一种大容量电缆自动测试仪的设计和实现

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1、一种大容量电缆自动测试仪的设计和实现作者:黄艳华梅顺良来源:微计算机信息摘要：介绍了一种基于C8051F的大容量电缆线束自动测试仪的硬件和软件的设计和实现。该测试仪不仅可以测量电缆线束的毫欧级电阻和绝缘性能，而且可给电缆的设计、生产和检测提供一个一体化的管理手段。文章重点介绍了测试仪的硬件结构、关键电路以及软件的功能结构等。关键词：电缆自动测试;C8051F;恒流源;数据库1 引言    目前，大容量的电缆线束广泛用于汽车、船舶和航天航空等高端领域，为了保证电缆线束的安全可靠使用，必须对线束的配线、阻抗和绝缘性能等进行严格的检测。如果采用人工测量方法，容易造成

2、漏检和误检，效率低下，所以，研制一种大容量的电缆线束自动测试系统的要求显得尤为迫切。    本文将介绍一种大容量的电缆线束自动测试仪，通过本测试仪，用户可以对大量的电缆线束进行自动测量，可检测到电缆毫欧级的阻值和兆欧级的绝缘阻值，检测出其可能存在的配线错误、通断路，绝缘不良等问题。同时，利用上位机的电缆数据库设计软件，用户可以迅速建立起一套电缆线束的设计、转接、应用和测量的整体方案。2 测试原理说明电缆测试仪采用单端激励源输入测量的方法。激励源分为低电压小电流测试源，恒定电流测试源和高电压弱电流测试源三种。低电压测试源主要用于测量电缆线束的通断，短路和误配线功

3、能。恒定电流测试源可编程输出高达1A的电流，配合4线开尔文测量方法，可以测量小于5毫欧的精密阻值，能检测出电缆的微小变化。高电压测试源可以步进输出高达1000VDC的电压，最大电流则不到2mA，用于检测电缆线束可能存在的绝缘、耐压不足等问题。    电缆的测试工作原理如图1所示。    开关K3闭合，低电压激励源加载到接M1上，接点电压为VM1。其它所有的测试接点开关均打开，测量其它所有接点电压，如果其它接点处测量到激励电压，则表示这些接点和电缆A相通。将检测到电压的接点开关闭合(如N1)，测量接点电压，得VN1，则这两点之间的电缆阻值为           

4、 RCable=(VM1-VN1)/I  (1)    测量出串接在低电压激励源回路的精密电阻R1两端的电压VR1，即可求出回路的电流值，代如上式（1）中，      RCable=(V1-V2)*R1/VR1 （2）      图1测试原理示意图    由图1可知，逐点进行全排列测量，可以找出所有点的连接关系和电缆阻值，找到可能的电缆通断路，搭接短路和配线错误等。检查次数为：N=[n*(n－1)]/2；式中N为检查次数，n为线束的检测点数。3 测试仪的硬件组成    整个系统分为上位机软件和自动测试仪两个部分。每台电缆自动测试仪有512个测试点的容量，最多可

5、级联7台测试仪以扩大测试容量。为了灵活配置，测试仪采用基于总线形式的机箱插板式结构，图2为测试仪的硬件结构框图。控制测量板包括CPU及外围模块，完成和上位机、级联机的通信，转接测试命令和进行命令的分发，同时控制激励源信号，完成电缆通断、精密阻值和绝缘的测量。电缆测量接口板一共有4块，每板有128个测试接点，通过板上的继电器阵列，将激励信号送到面板的待测电缆接入点，将电压测量信号返回到控制测量板进行A/D转换。图2测试仪硬件结构示意图3.1  微处理器和外围电路测试仪的单片机选用Cygnal公司的模拟和数字混合信号的单片机C8051F020[1]，这颗芯片具有高

6、速51处理器内核，高达25MIPS运行速度；64K字节片上Flash，4K字节片上RAM(外部RAM可扩展至64K字节)。两个URAT接口，一个SPI接口和一个I2C接口，一个采样速度为100KSPS，增益可编程的12BitADC单元（8路AD接口）和两个12Bit的DAC单元。   在本设计中，利用单片机内部12Bit的A/D转换电路测量电缆接点的电压，12Bit的DAC电路控制测试激励源的输出电压和电流。I2C总线连接的8K字节EEPROM，主要用来保存所有继电器的使用次数，防止继电器出现寿命过载。外部扩展的16KB的SRAM，用于暂存测试数据。单片机外部

7、扩展的EPLD，用于地址译码，扩展测试控制空间，包括和级联机箱的通信空间，测量接口板的继电器、模拟复用器控制空间等。3.1.1. 主测试仪和上位机的通信接口   测量过程中，主设备单片机需要实时向上位机上报大量测量数据，所以接口形式选用了通用串行总线接口USB。接口电路采用PHILIPS公司完全兼容USB1.1规范的器件PDIUSBD12[2]。PDIUSBD12通过高速通用并行接口与单片机进行通信，接口模式采用地址/总线复用方式，对器件的读写就像单片机外扩的一片RAM器件一样，通过触发单片机外部中断模式通知主程序处理上位机通信事件。3.1.2. 主测试仪和级

8、联测试仪的通信接口   多台测试仪进行