CN108847869A - 多功能便携式电力模拟通道测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能便携式电力模拟通道测试装置，主要包括计算机、单片机烧写功能单元、计算机测试功能单元、单片机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器；所述计算机的输出端与单片机烧写功能单元的输入端相连，计算机、计算机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器依次相互连接，单片机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器依次相互连接。还公开了一种多功能便携式电力模拟通道测试方法，将模拟信道某个区段从中间断开，然后把测试装置的输出端口接到上行线或下行线，通过将该装置收发的报文与主站下发的源报文比对，判断信道故障原因，实现上行和下行故障点的分段查找，本发明方便接入不同的传输设备，准确高效地定位故障点。

Description

多功能便携式电力模拟通道测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及电力模拟信道领域，特别是涉及一种多功能便携式电力模拟通道测试装置及其测试方法。

背景技术

远动信号使用的模拟信道主要基于时分多路复用(TMD)技术，电力模拟信道的工作原理可描述为：数据终端输出的远动信号经过调制解调器生成音频模拟信号，然后通过PCM板的4线E&M接口，复用到2M线再经过SDH的映射、定位，复用到STM-1的帧中，通过光纤传输到主站通信机房的SDH设备，分/差出相应的2M，在经过4线信道把音频信号传送到自动化机房的HMD1智能Modem板，解调后通过串口终端服务器进入前置服务器被识别，完成远动信号在模拟信道中的传输，如图1所示。

远动信号使用的模拟信道可大致分为以下几个可能的故障区段：

Ⅰ段－通信服务器和数据转换器之间；Ⅱ段－数据转换器和防雷器之间；Ⅲ段－防雷器和配线架之间；Ⅳ段－站端配线架和PCM板之间；Ⅴ段－主站通信配线架和PCM板之间；Ⅵ段－主站配线架和跳线架之间；Ⅶ段－主站跳线架和Modem板之间；Ⅷ段－Modem板和串口服务器之间。正常情况下，Ⅰ段、Ⅷ段交互的数据类型是RS232，Ⅱ段～Ⅶ段交互的数据类型是音频，如若在8个区段都能完成收发测试，必须要求测试装置能兼具接收和发出音频和RS232信号的功能。

当远动模拟信道故障时，由于可能出现的故障点较多，传统信道测试方法采用主站自环和站端自环两种方法，主站后台或通信服务器根据是否收到发送的数据和误码率判断信道好坏，存在以下缺点：

1)可以自环测试的点比较固定，都集中在配线架上，通常的方法是把4根音频线分两对短接，可诊断的故障范围有限，无法精确定位到具体设备。

2)测试方法是基于自发自收模式，在信道内形成物理闭环后，接收和发送在同一通道内进行，当数据单方有问题时不能有效的分辨异常设备。

现在使用的模拟信道故障检测手段复杂，检测时需要使用示波器、选频表等仪器检查波形，或者使用提供音频信道检测的数据分析仪，而一般的2M误码仪又没有提供4线模拟信道的检测。因而目前在用的检测手段虽种类繁多，但缺乏针对性，不能针对现场的实际运行条件准确高效的定位故障点，而且携带不方便，价格高，性价比低。

因此亟需提供一种新型的电力模拟通道测试装置来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种性价比高的多功能便携式电力模拟通道测试装置，能够方便接入不同的传输设备，针对现场的实际运行条件准确高效地定位故障点。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种多功能便携式电力模拟通道测试装置，主要包括计算机、单片机烧写功能单元、计算机测试功能单元、单片机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器；

所述计算机的输出端与单片机烧写功能单元的输入端相连，用于计算机向单片机中烧写程序；

所述计算机、计算机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器依次相互连接，用于测试电力模拟通道中两节点的上行通道或/和下行通道是否导通；

所述单片机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器依次相互连接，用于测试电力模拟通道中两节点的上行通道是否导通。

在本发明一个较佳实施例中，所述单片机烧写功能单元主要包括USB-A型母座J2、USB总线转接芯片U4、微控制器U1、电容器EC1、C1、C2、C3、C4、C5、C11、电阻R2、R6、R7、晶振X1、X2、二极管VD1、六脚按钮开关SW1，USB-A型母座J2的VCC与GND端之间并联容器EC1及C5，USB-A型母座J2的D+与D-端口分别通过电阻R6、R7与USB总线转接芯片U4连接，USB总线转接芯片U4的第2、3引脚分别通过二极管VD1、R2与微控制器U1的P3.0、P3.1引脚相连。

