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基于PC104的电缆通断测试仪设计与研究

互联网 2012-09-24 15:42:05

[导读] 本文设计了一种基于PC104的电缆通断测试仪,新型的通断测试仪采用先进的PC104嵌入式系统作为主控计算机,其意义就在于加快通断测试的速度,减少操作步骤,提高测试的可靠性及精度。

  1 引言

  电缆的应用非常广泛,且长时间使用后经常会出现短路或者断路的情况,目前我国许多行业的电缆通断测试仍停留在手工阶段,费时费力,而且容易出现人为失误,即使有配套的通断测试仪,也存在测试精度不高,速度不够快的现象。鉴于此本文设计了一种基于PC104电缆通断测试仪,新型的通断测试仪采用先进的PC104嵌入式系统作为主控计算机,其意义就在于加快通断测试的速度,减少操作步骤,提高测试的可靠性及精度。

  新型测试仪的应用价值是比较明显的,它不仅实现了有效的故障测试,缩短了故障排除的时间,提高了故障判断的准确度,减轻了维护工作人员的工作量,而且相比与同类型的测试仪便携性更好,对于测试条件艰苦的行业,本测试仪相比于现代国内的其他同类测试仪优越性更明显。并且新型的测试仪兼容性好,可以应用于其他行业的电缆维修与测试,所以新型测试仪具有广阔的应用前景。

  2 实现功能

  新型的电缆通断测试仪主要实现以下功能:

  1)检测功能,能够对电缆芯线进行通断检测;

  2)自检功能,对系统检测采集通道和测量通道进行系统自检,检查设备的工作状态;

  3)数据管理功能,具有数据报表自动生成,数据查询、打印、导出、删除、结果判断等功能;

  4)USB接口转存功能,能够通过USB接口利用U盘安装程序,转存数据。

  3 技术指标

  1)通断测量通道:256路,可扩展;

  2)通断测量范围:测量电压5V,串联可变电阻档:0~5MΩ;测量误差:0.05V;精确度:0.01%;

  3)对外接口:外界PS/2键盘、鼠标、一个标准串行接口、一个并行接口、两个USB接口、自带触摸显示屏;

  4)输入电源:AC220V(220±10%),输入电源功率:≥300W;

  5)工作环境温度:0℃~55℃。

  4 设备组成及工作原理

  该智能测试装置主要由人机接口电路、机箱、电源、液晶屏显示部分、打印机、鼠标和键盘等部件组成。测试仪的系统原理图如图1所示。

  

 

用以PC104总线为基础的嵌入式系统作为测试仪的核心控制系统,其中采用研华公司研制的PCM-3380作为CPU板。CPU板用来完成程序的运行控制、地址和数据命令的接收、对数据进行处理并显示等工作。I/O板采用PCM-3724,用来完成数据的输入输出,供电电压为5V。数据输入方面有48个通道,0.8V以下视为逻辑0,2V以上视为逻辑1。数据输出方面有48个通道,0.5V以下视为逻辑0,2V以上视为逻辑1。

  数据采集板采用PCM-3718,用来完成采样电压的A/D转换,采集板有8个模拟量输入通道,工作电压为5V。因为测通断的测试电压不需要太高,所以不用考虑采样电压过大的影响。

  继电器矩阵起到选通被测支路的作用,该部分主要由PC104总线接口,驱动器,继电器开关组等器件构成,工作电压为12V。它的工作过程是由PC104总线发出地址和控制数据到I/O板,I/O板收到数据后,先识别地址,然后将数据送到对应的地址处,从而起到控制相应的继电器开关动作,选通测量支路的作用。

  人机接口单元用来接收键盘,鼠标或者触摸屏的控制命令,完成相应操作,并在触摸屏上显示相应信息。测试仪采用WindowsXP操作系统,可以通过软件设计人机交互界面。

  系统工作原理为:CPU板发出控制命令,通过I/O板控制继电器驱动器驱动继电器矩阵中相应的继电器闭合或者断开,从而起到将需要测试的测试芯线接入到测试电路的目的。测试完成后,将测试电压滤波,隔离放大后送入数据采集板进行A/D转换处理,最后将数据送回CPU板进行数据处理,判断并显示。

