CN101937042A - 一种对多芯电缆连通性能检测的系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对多芯电缆连通性能检测的系统及其方法。主测试端通过被测电缆与从测试端进行检测；主、从测试端均包括：电压比较器、测试电阻和单片机；主端单片机通过一个测试电阻连接到电缆的一路芯线的一端，该路芯线的另一端通过一个测试电阻连接到从端单片机，主、从端测试电阻连接电缆芯路端各接入一个电压比较器，电压比较器输出端连接至单片机；测试时主端单片机依次对被测电缆芯线中的一路输出高电平，同时对其他芯路输出低电平，电流通过测试电阻，各芯路电压比较器将测到电压值与参考电压比较得出逻辑结果，把逻辑结果分别输入给主、从端单片机，综合分析以判断各芯路处于正常状态、断路状态、错接状态、与地短路状态或线间短路状态。
Description
技术领域
本发明涉及通信传输系统领域中的传输介质，特别涉及一种对多芯电缆连通性能检测的系统及其方法。
背景技术
随着近二十多年来通讯行业的迅速发展，通信电缆在信息传输系统中得到了广泛的使用，电缆在国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。在日常生活中，天上地下，电缆的应用无处不在。电缆铺设的长度也越来越长，早在二十世纪中叶，人类的第一根海底电缆就铺设成功。现在的各种工程建设施工中，更是处处离不开电缆的铺设工作。与此同时，如何在工程施工中正确的识别它们也成为一个新的问题。
在实验工作和工程施工中，我们现在使用的一般都是多芯电缆。在实际应用中多芯电缆经常会出现缆芯断路、短路及错接等连通性故障，然而针对这类连通性故障却因电缆本身线路较长、芯路较多且铺设环境复杂等原因，在对其检测识别中存在着种种的不便。
工程应用中一般是借助每根芯线的位置和不同色码来进行识别，但是这种方法在芯线数目比较大时就容易出现错误。还有一种方法也是比较常用的，即把电缆芯线的电缆两端分别接上电话，通过两端工作人员的通话来进行测试，这种方法的缺点是效率很低，需要至少两个人同时操作。一方在操作时，必须一根一根的尝试芯线，直到找到是双方可以通话的那一根，此时另一方再换一根芯线，由第一方重新尝试通话，所以这种方法最好是在双方可以听得见对方讲话的情况下进行，由于换接线繁琐、易接错、人工劳动量大且应用条件过于苛刻，不能推广使用。
发明内容
本发明的目的在于，能迅速无误地检测、识别每根芯线的连通性能情况，并且能够检测出多芯电缆各芯路中可能出现的断路、芯间短路、与地短路及错接等连通性故障，保证测试结果的准确性。
为实现上述发明目的，本发明提出了一种对多芯电缆连通性能检测的系统及其方法。
所述的对多芯电缆连通性能检测的系统，其特征在于，该系统包括：分别连接多芯电缆连端的电连接器的主测试端和从测试端，所述的主测试端通过被测电缆与从测试端进行通讯，传递测试命令和测试数据；所述的主测试端和从测试端均包括：电压比较电路和单片机；所述的主测试端的主端单片机通过一个电压比较电路连接到电缆的一路芯线的一端，该路芯线的另一端通过一个电压比较电路连接到从测试端的从端单片机，所述的主端单片机依次对被测电缆的多路芯线中的一路输出高电平，同时对其他芯路输出低电平，电流通过所述的电压比较电路，并经由地线形成回路；
所述的电压比较电路，包括：测试电阻和电压比较器；所述的电压比较器包括：两个输入端和一个输出端，其中，一个输入端与对应芯线连端相连接，另一个输入端的输入电压是参考电压，其值保持不变，其输出端与单片机相连；
所述的测试电阻的一端和单片机相连，另一端和对应芯线连端相连；
所述的电压比较器，用于对对应测试电阻进行电压监测，将测到电压值与参考电压比较得出逻辑结果，并把逻辑结果分别输入给主、从端单片机，综合分析以判断各芯路处于正常状态、断路状态、错接状态、与地短路状态或线间短路状态；
所述的主端单片机对一路回路的测试电阻输入高电平，对其他回路的测试电阻输入低电平，对于输入高电平的回路：
