引言

　　智能型电缆测试系统采用单片机和工控机相结合的方案实现了1536个测试点之问导通和绝缘关系的测试。详细说明了基于单片机的硬件电路设计原理和工程应用方案。经实际测试，电缆测试系统达到了设计要求，大幅度提高了洲试的效率和准确性，传统的手动测试方法费时费力，准确性差，本文提出了一种针对航空多芯电缆故障检测的新方案，并阐述了系统构成和测试原理。

　　有线通信的畅通和电力的输送有赖于电缆线路的正常运行。一旦线路发生障碍，就会造成通信及时查出故障并迅速予以排除，就会造成很大的经济损失和不良的社会影响。因而，电缆测试是维护各种电缆的重要工具。电缆智能测试仪采用了多种探测方式，应用当代的电子技术成果和器件，采用计算机技术及特殊性电子技术。

　　1 测试系统构成

　　电缆测试系统主要由工控机系统，单片机系统和继电器阵列三部分构成。其中工控机负责人机交互和数据处理，单片机系统控制硬件电路完成相应动作，继电器阵列负责响应译码电路的请求将外部电缆接入测试系统。单片机和工控机通过USB进行通信。如图1所示。

　　其中：硬件电路系统选用AT80C52单片机作为控制，主要包括导通测试电路，绝缘测试电路，译码电路，继电器阵列，A／D采样电路，高压产生电路和USB通信电路等；单片机软件则能够依据接收到的命令控制硬件设备完成各个电缆的性能测试。

　　工控机选用研华的IPC-610工业控制计算机作为终端，IPC-610是19机架安装工业电脑机箱，专为任务关键应用而设计。此机箱可容纳一个14槽PCI/ISA总线无源底板或者标准ATX主板，并支持各种电源。可上锁的面板门可防止在未经许可的情况下对机箱进行访问。一个热插拔过滤冷却风扇能够使整个机箱内的空气保持正压。通过其螺丝夹和防振安装的驱动器托架，IPC-610 能够在冲击、振动和灰尘较多的恶劣环境下工作。电缆测试系统的软件主要由人机界面和数据处理部分构成，人机界面将操作者输入的信息转化成相应的命令，控制单片机进行不同的操作；数据处理部分对测试数据进行比对和修正后，建立测试数据及其端口信息的数据库。

　　继电器阵列由3168个继电器实现了1536个测试点之间的导通／绝缘测试和继电器组之间的隔离。1 536个测试点分布在12块单板上面，每块单板上面有128个测试点，单板内又分为16行，每行8列，即12×16×8=1 536。每一个测试点由两个继电器控制，分别是输入继电器（Kat）和输出继电器（Kab）。其原理如图2所示。

　　2 测试系统的原理

　　电缆测试系统硬件部分以单片机为控制，主要分为导通测试电路，绝缘测试电路和继电器译码电路三大部分，各部分工作原理如下所述。

　　2.1 导通测试部分

　　由于导通电阻很小，一般为欧姆级，容易受到外界干扰的影响，惠斯登电桥的两臂同时对电源的微小变化做出反应，将输出信号送入差分放大器，从而消除了共模干扰，可以提高测试的准确性。其原理如图3所示。

　　在图3中：R1，R2和R3组成基准电路；R4，R5和Rx串联起来组成主测试回路。当待测电阻Rx为零时，调整R1使电桥处于平衡状态，即U1=U2，电路输出约为零，同时产生基准比较电压U1。在电路正常工作情况下，Rx串联进入电路后，电桥的平衡被打破，U2变小，U1和U2经过运放OP497的隔离后送入差分放大器INA145进行放大，放大后的电压信号送入12位的MAX197进行采样。

　　2.2 绝缘测试部分

　　对于绝缘测试电路而言，由于输入测试电压为500～1 000 V，对干扰不太敏感，所以绝缘测试电路采用相对简单的电阻分压法来实现，原理如图4所示。

　　在图4中：Rx为被测两根导线间的绝缘电阻；Kat，Kab分别是Rx的输入控制继电器和输出控制继电器，由译码电路选通，二极管D1保护电源；R1，R2和R3组成分压测试电路，R4为限流电阻，C1为了滤除杂波的干扰，测试回路的分压值经运放后输入放大电路；MAX6176为高低噪声基准电源，经过分压电路和跟随器后为放大电路INA145提供基准比较电压，INA145把放大后的信号送给MAX197进行采样。

