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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(shè)計和實現(xiàn)。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(shè)計、生產(chǎn)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(jié)構(gòu)、關(guān)鍵電路以及軟件的功能結(jié)構(gòu)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(lǐng)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(shù)據(jù)庫設(shè)計軟件，用戶可以 迅速建立起一套電纜線束的設(shè)計、轉(zhuǎn)接、應(yīng)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(shù)為：N= [ n * ( n－1) ] / 2；式中N 為檢查 次數(shù)，n 為線束的檢測點數(shù)。
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(lián)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(jié)構(gòu)，圖2 為測試儀的硬件結(jié)構(gòu)框圖。控制測量板包括CPU 及外圍模塊， 完成和上位機、級聯(lián)機的通信，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換。
圖2 測試儀硬件結(jié)構(gòu)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(shù)字混合信號的單片機C8051F020[1]，這顆芯 片具有高速51 處理器內(nèi)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(shè)計中，利用單片機內(nèi)部12 Bit 的 A/D 轉(zhuǎn)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(shù)，防止繼電器出現(xiàn)壽命過載。外部擴展的16KB 的SRAM，用于暫 存測試數(shù)據(jù)。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(lián)機 箱的通信空間，測量接口板的繼電器、模擬復(fù)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(shè)備單片機需要實時向上位機上報大量測量數(shù)據(jù)，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(fù)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。