1)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为0，则该路与地短路；
2)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为1，且其他回路的主端单片机和从端单片机扫描到的逻辑值均为0，则该路正常；
3)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为0，且其他回路的从端单片机扫描到的逻辑值均为0，则该路断路；
4)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为0，且其他回路的从端单片机扫描到的逻辑值只有一路为1，则判断为错接；
5)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，从端单片机扫描到的逻辑值有两路或两路以上为1，则判断为线间短路。
其中，参考电压值的选取与两个测试电阻值和主端单片机对被测芯路输入的高电平值有关系。首先，主端单片机输入的高电压大于参考电压值，其次，如果被测芯路在正常状态下，主端单片机对被测芯路输入高电压经过回路后，电流经过测试电阻R1，在R1与芯线连段相连处检测的电压值也要大于参考电压值；如果发生与线间短路，不止一个R1与芯线连段相连处检测的电压值大于参考电压值；如果发生与地短路，R1与芯线连段相连处检测的电压值为0，小于参考电压值。
所述的对多芯电缆连通性能的检测方法，该检测方法通过主测试端和从测试端分别连接多芯电缆连端的电连接器，并通过被测电缆进行主测试端与从测试端之间的通讯，传递测试命令和测试数据；
所述的主/从测试端包括：主/从端单片机、测试电阻、电压比较器；
所述的主测试端的主端单片机通过一个电压比较电路连接到电缆的一路芯线的一端，该路芯线的另一端通过一个电压比较电路连接到从测试端的从端单片机，所述的主端单片机依次对被测电缆的多路芯线中的一路输出高电平，同时对其他芯路输出低电平，电流通过所述的电压比较电路，并经由地线形成回路；
所述的电压比较电路，包括：测试电阻和电压比较器；所述的电压比较器包括：两个输入端和一个输出端，其中，一个输入端与对应芯线连端相连接，另一个输入端的输入电压是参考电压，其值保持不变，其输出端与单片机相连；
所述的测试电阻的一端和单片机相连，另一端和对应芯线连端相连；
所述的电压比较器，用于对对应测试电阻进行电压监测，将测到电压值与参考电压比较得出逻辑结果，并把逻辑结果分别输入给主、从端单片机，以判断各芯路处于正常状态、断路状态、错接状态、与地短路状态或线间短路状态；
所述的检测方法的具体步骤包括：
步骤1)主从端单片机分别开始进行初始化，从端单片机随即进入扫描状态，等待主端单片机发送的同步信号；
步骤2)主端单片机向从端单片机发送同步信号以建立通信；
步骤3)通信建立后，在主端单片机的控制下依次对被测电缆中的一路芯路输出高电平，同时对其他芯路输出低电平，主、从端单片机分别扫描记录下各芯路的电压比较器的输出电平变化；
步骤4)扫描完成后由主、从端单片机按如下规则进行判断：
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为0，则该路与地短路；
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为1，且其他回路的主端单片机和从端单片机扫描到的逻辑值均为0，则该路正常；
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为0，且其他回路的从端单片机扫描到的逻辑值均为0，则该路断路；
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为0，且其他回路的从端单片机扫描到的逻辑值只有一路为1，则判断为错接；
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，从端单片机扫描到的逻辑值有两路或两路以上为1，则判断为线间短路；