　　2.3 继电器译码电路

　　继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

　　继电器译码电路的作用是在单片机的控制下将1 536个测试点中的某两个测试点接入相应的测试电路。比如译码电路选中测试点1的输入继电器Kat和测试点2的输出继电器Kab，外部的被测电缆通过这两个测试点接入相应的测试电路，从而实现了导通或者绝缘测试。其原理如图5，图6所示。

　　单片机P0口作为数据总线将地址信号送给锁存器74HC573，同时P2.4，P2.5，P2.6，P2.7驱动HC138译码器形成锁存有效信号，使地址信号锁存在74HC573，由于地址信号为11位，所以需要单机发送两次地址信息。

　　当11位地址准备完毕后，由单片机发送地址有效信号，将地址信号送给译码电路。原理如图7所示。

　　输入继电器译码电路和输出继电器译码电路具有相同的电路结构，以输入继电器译码电路为例，可以分为三级译码电路，每译码电路由总线隔离芯片74HC245，3～8线译码器74HC138和其他逻辑控制电路组成。级译码电路由11位地址信号中的AT10，AT09，AT08，AT07组成，负责选择12块单板中的某一块；第二级译码电路由AT06，AT05，AT04，AT03组成，负责选择某块单板中的某一行；第三级译码电路由AT02，AT01，AT00组成，负责选择某块单板中的某一列，这样行列交叉就选中某一个测试点的输入继电器驱动电路，从而将该测试点接入了测试电路。

　　3 工程应用方案研究

　　3.1 电缆测试系统工作流程

　　电缆测试系统由单片机和工控机共同作用来实现，工控机的人机交互界面将操作者输入的信息通过USB发送给单片机，单片机根据这些命令启动相应的外设，实现相应的测试功能。单片机的工作流程如图8所示。

　　下面以导通电阻测试为例来说明电缆测试系统的工作流程：当被测产品通过转接电缆接入电缆测试系统后，操作者通过参数设定来选择被测产品的型号。当单片机接收到全部导通测试的命令，首先闭合测试点1的输入继电器，其次依次闭合第2个测试点的输出继电器，第3个测试点的输出继电器到第m个测试点的输出继电器；当闭合测试点n的输入继电器后，依次闭合测试点m的输出继电器。每闭合输出继电器，采样输出电压值，并上传给工控机。导通测试部分的工作流程如图9所示。

　　绝缘测试部分的工作流程和导通测试类似，但是需要特别注意的是在执行绝缘测试命令时，系统首先会对测试区间内的点进行导通测试，并记录导通的通道号，这样在工控机向单片机发送地址指令时会自动跳过这些通道，从而保证操作人员和被测产品的安全，防止高压短路可能引起的灾难性后果。

　　绝缘测试电压由采用SG3524芯片的开关电源来实现，将15V直流电压作为输入电压，由SG3524产生的PWM脉冲经过MOSFET推动之后，驱动升压变压器，经过倍压、整流、滤波后得到稳定的高压输出，SG3524是开关电源脉宽调制型控制器。应用于开关稳压器，变压器耦合的直流变换器，电压倍增器，极性转换器等。采用固定频率，脉冲宽度调制（脉宽调制）技术。输出允许单端或推挽输出。芯片电路包括电压调节器，误差放大器，可编程振荡器，脉冲指导触发器，两个末级输出晶体管，高增益的比较器，以及限流和关断电保护电路。

　　3.2 电缆测试系统自检流程

　　自检流程分为两部分，部分对USB通道进行自检，USB自检流程如图10所示。系统上电后，工控机发送校验指令，单片机判断校验码是否正确，在校验码正确的情况下，按照协议返回复码，工控机判断回复码正确的情况下，USB通信建立正常。第二部分是对继电器阵列进行自检，以测试点1和测试点2为例，首先，闭合测试点1的输入继电器，采样测试电压，如果系统判断为断开，则可以说明测试点1的输出继电器没有常闭，反之则说明为常闭故障。把测试点1的输入继电器更换为输出继电器，其次，分别打开测试点1的输入和输出继电器，如果系统判断为导通，在步的基础上就可以说明两个继电器均正常；如果系统判断为断开，则两个继电器中至少有一个为常开故障。，在外部端口上接入自检插头，分别选择测试点1的输入继电器和测试点2的输出继电器，如果系统判断为导通，则可以说明内部继电器和单板到端口的引线正常，反之则说明继电器到测试端的引线出现问题。

　　4 结语

　　电缆测试系统实现了嵌入式子测试系统与主控计算机的有机结合，具有良好的扩展性和通用性。经实际测试，可以实现多种产品内部电缆连接关系的测试，大幅提高了测试效率和准确性。