一種大容量電纜自動測試儀的設計和實現

摘要:介紹了一種基于C8051F的大容量電纜線束自動測試儀的硬件和軟件的設計和實現。該測試儀不僅可以測量電纜線束的毫歐級電阻和絕緣性能,而且可給電纜的設計、生產和檢測提供一個一體化的管理手段。文章重點介紹了測試儀的硬件結構、關鍵電路以及軟件的功能結構等。

1 引言

目前,大容量的電纜線束廣泛用于汽車、船舶和航天航空等高端領域,為了保證電纜線 束的安全可靠使用,必須對線束的配線、阻抗和絕緣性能等進行嚴格的檢測。如果采用人工 測量方法,容易造成漏檢和誤檢,效率低下,所以,研制一種大容量的電纜線束自動測試系 統(tǒng)的要求顯得尤為迫切。

本文將介紹一種大容量的電纜線束自動測試儀,通過本測試儀,用戶可以對大量的電纜 線束進行自動測量,可檢測到電纜毫歐級的阻值和兆歐級的絕緣阻值,檢測出其可能存在的 配線錯誤、通斷路,絕緣不良等問題。同時,利用上位機的電纜數據庫設計軟件,用戶可以 迅速建立起一套電纜線束的設計、轉接、應用和測量的整體方案。

2 測試原理說明

電纜測試儀采用單端激勵源輸入測量的方法。激勵源分為低電壓小電流測試源,恒定電 流測試源和高電壓弱電流測試源三種。低電壓測試源主要用于測量電纜線束的通斷,短路和 誤配線功能。恒定電流測試源可編程輸出高達1A 的電流,配合4 線開爾文測量方法,可以 測量小于5 毫歐的精密阻值,能檢測出電纜的微小變化。高電壓測試源可以步進輸出高達 1000VDC 的電壓,最大電流則不到2mA,用于檢測電纜線束可能存在的絕緣、耐壓不足等 問題。

電纜的測試工作原理如圖1 所示。

開關K3 閉合,低電壓激勵源加載到接M1 上,接點電壓為VM1。其它所有的測試接點 開關均打開,測量其它所有接點電壓,如果其它接點處測量到激勵電壓,則表示這些接點和 電纜A 相通。將檢測到電壓的接點開關閉合(如N1),測量接點電壓,得VN1,則這兩點之 間的電纜阻值為

測量出串接在低電壓激勵源回路的精密電阻R1 兩端的電壓VR1,即可求出回路的電流值,代如上式(1)中,

圖1 測試原理示意圖

由圖1 可知,逐點進行全排列測量,可以找出所有點的連接關系和電纜阻值,找到可能 的電纜通斷路,搭接短路和配線錯誤等。檢查次數為:N= [ n * ( n-1) ] / 2;式中N 為檢查 次數,n 為線束的檢測點數。

3 測試儀的硬件組成

整個系統(tǒng)分為上位機軟件和自動測試儀兩個部分。每臺電纜自動測試儀有512 個測 試點的容量,最多可級聯7 臺測試儀以擴大測試容量。為了靈活配置,測試儀采用基于總線 形式的機箱插板式結構,圖2 為測試儀的硬件結構框圖?刂茰y量板包括CPU 及外圍模塊, 完成和上位機、級聯機的通信,轉接測試命令和進行命令的分發(fā),同時控制激勵源信號,完 成電纜通斷、精密阻值和絕緣的測量。電纜測量接口板一共有4 塊,每板有128 個測試接點, 通過板上的繼電器陣列,將激勵信號送到面板的待測電纜接入點,將電壓測量信號返回到控 制測量板進行A/D 轉換。

圖2 測試儀硬件結構示意圖

3.1 微處理器和外圍電路

測試儀的單片機選用 Cygnal 公司的模擬和數字混合信號的單片機C8051F020[1],這顆芯 片具有高速51 處理器內核,高達25MIPS 運行速度;64K 字節(jié)片上FLASH,4K 字節(jié)片上RAM(外 部RAM 可擴展至64K 字節(jié))。兩個URAT 接口,一個SPI 接口和一個I2C 接口,一個采樣速度 為100KSPS,增益可編程的12 Bit ADC 單元(8 路AD 接口)和兩個12 Bit 的 DAC 單元。 在本設計中,利用單片機內部12 Bit 的 A/D 轉換電路測量電纜接點的電壓,12 Bit 的 DAC 電路控制測試激勵源的輸出電壓和電流。I2C 總線連接的8K 字節(jié)EEPROM,主要用來 保存所有繼電器的使用次數,防止繼電器出現壽命過載。外部擴展的16KB 的SRAM,用于暫 存測試數據。單片機外部擴展的EPLD,用于地址譯碼,擴展測試控制空間,包括和級聯機 箱的通信空間,測量接口板的繼電器、模擬復用器控制空間等。

3.1.1. 主測試儀和上位機的通信接口

測量過程中,主設備單片機需要實時向上位機上報大量測量數據,所以接口形式選用了 通用串行總線接口USB。接口電路采用 PHILIPS 公司完全兼容USB1.1 規(guī)范的器件 PDIUSBD12[2]。PDIUSBD12 通過高速通用并行接口與單片機進行通信,接口模式采用地址 /總線復用方式,對器件的讀寫就像單片機外擴的一片RAM 器件一樣,通過觸發(fā)單片機外 部中斷模式通知主程序處理上位機通信事件。

 

   來源:維庫開發(fā)網
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