專利名稱：電纜檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電線電纜的檢測儀器，特別是用于電纜芯線連接狀況進行檢測的儀器。
本實用新型所采用的設計方案是電纜檢測儀，它包括主機和從機，以及連接它們的公共導體，其特征在于主機由微處理器A、語音信號處理單元A、控制電路A和AD轉換器組成，微處理器A與語音信號處理單元A和控制電路A形成串聯回路；微處理器A的輸入端接計算機接口和鍵盤，AD轉換器接于控制電路A輸出端和微處理器A之間；從機由微處理器B、語音信號處理單元B和控制電路B組成，微處理器B與語音信號處理單元B和控制電路B組成串聯回路，顯示屏B接于微處理器的輸出端；主機的線纜連接端口A與從機的線纜連接端口B相連形成電腦終端檢測系統。
把被測電纜中的每根芯線連接到主機和從機的電纜連接端口上，端口上有編號，把電纜的屏蔽層或公共導體(如船殼、大地)連接到主機和從機的公共端口，在主機上通過鍵盤輸入電纜的芯數。主機在每根芯線上加直流電平信號，從機監測每個芯線上是否有直流電平，如果有直流電平，根據該芯線在從機電纜連接端口上的編號，把編號通過雙音頻編碼器調制成雙音頻信號返回給主機，主機通過雙音頻解碼器取得返回的編號，通過返回的編號的多少來判斷該芯線是否短路或開路，同時主機檢測該芯線上的電流大小來測算電阻的大小。這樣主機依次對每根芯線進行測試，就可以完整的判斷電纜連接情況。最后在液晶顯示屏上顯示檢測結果，或通過計算機接口傳送到計算機的專用軟件上，進行進一步的分析處理。在檢測過程中，主機判斷有時發送信息到從機，要求從機也把這兩根芯線連接到語音信號處理單元上，并在液晶顯示屏上顯示通話線路架設成功的信息，這時，測試人員就可以進行相互之間的通訊了。
上述設計的信號傳輸采用有較強抗干擾能力的直流信號和雙音頻信號形式，適應船舶電纜的鋪設檢測，長途電纜鋪設后相當于天線，有許多干擾信號存在，如果用數字信號和簡單的模擬信號，都容易引起通訊失敗或誤碼，使測試結果的可信度降低。而直流電平對干擾信號的干擾很容易消除，雙音頻信號是一種特定模擬信號，目前在電話中使用的非常廣泛，抗干擾能力非常好。本設計能自動連接語音通信線路，方便測試聯系，并有多種信息輸出形式，液晶中文顯示測試過程以及自帶備用電池等，提高了儀器實用價值。
圖2為微處理機芯片及其與外圍部件連接端的布線圖。
圖3為控制電路組成電路圖。
圖4為音頻輸出電路。
圖5為話音輸入電路。
圖6為電源切換電路。
圖7為蓄電池充電電路。
圖8為LCD、鍵盤接口電路。
圖9為RS232計算機接口電路。


圖10為雙音頻調制解調電路。
圖11為模擬開關芯片電路。
圖12為線纜接口電路。
圖13為控制軟件系統框圖。
圖14為電纜電阻測量流程圖。
圖15為電纜線狀況流程圖。
以下結合附圖對實施例進行詳細說明微處理器(A、B)如圖2所示，微處理器是整個系統的核心部分，芯片選用美國ATMEL公司的ATMEGA103微處理器，該芯片功能強大，在系統中能充分發揮其特點。ATMEGA103微處理器內部含有128K在線可編程的FLASH存儲器，可以反復擦寫至少1000次，4K的內部SDRAM，4K的EEPROM，可以反復擦寫10000次，掉電后數據可以保存10年。可以在線編程，為將來的軟件的更新帶來了方便。芯片還帶有8通道10位分辨率的A/D轉換器，和PWM輸出。微處理器把發出檢測信號，并接受電纜狀況信息進行處理、分類、顯示、傳輸到計算機。
控制電路A如圖3所示，控制電路A包括直流電平發生電路、晶振電路、模擬電源濾波電路、微處理器編程控制電路、實時時鐘電路。直流電平發生電路為主機提供4伏左右的電纜檢測電平，由二極管D1和D2及電阻R14和R15組成，兩只二極管(D1、D2)和電阻R14組成分壓電路，由5V電源分得4V左右的電平，R15起限流的作用，防止電纜短路時引起大電流損壞電路。晶振電路由Y1、X1和X2組成，為微處理器提供4MHZ的工作效率，實時時鐘電路由Y2和U15組成，提供實時的系統時間。日歷芯片選用PCF8653P芯片，該芯片具有實時時鐘功能，用I2C通訊協議與微處理器進行通訊，為系統提供時間信息。微處理器編程控制電路由S1、R1、R3組成，S1的3、4腳與微處理器U1的Vcc接點相連。