在本发明一个较佳实施例中，所述单片机测试功能单元主要包括微控制器U1、USB总线转接芯片U4、RS232电平转换芯片U2、电容器C1、C2、C3、C4、C6、C7、C8、C9、C10、C11、9脚排阻JP2、8PIN双排排针调试端子P11，微控制器U1的P1.0—P1.7引脚通过8PIN双排排针调试端子P11与9脚排阻JP2相连，9脚排阻JP2的接地引脚接地，RS-232电平转换芯片U2的第9、10引脚分别与微控制器U1的P3.0、P3.1引脚相连。

进一步的，所述微控制器U1采用CMOS 8位微控制器STC89C52RC，低功耗，高性能。

在本发明一个较佳实施例中，所述计算机测试功能单元主要包括USB-A型母座J2、USB总线转接芯片U4、RS232电平转换芯片U2、电容器EC1、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、电阻R6、R7、晶振X1、六脚按钮开关SW1，USB-A型母座J2的VCC与GND端之间并联电容器EC1及C5，USB-A型母座J2的D+与D-端口分别通过电阻R6、R7与USB总线转接芯片U4连接，USB总线转接芯片U4的第2、3引脚分别与RS232电平转换芯片U2的第10、9引脚相连。

进一步的，所述USB总线转接芯片U4的型号为CH340G。

进一步的，所述RS232电平转换芯片U2的型号为SP3232。

在本发明一个较佳实施例中，所述对外接口功能单元主要包括接入音频信号的RJ-11及凤凰端子、接入RS232信号的RJ-45及RS-232接口、调制解调器通信接口、用于装置调试的信号观测端子。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种多功能便携式电力模拟通道测试方法，方法如下：

S1：在模拟信道出现中断或高误码率故障时，将其中一个区段从中间断开，然后把测试装置的输出端口接到上行线或下行线，在主站后台主机或通信服务器的调试端观察接收到的原码报文和测试装置发出的报文是否一致；

S2：将测试装置的输入端口接下行线，测试装置将接收到报文经由USB串口送至计算机串口调试软件展示，然后与主站下发的源报文比对，通过一致性和误码率判断信道故障原因；

S3：在排除该区段原因后恢复正常状态，然后再换到下一区段进行测试，根据每个区段的测试结果综合分析故障的精确位置，实现上行和下行故障点的分段查找。

在本发明一个较佳实施例中，所述单片机测试功能单元或计算机测试功能单元接收或发送的报文包括300、600、1200、2400四种波特率的串口信号、RS232信号、音频信号。

本发明的有益效果是：

(1)本发明能够针对现场的实际运行条件准确高效地定位故障点，通过将装置的输出端口接到模拟通道上某个设备的上行线或下行线进行故障检测，诊断故障范围广，且诊断方式灵活，即使数据单方有问题也能有效地分辨异常设备；

(2)本发明具有强大而稳定的RS232信号处理能力，不仅能与计算机间实现串口通信，还具有独自发送RS232信号的能力，在没有计算机辅助的情况下也可通过单片机完成信道测试，实现真正的便携性；

(3)本发明所述对外接口功能单元提供了多种标准接口，能方便不同传输设备的接入，减少外部转接设备，提升信道检测的工作效率，同时巧妙地利用调制解调器对音频信号的处理能力，使该测试装置具有兼具接收和发出音频和RS232信号的功能。

附图说明

图1是电力模拟通道的结构框图；

图2是本发明多功能便携式电力模拟通道测试装置一较佳实施例的结构框图；

图3是所述单片机烧写功能单元的电路图；

图4是所述单片机测试功能单元的电路图；

图5是所述计算机测试功能单元的电路图；

图6是所述USB测试通道、单片机测试通道、单片机烧写调试相应短路块P8、P9、P10端子的示意图；

图7是所述对外接口单元的电路图；

图8是所述多功能便携式电力模拟通道测试装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图2，本发明实施例包括：

一种多功能便携式电力模拟通道测试装置，主要包括计算机、单片机烧写功能单元、计算机测试功能单元、单片机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器。所述计算机的输出端与单片机烧写功能单元的输入端相连，用于计算机向单片机中烧写程序。所述计算机、计算机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器依次相互连接，用于测试电力模拟通道中两节点的上行通道或/和下行通道是否导通。所述单片机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器依次相互连接，用于测试电力模拟通道中两节点的上行通道是否导通。