步骤5)数据处理后输出芯路状态。
所述的同步通信模块的同步通信方法包括：无线通信方法和有线电缆通信方法。
所述的无线通信方法，由无线通信模块完成，该模块可在较长距离内实现良好的无线通信；建立通信时首先由主端单片机控制向从端单片机发送同步信号，从端单片机接收到同步信号后立刻向主端单片机返回一个接收信号，主端单片机在接收到此信号后完成通信建立。
所述的有线电缆通信方法，此方法假设待测电缆各芯路中至少有一路是连通状态，即电缆各芯路缆芯不全为断路；系统初始化完成后从端单片机进入扫描状态，扫描从端电缆各芯路电压比较器的输出，以检测主端单片机发送过来的信号；建立通信时主端单片机控制下对电缆各芯路缆芯同时发送持续4秒的高电平，以此作为同步信号；由于假设待测电缆各芯路缆芯中至少有一路是连通状态，则主端单片机发送的电缆各芯路高电平至少有一路可以到达从端单片机，从端单片机在检测到此4秒同步信号后完成通信同步。
本发明的优点在于，该系统及其方法能迅速无误地检测、识别每根芯线，并且能够检测出多芯电缆各芯路中可能出现的断路、芯间短路、与地短路及错接等连通性故障，既能保证测试结果的准确性，又能将测试结果通过相关输出显示设备显示出来，避免了人工测量的误差，大大提高工作效率。另外，本发明提出的系统及其方法比较简单，投资小，使用方便，具有很大的实用性，可以解决电缆施工中的一些具体的问题。同时，由于本发明以单片机为核心，其具有数据处理方面高速高效、功能强的特点，并且设计在性能扩展方面的余地还很大，具有很强的可扩展性。
附图说明
图1一种对多芯电缆连通性能检测方法的测试原理图；
图2一种对多芯电缆连通性能检测方法的测试过程框图；
图3一种对多芯电缆连通性能检测的主测试端的系统框图；
图4一种对多芯电缆连通性能检测的从测试端的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提出的一种对多芯电缆连通性能检测的系统及其方法进行进一步说明。
本发明提出的一种对多芯电缆连通性能检测方法的测试过程框图，如图2所示，具体的测试步骤如下：
步骤1)、主从端单片机分别开始进行初始化，从端单片机随即进入扫描状态，等待主端单片机发送的同步信号；
步骤2)、主端单片机向从端单片机发送同步信号以建立通信；
步骤3)、通信建立后，在主端单片机的控制下依次对24路芯路输出高电平，进行扫描，同时主、从端单片机分别记录下扫描时各端的电压比较器的输出电平变化；
步骤4)、扫描完成后由主、从端单片机进行数据处理；
步骤5)、数据处理后输出芯路状态。
本发明提出的一种对多芯电缆连通性能检测的主测试端的系统框图，如图3所示，以主端单片机为核心，通过外接电源模块、同步通信模块、电压比较模块、按键控制模块和显示模块，最终由单片机完成数据处理，并输出数据，实现功能。
本发明提出的一种对多芯电缆连通性能检测的从测试端的系统框图，如图4所示，系统的组成与主测试端系统的组成一样。因为主测试端单片机依次对被测电缆的多路芯线中的一路输出高电平，同时对其他芯路输出低电平，而从测试端单片机不具有此功能。因此，在系统框图上表现为主测试端单片机有一个输出箭头指向电压比较电路，而从测试端系统框图中没有此输出箭头。
测试过程需要用到一些功能按键。所述的主测试端的按键包括：电源复位键(RESET)，功能是按下电源复位键后系统重新初始化；无线同步键(S1)，功能是通过无线方式发送同步信号；电缆同步信号输出键(S2)，功能是通过电缆发送同步信号；预留按键(S3)和预留按键(S4)，两个预留按键不具备任何功能，为后续系统的扩展留有余地。
所述的从测试端的按键包括：电源复位键(RESET)电源复位，功能是按下电源复位键后电路重新初始化；同步方式切换键(S1)，功能是无线不可用时，开启有线电缆通信方式，检测主测试端通过电缆发送过来的同步信号；切换显示键(S2)，功能是切换显示模块的显示内容，可切换显示故障芯路具体情况；预留按键(S3)和预留按键(S4)，两个预留按键不具备任何功能，为后续系统的扩展留有余地。