  5 硬件设计

  5.1 通断测试电路设计

  通断测试电路采用串联测压原理,具体电路如图2所示。

  

 

  测试电源采用5V,工频50Hz的交流电源,R1是一个高精度数控可变电阻,变化范围0~5MΩ,U0是采样电压,它经过滤波,隔离放大后送入数据采集模块,Rx是是被测电缆。不同的电缆种类有不同的规范,根据数控电阻R1的阻值,如将R1调至50Ω,则一般测得的电压值在4.2~5V之间可以视此电缆芯线为导通,0~0.8V视为断路。

  5.2 滤波电路设计

  滤波电路用来消除对50Hz工频电压信号的干扰,本测试仪采用的视无源双T型滤波电路,具体电路如图3所示。

  

 

  图中,R1,R2,R3为可变电阻,通过调节它们的阻值来实现对一定频率电压信号的滤波。

5.3 继电器矩阵电路设计

  继电器分为行控制和列控制,其工作原理为:继电器线圈的正极采用三极管放大器进行电流输入驱动,当其逻辑输入电压为5V时,输入电流为0.5mA时,则集电极的电流为β×0.5mA,其中β为三极管的放大倍数,选取适当β的三极管,可使其最大输出电流为1A左右,可知列驱动电路中的继电器能够达到工作要求,其输出的电流也为1A左右,因而满足列驱动的电流要求,实现了推电流的功能。继电器线圈的负极采用ULN2004来吸收通过继电器线圈负端的电流,ULN2004的输入端接5V的逻辑信号电压时,其要求输入电压为0.35~0.50mA,而对其输出端,实际上它是作电流输入用途,当供电电压为12V时,其工作电流在350~500mA之间。当输入端无电压输入时,输出端和地之间处于开路状态,所以电流不能通过,此电路也就不能实现导通电流的作用,而当输入端加载5V的信号电压时,只需要0.5mA的电流,就可以使输出端和地之间导通,从而使电流可以顺利地通过实现“拉”电流的功能。只有当继电器的行列驱动都工作的时候,继电器矩阵中的继电器才会工作,对应测试电缆的通路才会接通。继电器工作原理如图4所示。

  

 

  6 电缆通断测试仪系统软件

  6.1 软件组成

  CPU主控制器软件平台选用WindowsXP操作系统,编程语言采用ObjectPascal语言,软件开发环境选用Delphi7.0。

  系统软件主要有显示界面管理模块、用户接口管理模块、数据文件管理模块、测试项目管理模块四大功能模块组成。测试系统软件组成如图5所示。

  

 

  6.2 测试软件主程序设计

  本文设计的电缆通断测试软件系统,一个重要的特点在于它的通用性和可扩展性,它能根据需要自动加入不同型号电缆的测试程序。其实现过程为:将需要的测试程序加入到主引导程序的搜索路径下,供主引导程序检索;在测试进行前,先选择所测的电缆型号,由程序加载需要的相应测试程序;运行测试程序,进行通断测试。测试主程序如图6所示。

  

 

7 试验数据验证

  利用该测试仪对某型号导弹的地面电缆进行测试。该电缆内有5根芯线,首先分别检测每根芯线是否导通,再检测芯线与芯线之间是否短路,根据数据采集板A/D转换的范围将数控电阻调至50Ω,测试结果如表1所示。

  

 

  表1是将测得数据以电压的方式显示,同时也可以将测得值以电阻的方式显示。

  8 结束语

  该测试仪是基于PC104总线的嵌入式控制器系统,具有开放性、模块化、易扩展等特点。软件方面可以根据用户的不同需求进行测试流程、测试任务的现场动态配置。试验数据表明该测试仪可以方便、快捷、准确的完成电缆的通断测试,可以大大降低工作人员的工作量,提高测试效率。该测试仪使用简单,便于携带,维护方便且通用性较好,具有广阔的市场前景。

[整理编辑:CK365测控网]
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