核心，適用于一一對應(yīng)的線纜，實(shí)現(xiàn)了多芯線纜通斷的自動(dòng)測量，保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高了工作效率。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)使用的C8051F020單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn)8052的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。

多芯線纜自動(dòng)測試儀的面板如圖1所示，包含顯示線纜芯數(shù)的數(shù)碼管、按鍵鍵盤、蜂鳴器、以及指示燈。通過按鍵輸入檢測線纜的芯數(shù)，由數(shù)碼管1顯示，并且能夠在斷電后保存輸入的線芯數(shù)量，重新上電后繼續(xù)顯示使用。數(shù)碼管2用于顯示線纜A端的芯數(shù)索引，B端的芯數(shù)索引顯示在數(shù)碼管3上。采用矩陣按鍵，有鍵按下蜂鳴器響1聲。LED燈包括電源指示(紅色)、檢驗(yàn)正確指示(綠色)和檢測錯(cuò)誤指示(紅色)?！秵?dòng)》按下后檢測開始，每檢測到1根線芯，蜂鳴器響1聲，表示檢測正確。如果檢測到斷路，則測試暫停，數(shù)碼管2、3同時(shí)顯示線纜A端及B端斷路的線芯索引，蜂鳴器報(bào)警2聲。如果檢測到短路，則暫停檢測，數(shù)碼管2、3顯示兩端的線芯索引，蜂鳴器報(bào)警3聲。出現(xiàn)檢測錯(cuò)誤后，按啟動(dòng)鍵可繼續(xù)往下檢測，直至整條線纜檢測完畢。

圖1 多芯線纜自動(dòng)測試儀面板

1．2電源電路的設(shè)計(jì)

電源電路如圖2所示。輸入電源為24 V，首先經(jīng)過LM2675M-5．0開關(guān)電源芯片產(chǎn)生5 V電壓，然后采用LM1117-3．3線性電源芯片產(chǎn)生3.3 V電壓供給單片機(jī)C8051F020，該芯片具有電流限制和熱保護(hù)的功能。如果采用LM1117-3．3直接把24 V降到3.3 V的方案，則芯片會(huì)發(fā)燙且電壓不平穩(wěn)。此設(shè)計(jì)中LM2675M-5．0不僅可以過度降壓，而且由其產(chǎn)生的5 V電壓還可以給外圍芯片供電。電路中，對于模擬地來說噪聲很小，但是數(shù)字地的噪聲很大；如果直接將模擬、數(shù)字地接在一起會(huì)互相干擾，引起電路工作異常。因此模擬地和數(shù)字地分開來設(shè)計(jì)，并最終經(jīng)過濾波電容后，由0 Ω電阻R34連接在一起。電路中設(shè)有紅色LED燈，正常供電后指示燈發(fā)亮。

圖2 電源電路

1．3線纜的檢測電路

CD4067是單16路模擬開關(guān)，具有低導(dǎo)通阻抗，低截止漏電流和內(nèi)部地址譯碼的特征。通過外部輸入的二進(jìn)制的地址碼A、B、C、D來切換各個(gè)開關(guān)。A、B、C、D 4位二進(jìn)制碼共有16種狀態(tài)，可以控制16個(gè)開關(guān)的通斷。[3]檢測控制電路如圖3所示。當(dāng)ABCD為0000時(shí)，IO0與公共端IO COMX接通，若ALine0 與BLine0，即連接正確，則通過穩(wěn)壓二極管IN4730的穩(wěn)壓作用，在B Line COM處會(huì)采出高電平；反之，不通，由于B Line COM通過電阻接地，則此端口電壓值為0 V．通過改變控制B端的CD4067芯片上的A、B、C、D值，讓線纜A端ALine0與B端線芯依次連接檢測。待ALine0與B端線芯全部檢測完畢后，再改變控制A端的CD4067芯片上的ABCD的取值，選擇A端下一個(gè)線芯，后續(xù)過程同上所述。依次下去，實(shí)現(xiàn)對線芯的逐次檢測。