下面分别对各单元的电路结构及原理进行具体描述：

请参阅图3，所述单片机烧写功能单元主要包括USB-A型母座J2、USB总线转接芯片U4、微控制器U1、电容器EC1、C1、C2、C3、C4、C5、C11、电阻R2、R6、R7、晶振X1、X2、二极管VD1、六脚按钮开关SW1。优选的，所述微控制器U1采用低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器STC89C52RC，USB总线转接芯片U4采用CH340G。各电路元器件及其连接关系如图3所示，USB-A型母座J2的VCC与GND端之间并联电容器EC1及C5，USB-A型母座J2的D+与D-端口分别通过电阻R6、R7与USB总线转接芯片U4连接。六脚按钮开关SW1连接电源VCC。USB总线转接芯片U4的第2、3引脚分别通过二极管VD1、R2与微控制器U1的P3.0、P3.1引脚相连。晶振X1并联在USB总线转接芯片U4的第7、8引脚之间，电容C3、C4为晶振X1的匹配电容，分别并联在X1的两端，用于产生USB总线转接芯片U4执行指令所必须的时钟频率信号。同理，晶振X2并联在微控制器U1的X1、X2引脚之间，电容C1、C2为晶振X2的匹配电容，分别并联在X2的两端，用于产生微控制器U1执行指令所必须的时钟频率信号。USB-A型母座J2实现计算机和装置通信，USB总线转接芯片CH340G U4实现USB转串口。利用所述单片机烧写功能单元，计算机可通过USB串口将具有一定功能代码烧写到单片机中。

请查阅图4，所述单片机测试功能单元主要包括微控制器U1、USB总线转接芯片U4、RS232电平转换芯片U2、电容器C1、C2、C3、C4、C6、C7、C8、C9、C10、C11、5.1K9脚排阻JP2，8PIN双排排针调试端子P11。优选的，所述微控制器U1采用低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器STC89C52RC，USB总线转接芯片U4采用CH340G，RS232电平转换芯片U2采用SP3232。微控制器U1的P1.0—P1.7引脚通过8PIN双排排针调试端子P11与5.1K9脚排阻JP2相连，5.1K9脚排阻JP2的第一引脚接地，使5.1K9脚排阻JP2作为短路块P11的外部下拉电阻。RS-232电平转换芯片U2的第9、10引脚分别与微控制器U1的P3.0、P3.1引脚相连，完成RS232信号与单片机间的通讯。极性电容C6、C7及电容C8—C10均为旁路电容，可采用瓷片电容，起高频信号的旁路滤波作用。在微控制器U1的X1、X2引脚之间设置有晶振电路。

在单片机的I/O口P1设置了外部下拉电阻JP2，通过短路块P11选择某一引脚的电平，烧录至单片机内的代码通过判断p1端口电平的高低选择输出报文的频率和报文类型。根据实际工作需要，在本实施例中，单片机被写入的是电力模拟通道中最常用四种波特率(300、600、1200、2400Hz)和两种报文类型(音频信号和RS232信号)，同时多余的端子可以用于实现单片机功能后续深度开发。单片机直接和sp3232芯片通信交换RS232类型报文，单片机可以每隔0.5s循环向外部接口发送100次相同字段的报文对模拟通道的某一段进行测试，根据通道另一端接收到的报文数量和正确率来综合判断该段通道上行通道的好坏。

请参阅图5，所述计算机测试功能单元主要包括USB-A型母座J2、USB总线转接芯片U4、RS232电平转换芯片U2、电容器EC1、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、电阻R6、R7、晶振X1、六脚按钮开关SW1。优选的，所述USB总线转接芯片U4采用CH340G，RS232电平转换芯片U2采用SP3232。USB-A型母座J2的VCC与GND端之间并联容器EC1及C5，USB-A型母座J2的D+与D-端口分别通过电阻R6、R7与USB总线转接芯片U4连接。六脚按钮开关SW1连接电源VCC。USB总线转接芯片U4的第2、3引脚分别与RS232电平转换芯片U2的第10、9引脚相连，完成RS232信号与计算机串口间的通讯。

计算机上的串口调试工具通过USB接口、CH340G、SP3232芯片完成RS232类型报文通信，串口调试工具设置与待测试通道相同的波特率、串口通信协议和要发送的字符串，设置可以每隔0.5s循环向外部接口发送报文对模拟通道的某一段进行测试，根据通道另一端介绍到的报文数量和正确率来综合判断该段通道上行通道的好坏；同时通道对端也可以向被测通道中循环发送报文，在串口调试工具的接收窗口可以看到发送过来的报文，根据接收报文的数量和正确率来综合判断该段通道的下行通道的好坏。