电压比较器采用LM339四电压比较器，其中，主、从测试端的电压比较器的参考电压在本实施例中取值为0.5V，主端单片机对被测芯路输入的高电平值为3.6V，主、从测试端的测试电阻R1＝300Ω，R2＝10KΩ；那么，数据处理时，参照电压比较器逻辑输出分析表如图表1所示。
表1电压比较器逻辑输出分析表
| 主端输出(比较电压0.5V) | 从端输出(比较电压0.5V) |
| 断路 | 3.6V(1) | 0V(0) |
| 正常 | 3.5V(1) | 3.5V(1) |
| 线间短路 | ＞0.5V(1) | ＞0.5V(1) |
| 与地短路 | 0V(0) | 0V(0) |
主、从端单片机采用MSP430系列的MSP430F1491芯片。
主端单片机向电压比较电路输入电平时采用的74LS373锁存器，电压比较电路分别向对应的主、从端单片机输入逻辑结果时也要经过一个74LS373锁存器。
主测试端的显示部分设置4个数码管、24个发光二极管；其中，1、2号数码管用来显示24路电缆芯线中与地短路的总路数，3、4号数码管用来显示同步，24个发光二极管用来显示对应路是否与地短路，灯亮则表示该路与地短路。
从测试端的显示模块设置8个数码管、24个发光二极管。其中，1、2号数码管用来显示断路和与地短路的线路总数，3、4号数码管用来显示电缆各路中存在错接和线间短路故障的线路总数，7、8号数码管用来显示当前24路发光二极管显示故障状态所对应的主端芯路，5、6号数码管用来显示当前24路发光二极管显示故障状态所对应的从端芯路。
主、从测试端同步通信时采用以CC1100芯片为主体的SRWF-1100A型模块，此模块是无线通信模块，通过从测试端的按键S1切换无线通信方法和有线电缆通信方法。
主、从测试端的电源模块都采用5V稳压直流电源。
一、测试步骤
为验证本系统功能，每次对电缆芯路进行随机处理，使其包含断路、与地短路、线间短接等连通性故障：
(1)主端单片机第8、9路芯路做断路处理；
主端单片机第11、12路芯路与地短接；
主端单片机第1路芯路错接至从端第2路芯路；
主端单片机第2路芯路错接至从端第1路芯路；
第3、4、5路芯路短接；
主端单片机第6、7路芯线与从端第10路芯线短接；
主端单片机第10路芯线与从端第6、13路芯线短接；
主端单片机第13路芯线与从端第7路芯线短接；
(2)主端单片机第5、6、8路共3路芯路做断路处理；
主端单片机第17、21路共2路芯路与地短接；
主端单片机第3路芯路错接至从端第7路芯路；
主端单片机第7路芯路错接至从端第3路芯路；
主端单片机第4、18路芯线与从端第9路芯线短接；
主端单片机第9路芯路错接至从端第4、18路芯路短接；
电缆第19、20路芯路短接；
(3)主端单片机第1、5、6、12、14、15、16、17、18、19、21、23、24路共13路芯路做断路处理；
主端单片机第3、8路共2路芯路与地短接；
主端单片机第7路芯路错接至从端第17路芯路；
电缆第9、11、13路芯路短接；
主端单片机第10路芯线与从端第7、10、14路芯线短接；
电缆第21、23路芯路短接；
二、测试结果
参考表1电压比较器逻辑输出分析表，分析测试结果。
(1)主端单片机显示结果：主端第11、12路共2路芯路与地短接；
从端单片机显示结果：主端单片机第8、9、11、12路共4路芯路存在断路或与地短路故障；另有9路线间错接故障(表示为：主端单片机芯路-从端单片机芯路)：1-2，2-1，3-(3、4、5)，4-(3、4、5)，5-(3、4、5)，6-10，7-10，10-(6、13)，13-7；
结合主、从端单片机分析可得出主端单片机第8、9路芯路断路；主端单片机第11、12路芯路与地短接；主端单片机第1路芯路错接至从端第2路芯路；主端单片机第2路芯路错接至从端单片机第1路芯路；第3、4、5路芯路短接；主端单片机第6、7路芯线与从端单片机第10路芯线短接；主端单片机第10路芯线与从端单片机第6、13路芯线短接；主端单片机第13路芯线与从端第7路芯线短接。