圖3 檢測控制電路

1．4按鍵電路及數(shù)碼管電路

獨(dú)立式按鍵每個(gè)I/O口線只能接一個(gè)按鍵，占用I/O口較多，因此該設(shè)計(jì)中按鍵選用4×4矩陣式按鍵，只占用單片機(jī)8個(gè)I/O口，節(jié)省了單片機(jī)I/O口資源。

數(shù)碼管采用共陰型，在數(shù)碼管的每個(gè)顯示段位引腳處串聯(lián)一個(gè)1 kΩ的限流電阻，把工作電流限制在3～5 mA內(nèi)，保障數(shù)碼管正常工作。數(shù)碼管顯示電路共有3組2位數(shù)碼管，3組數(shù)碼管采用同一個(gè)掃描驅(qū)動(dòng)電路。

2 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

2．1單片機(jī)主程序的工作流程

開發(fā)平臺為Keil C μVision4軟件，采用C語言編寫程序，降低了編寫難度，提高了效率。該測試儀的主程序流程如圖4所示，系統(tǒng)軟件主要包括線芯數(shù)量輸入程序、線纜通斷測試程序、線芯索引顯示程序、蜂鳴器報(bào)警程序、按鍵操作程序等。

圖4 主程序流程圖

測試線纜均為一一對應(yīng)型，按鍵輸入的線芯數(shù)量在第一個(gè)數(shù)碼管上顯示，第二、第三數(shù)碼管分別顯示AB端索引到第幾根線芯。若測得A端1號線芯與B端1號線芯相通，即為連接正確，蜂鳴器響一聲，檢測繼續(xù)；反之，則為斷路，蜂鳴器報(bào)警兩聲，檢測停止，按下啟動(dòng)按鍵后，繼續(xù)往下檢測。A端1號線芯會(huì)繼續(xù)與B端剩余線芯檢測，看是否有短路的情況，若有，則蜂鳴器報(bào)警三聲，檢測暫停，按啟動(dòng)鍵檢測繼續(xù)。A端1號線芯與B端線芯全部測試完畢后，A端剩余線芯重復(fù)上述過程。

2．2CD4067線芯檢測程序

CD4067檢索線芯程序如圖5所示。單片機(jī)初始化后，CD4067的A、B、C、D引腳首先賦值為0000，即A、B兩端都選定線芯1，檢測是否相通。若線芯完好相接，則控制B端線芯的CD4067引腳IO COMX輸出高電平；反之，則輸出低電平，說明此線芯斷開，檢測停止。當(dāng)檢測A端線芯1與B端其他線芯時(shí)，若接線正確，控制B端線芯的CD4067引腳IO COMX會(huì)輸出高電平，則即為短路故障，檢測停止。

2．3按鍵掃描程序

按鍵的掃描方式有3種，即程序控制掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描方式。設(shè)計(jì)采用定時(shí)掃描方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生10 ms的定時(shí)，每隔10 ms就產(chǎn)生定時(shí)器溢出中斷，CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進(jìn)行掃描，并在有按鍵按下時(shí)識別出該鍵執(zhí)行相應(yīng)的鍵功能程序。

圖5 CD4067檢索線芯程序

2．4數(shù)碼管掃描驅(qū)動(dòng)

數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式，只占用單片機(jī)P7的8個(gè)I/O口和P3的6個(gè)I/O口，比靜態(tài)顯示更加節(jié)省元件數(shù)量和引線，且電路簡單。定時(shí)掃描時(shí)間定為5 ms，掃描6個(gè)數(shù)碼管則需要30 ms，保證了掃描速度，使人眼感覺不到閃動(dòng)。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

使用設(shè)計(jì)的線纜檢測儀對預(yù)先制作的良好線纜、短路線纜和斷路線纜反復(fù)進(jìn)行測試，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的線纜檢測儀檢測結(jié)果準(zhǔn)確無誤，檢測效率高，操作方便，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

該多芯線纜測線儀采用51單片機(jī)和CD4067相結(jié)合的方式來設(shè)計(jì)，對于線纜斷路和短路的測試非常準(zhǔn)確。另外，該多芯線纜測線儀構(gòu)造簡單、測試速度快、顯示界面直觀且自動(dòng)化程度高。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：谷玉海(1976)，碩士助理研究員，主要從事儀器開發(fā)與檢測領(lǐng)域的研究。E-mail：gyuhai@163．com