音頻輸出電路如圖4所示，音頻輸出電路由U11、R12、R13、C17～20組成，它在電纜檢測儀測試過程中，可以通過揚聲器進行監聽，測試完畢后通過主機與從機可以進行對話。電路選用LM386放大器對電纜上的信號進行放大輸出到揚聲器，通過調節R13可以調節揚聲器的音量。電路可以輸出0.5W到1W的功率，足于驅動小功率的揚聲器或耳機。
話音輸入電路如圖5所示，話音輸入電路由U13、C9～C12、R10和MK1組成，從駐極體話筒拾取聲音經過一級放大后耦合到電纜上傳輸到對方的設備。放大電路也是選用LM386放大器，連接成200倍的放大電路，對聲音信號進行一次放大，調節可調電阻R10可以調節輸出信號的大小。
雙音頻調制解調電路如圖10所示，由U2和U12及其外圍電阻R4～R12、電容C5～C8、C13～C16及Y3組成，把主機和從機要傳輸的數字信號調制成雙音頻模擬信號在電纜進行傳送，并把電纜上的雙音頻模擬信號解調成數字信號傳送給微處理器。電路選用MT8880芯片，該芯片能完成雙音頻的編碼和解碼，MT8880的音頻輸出端經一級放大緩沖后連接到電纜上，保證雙音頻模擬信號有足夠的驅動能力，波形不會失真，能傳輸較遠的距離。如果采用數字方式傳輸時容易被現場的尖峰脈沖所干擾，而且受距離的影響太大。
LCD顯示和鍵盤接口電路如圖8所示，LCD顯示和鍵盤接口電路為用戶提供良好的界面，通過在LCD上顯示操作菜單，測試過程信息，以及測試結果，用戶可以很方便的操作設備，監控測試過程，查看測試結果。LCD顯示器，選用128×64點陣圖形顯示器，如果要顯示更多的信息可以選用同類型控制芯片的更大尺寸顯示器。
計算機接口電路如圖9所示，計算機接口電路把計算機與微處理器連接起來，主要是轉換電平的作用，選用MAX232芯片，該芯片單電源(5V)供電，能把標準RS232信號轉換為CMOS電平，同時能把CMOS電平轉換為標準RS232信號。通過計算機可以對設備進行操作，設備能把測試結果傳輸給計算機，進行進一步的處理分析，顯示打印。
電源自動切換電路如圖6所示，電源自動切換電路在設備接通交流220V電源時自動切換到交流供電狀態，在失去交流電源時自動切換到電池供電狀態。電路主要由繼電器來完成，選用雙觸點4組繼電器，并有交、直流電源指示。
蓄電池充電電路如圖7所示，電纜檢測儀在工作時主要由自帶的電池供電，在電池電量不足時LCD上會顯示電量不足的信息，這時設備需要充電，當220V交流電源接通時，設備自動切換到220V交流供電狀態，并同時對電池進行充電，充電時由BAT-MOD接入U1的控制端，由微處理器對充電過程進行監控，以便更好的充電和對電池進行維護，延長電池的使用時間。充電電路由Q1、Q2、Q3及R20、R21、R22、R23組成開關脈沖電路，脈沖信號由微處理器提供，L1及C27組成直流分量提取電路，提取的直流電源加到電池上，進行充電。R24、R25、R26、R29、C28組成電流檢測和電壓檢測電路，把電池的充電時的電流和電壓信息提供給微處理器，微處理器采集處理后，決定充電電壓的大小，和充電是否應該結束。
線纜接口電路(A、B)如圖11和圖12所示，線纜接口電路，主要完成電纜中每根芯片的選取，以便微處理器對每根芯片進行完成的分析，電路選用HCF4067 16路模擬開關芯片，通過U374HC138對每個芯片的選取，通過擴展HCF4067可以增加檢測電纜的芯數，本設備中選用了7片芯片U4～U10，圖12有JX1～JX112個接口相接，可以檢測112芯線的電纜。