(2)主端单片机测试结果：主端单片机第17、21路芯路与地短接；
从端单片机显示结果：主端单片机第5、6、8、17、21路共5路芯路存在断路或与地短路故障；另有7路线间错接故障(表示为：主端单片机芯路-从端单片机芯路)：3-7，4-9，7-3，9-(4、18)，18-9，19-(19、20)，20-(19、20)；
结合主、从端单片机分析可得出主端单片机第5、6、8路共3路芯路断路；主端单片机第17、21路共2路芯路与地短接；主端单片机第3路芯路错接至从端单片机第7路芯路；主端单片机第7路芯路错接至从端单片机第3路芯路；主端单片机第4、18路芯线与从端单片机第9路芯线短接；主端单片机第9路芯路错接至从端单片机第4、18路芯路短接；电缆第19、20路芯路短接。
(3)主端单片机测试结果：主端单片机第3、8路芯路与地短接；
从端单片机显示结果：主端第1、3、5、6、8、12、14、15、16、17、18、19、21、23、24路共15路芯路存在断路或与地短路故障；另有7路线间错接故障(表示为：主端单片机芯路-从端单片机芯路)：7-17，9-(9、11、13)，11-(9、11、13)，13-(9、11、13)，10-(7、10、14)，21-(21、23)，23-(21、23)；
结合主、从端单片机分析可得出主端单片机第1、5、6、12、14、15、16、17、18、19、21、23、24路共13路芯路断路；主端单片机第3、8路共2路芯路与地短接；主端单片机第7路芯路错接至从端单片机第17路芯路；电缆第9、11、13路芯路短接；主端单片机第10路芯线与从端单片机第7、10、14路芯线短接；电缆第21、23路芯路短接。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种对多芯电缆连通性能检测的系统，其特征在于，该系统包括：分别连接多芯电缆连端的电连接器的主测试端和从测试端，所述的主测试端通过被测电缆与从测试端进行通讯，传递测试命令和测试数据；所述的主测试端和从测试端均包括：电压比较电路和单片机；所述的主测试端的主端单片机通过一个电压比较电路连接到电缆的一路芯线的一端，该路芯线的另一端通过一个电压比较电路连接到从测试端的从端单片机，所述的主端单片机依次对被测电缆的多路芯线中的一路输出高电平，同时对其他芯路输出低电平，电流通过所述的电压比较电路，并经由地线形成回路；
所述的电压比较电路，包括：测试电阻和电压比较器；所述的电压比较器包括：两个输入端和一个输出端，其中，一个输入端与对应芯线连端相连接，另一个输入端的输入电压是参考电压，其值保持不变，其输出端与单片机相连；
所述的测试电阻的一端和单片机相连，另一端和对应芯线连端相连；
所述的电压比较器，用于对对应测试电阻进行电压监测，将测到电压值与参考电压比较得出逻辑结果，并把逻辑结果分别输入给主、从端单片机，综合分析以判断各芯路处于正常状态、断路状态、错接状态、与地短路状态或线间短路状态；
所述的主端单片机对回路的测试电阻输入高电平，对其他回路的测试电阻输入低电平，对于输入高电平的回路：
1)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为0，则该路与地短路；
2)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为1，且其他回路的主端单片机和从端单片机扫描到的逻辑值均为0，则该路正常；
3)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为0，且其他回路的从端单片机扫描到的逻辑值均为0，则该路断路；
4)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为0，且其他回路的从端单片机扫描到的逻辑值只有一路为1，则判断为错接；