在实际使用过程中，不同的功能单元会使用相同的电路模块，比如USB总线转接芯片U4、RS232电平转换芯片U2，为了能更高效地分配芯片资源，可采用短路块选择模式，使用短路块短接图6中的P8、P9、P10端子实现三种工作模式——单片机测试通道、单片机烧写调试、USB测试通道之间的切换，且装置使用时可在线完成模式的切换。当选择单片机烧写模式时，CH340G(U4)工作在单片机和计算机之间；当选择单片机测试通道模式时，SP3232(U2)作为单片机与外部信号的电平转换芯片；当选择USB测试通道时，CH340G(U4)和SP3232(U2)作为计算机和外部信号的电平转换芯片。本发明具有强大而稳定的RS232信号处理能力，不仅能与计算机间实现串口通信，还具有独自发送RS232信号的能力，在没有计算机辅助的情况下也可通过单片机完成信道测试，另外，所述测试装置在接USB电源情况下也可独立完成测试工作，实现真正的便携性。

为了使用更多的测试环境，该测试装置设计了多种信号接入方式，主要包括接入音频信号的RJ-11及凤凰端子、接入RS232信号的RJ-45及RS-232接口、调制解调器通信接口、用于装置调试的信号观测端子。具体的，请参阅图7，所述对外接口功能单元包括4端子凤凰端子P5、RJ-45(8P8C)网络插座P3、P4、RJ-11(6P6C)插座P6、DB99针RS-232串口插头J3、32针348弯孔母头、8PIN单排排针调试端子JP5。P3、P4、P6、J3和凤凰端子均为模拟通道常用定制端口，JP5为装置调试时用的观测端子，P7为与调制解调器通信接口。结合图8，SP3232芯片通信的RS232数据可通过P3、P4、J3端口直接与RS232通信设备交换数据，实现模拟通道中RS232信号段测试；同时，RS232数据还可以通过P7与调制解调器交互数据，实现音频信号和RS232信号的转换，调制解调器的四线音频信号通过P7返回到该装置，并通过凤凰端子或P6和模拟通道通信，实现模拟通道中音频段的测试。所述对外接口功能单元提供了多种标准接口，能方便不同传输设备的接入，减少外部转接设备，提升信道检测的工作效率，同时巧妙地利用调制解调器对音频信号的处理能力，使该测试装置具有兼具接收和发出音频和RS232信号的功能。

利用所述多功能便携式电力模拟通道测试装置进行模拟通道的测试方法如下：

S1：在模拟信道出现中断或高误码率故障时，将其中一个区段从中间断开，然后把测试装置的输出端口接到上行线或下行线，在主站后台主机或通信服务器的调试端观察接收到的原码报文和测试装置发出的报文是否一致；

当把测试装置接入靠近主站端的断开点时，选择与主站后台配合完成上行、下行通道的测试，当把本装置接入靠近场站端的断开点时，选择与场站的通信服务器完成上行、下行通道的测试，实现灵活测试。

S2：将测试装置的输入端口接下行线，装置会将接收到报文经由USB串口送至调试软件展示，然后与主站下发的源报文比对，通过一致性和误码率判断信道故障原因；

S3：在排除该区段原因后恢复正常状态，然后再换到下一区段进行测试，根据每个区段的测试结果综合分析故障的精确位置，实现上行和下行故障点的分段查找功能。

具体的，当采用单片机测试功能单元进行通道测试时，将该装置接入模拟信道中相邻两个设备之间，单片机每隔0.5s循环向外部接口发送100次相同字段的报文对模拟通道的某一段进行测试，根据通道另一端(主站前置交换机或通信服务器端)接收到的报文数量和正确率来综合判断该段通道上行或下行通道是否导通。

当采用计算机测试功能单元进行通道测试时，将该装置接入模拟信道中相邻两个设备之间，计算机上的串口调试工具设置与待测试通道相同的波特率、串口通信协议和要发送的字符串，以每隔0.5s循环向外部接口发送报文对模拟通道的某一段进行测试，根据通道另一端(主站前置交换机或通信服务器端)接收到的报文数量和正确率来综合判断该段通道上行或下行通道是否导通；或者通道对端向被测通道中循环发送报文，在串口调试工具的接收窗口接受发送的报文，根据接收报文的数量和正确率来综合判断该段通道的下行通道是否导通。