電纜檢測儀的所有功能是依靠軟件來實現的，通過軟件來控制所有電路完成相應的功能。軟件的原理框圖如圖13所示，為本機所有控制功能的集合，各個功能塊有獨自的控制軟件，如圖14、圖15所示。電纜一端連上主機另一端空置，啟動測試程序后，主機的程序通過控制模擬開關芯片電路把直流電平發生電路產生的直流電平加到電纜中的每根芯線上，檢測參考電阻兩端的電壓，程序把參考電阻上的電壓通過程序中已設定的公式換算到芯線對公共線或地線的電阻，并保存測試結果，便于分析。檢測完電阻后，把電纜的另一端連接到從機上，啟動測試程序后，主機的程序通過控制電路在電纜中的每根芯線上加直流檢測信號，從機的測試程序對電纜中的每根芯線進行監測，如果有直流檢測信號，就通過雙音頻調制解調電路把該芯線的編碼調制成雙音頻經芯線返回給主機，一輪檢測完畢后，從機發送換線信息到主機，主機在下一根芯線上加直流檢測信號，進行下一輪的測試，主機在測試過程中通過雙音頻調制解調電路收集來自從機的檢測結果，同時統計分類后進行顯示、打印和保存。檢測完畢后在LCD上顯示結束信息。
主機和從機內部集成了蓄電池充電的管理程序，管理程序通過檢測電路提供的檢測信息，如果檢測到蓄電池的電壓低于某個設定值，就在LCD上顯示電池電量不足信息，如果檢測到交流電源已連接則啟動充電管理程序，當充電電流小于某個設定值時停止充電并在LCD上顯示充電完畢信息。
權利要求1.電纜檢測儀，它包括主機和從機以及連接它們的公共導體，其特征在于主機由微處理器A、語音信號處理單元A、控制電路A和AD轉換器組成，微處理器A與語音信號處理單元A和控制電路A形成串聯回路，微處理器A的輸入端接計算機接口和鍵盤，AD轉換器接于控制電路A輸出端和微處理器A之間；從機由微處理器B、語音信號處理單元B和控制電路B組成，微處理器B與語音信號處理單元B和控制電路B形成串聯回路，顯示屏B接于微處理器B的輸出端；主機的線纜連接端口A與從機線纜連接端口B相連形成電腦終端檢測系統。
2.如權利要求1所述的電纜檢測儀，其特征是控制電路A包括直流電平發生電路、晶振電路、模擬電源濾波電路、微處理器編程控制電路和實時時鐘電路。
3.如權利要求2所述的電纜檢測儀，其特征是直流電平發生電路由二極管D1和D2及電阻R14和R15組成，D1D2和R14組成分壓電路，R15為限流電阻。
4.如權利要求2所述的電纜檢測儀，其特征是微處理器編程控制電路由S1、R1和R3組成，S1的3、4腳與微處理器U1的Vcc接點相連。
5.如權利要求1所述的電纜檢測儀，其特征是語音信號處理單元包括話音輸入電路、音頻輸出電路和雙音頻調制解調電路。
6.如權利要求5所述的電纜檢測儀，其特征是話音輸入電路由U13、C9～C12，R10和MK1組成。
7.如權利要求5所述的電纜檢測儀，其特征是音頻輸出電路由U11、C17～C20、R12、R13組成。
8.如權利要求5所述的電纜檢測儀，其特征是雙音頻調制解調電路由U2和U12及其外圍電阻R4～R12，電容C5～C8、C13～C16及Y3組成。
9.如權利要求1所述的電纜檢測儀，其特征是線纜連接端口A、B都由16路模擬開關U4～U10和U3及JX2～JX112接口相連組成。
專利摘要電纜檢測儀，它包括主機、從機以及連接它們的公共導體，主機由微處理器A、語音信號處理單元A、控制電路A和AD轉換器組成，從機由微處理器B、語音信號處理單元B、控制電路B組成，主機線纜連接端口A與從機線纜連接端口B相連形成電腦終端檢測系統。本實用新型信號傳輸采用直流信號和雙音頻信號形式，有較強抗干擾性能，能適應船舶電纜和長途電纜的鋪設和檢修，配有攜帶電源，便于野外操作使用。
文檔編號G01R31/02GK2594802SQ0228688
公開日2003年12月24日 申請日期2002年11月15日 優先權日2002年11月15日
發明者陳志行 申請人:陳志行