5)所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，从端单片机扫描到的逻辑值有两路或两路以上为1，则判断为线间短路。
2.一种对多芯电缆连通性能的检测方法，该检测方法通过主测试端和从测试端分别连接多芯电缆连端的电连接器，并通过被测电缆进行主测试端与从测试端之间的通讯，传递测试命令和测试数据；
所述的主/从测试端包括：主/从端单片机、测试电阻、电压比较器；
所述的主测试端的主端单片机通过一个电压比较电路连接到电缆的一路芯线的一端，该路芯线的另一端通过一个电压比较电路连接到从测试端的从端单片机，所述的主端单片机依次对被测电缆的多路芯线中的一路输出高电平，同时对其他芯路输出低电平，电流通过所述的电压比较电路，并经由地线形成回路；
所述的电压比较电路，包括：测试电阻和电压比较器；所述的电压比较器包括：两个输入端和一个输出端，其中，一个输入端与对应芯线连端相连接，另一个输入端的输入电压是参考电压，其值保持不变，其输出端与单片机相连；
所述的测试电阻的一端和单片机相连，另一端和对应芯线连端相连；
所述的电压比较器，用于对对应测试电阻进行电压监测，将测到电压值与参考电压比较得出逻辑结果，并把逻辑结果分别输入给主、从端单片机，综合分析以判断各芯路处于正常状态、断路状态、错接状态、与地短路状态或线间短路状态；
所述的检测方法的具体步骤包括：
步骤1)主从端单片机分别开始进行初始化，从端单片机随即进入扫描状态，等待主端单片机发送的同步信号；
步骤2)主端单片机向从端单片机发送同步信号以建立通信；
步骤3)通信建立后，在主端单片机的控制下依次对被测电缆中的一路芯路输出高电平，同时对其他芯路输出低电平，主、从端单片机分别扫描记录下各芯路的电压比较器的输出电平变化；
步骤4)扫描完成后由主、从端单片机按如下规则进行判断：
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为0，则该路与地短路；
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为1，且其他回路的主端单片机和从端单片机扫描到的逻辑值均为0，则该路正常；
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为0，且其他回路的从端单片机扫描到的逻辑值均为0，则该路断路；
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，该路从端单片机扫描到的逻辑值也为0，且其他回路的从端单片机扫描到的逻辑值只有一路为1，则判断为错接；
如果所述的主端单片机扫描到该路的逻辑值为1，从端单片机扫描到的逻辑值有两路或两路以上为1，则判断为线间短路；
步骤5)数据处理后输出芯路状态。
3.根据权利要求2所述的对多芯电缆连通性能的检测方法，其特征在于，所述的同步通信模块的同步通信方法包括：无线通信方法和有线电缆通信方法。
4.根据权利要求3所述的对多芯电缆连通性能的检测方法，其特征在于，所述的无线通信方法，由无线通信模块完成，该模块可在较长距离内实现良好的无线通信；建立通信时首先由主端单片机控制向从端单片机发送同步信号，从端单片机接收到同步信号后立刻向主端单片机返回一个接收信号，主端单片机在接收到此信号后完成通信建立。
5.根据权利要求3所述的对多芯电缆连通性能的检测方法，其特征在于，所述的有线电缆通信方法，此方法假设待测电缆各芯路中至少有一路是连通状态，即电缆各芯路缆芯不全为断路；系统初始化完成后从端单片机进入扫描状态，扫描从端电缆各芯路电压比较器的输出，以检测主端单片机发送过来的信号；建立通信时主端在单片机控制下对电缆各芯路缆芯同时发送持续4秒的高电平，以此作为同步信号；由于假设待测电缆各芯路缆芯中至少有一路是连通状态，则主端单片机发送的电缆各芯路高电平至少有一路可以到达从端单片机，从端单片机在检测到此4秒同步信号后完成通信同步。
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