以场站防雷器和配线架间的接线为例，将接在配线架上的4根音频线断开。主站端测试方法：向配线架的两根上行线发送音频信号，如果在主站前置交换机准确收到信号，说明该段上行信道正常，同时，如果下行线中接收的信号和主站前置交换机发出的信号相同，说明下行信道正常。同理，场站端的测试方法相同，收发信号在通信服务器端。

利用该测试装置可完成模拟信道单方向测试，能针对上行或下行通道定向测试，打破了传统闭环测试的弊端，能够针对现场的实际运行条件准确高效地定位故障点，诊断故障范围广，且诊断方式灵活，同时，使用单片机测试通道时，还可以根据接收正确信号的数量算出误码率，判断是通道中断、设备故障还是接触不良等。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多功能便携式电力模拟通道测试装置，其特征在于，主要包括计算机、单片机烧写功能单元、计算机测试功能单元、单片机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器；

所述计算机的输出端与单片机烧写功能单元的输入端相连，用于计算机向单片机中烧写程序；

所述计算机、计算机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器依次相互连接，用于测试电力模拟通道中两节点的上行通道或/和下行通道是否导通；

所述单片机测试功能单元、对外接口单元、调制解调器依次相互连接，用于测试电力模拟通道中两节点的上行通道是否导通。

2.根据权利要求1所述的多功能便携式电力模拟通道测试装置，其特征在于，所述单片机烧写功能单元主要包括USB-A型母座J2、USB总线转接芯片U4、微控制器U1、电容器EC1、C1、C2、C3、C4、C5、C11、电阻R2、R6、R7、晶振X1、X2、二极管VD1、六脚按钮开关SW1，USB-A型母座J2的VCC与GND端之间并联容器EC1及C5，USB-A型母座J2的D+与D-端口分别通过电阻R6、R7与USB总线转接芯片U4连接，USB总线转接芯片U4的第2、3引脚分别通过二极管VD1、R2与微控制器U1的P3.0、P3.1引脚相连。

3.根据权利要求1所述的多功能便携式电力模拟通道测试装置，其特征在于，所述单片机测试功能单元主要包括微控制器U1、USB总线转接芯片U4、RS232电平转换芯片U2、电容器C1、C2、C3、C4、C6、C7、C8、C9、C10、C11、9脚排阻JP2、8PIN双排排针调试端子P11，微控制器U1的P1.0—P1.7引脚通过8PIN双排排针调试端子P11与9脚排阻JP2相连，9脚排阻JP2的接地引脚接地，RS-232电平转换芯片U2的第9、10引脚分别与微控制器U1的P3.0、P3.1引脚相连。

4.根据权利要求2或3所述的多功能便携式电力模拟通道测试装置，其特征在于，所述微控制器U1采用CMOS 8位微控制器STC89C52RC。

5.根据权利要求1所述的多功能便携式电力模拟通道测试装置，其特征在于，所述计算机测试功能单元主要包括USB-A型母座J2、USB总线转接芯片U4、RS232电平转换芯片U2、电容器EC1、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、电阻R6、R7、晶振X1、六脚按钮开关SW1，USB-A型母座J2的VCC与GND端之间并联电容器EC1及C5，USB-A型母座J2的D+与D-端口分别通过电阻R6、R7与USB总线转接芯片U4连接，USB总线转接芯片U4的第2、3引脚分别与RS232电平转换芯片U2的第10、9引脚相连。

6.根据权利要求2或3或5任一项所述的多功能便携式电力模拟通道测试装置，其特征在于，所述USB总线转接芯片U4的型号为CH340G。

7.根据权利要求3或5任一项所述的多功能便携式电力模拟通道测试装置，其特征在于，所述RS232电平转换芯片U2的型号为SP3232。

8.根据权利要求1所述的多功能便携式电力模拟通道测试装置，其特征在于，所述对外接口功能单元主要包括接入音频信号的RJ-11及凤凰端子、接入RS232信号的RJ-45及RS-232接口、调制解调器通信接口、用于装置调试的信号观测端子。

9.基于权利要求1所述的多功能便携式电力模拟通道测试装置的测试方法，其特征在于，

S1：在模拟信道出现中断或高误码率故障时，将其中一个区段从中间断开，然后把测试装置的输出端口接到上行线或下行线，在主站后台主机或通信服务器的调试端观察接收到的原码报文和测试装置发出的报文是否一致；

S2：将测试装置的输入端口接下行线，测试装置将接收到报文经由USB串口送至计算机串口调试软件展示，然后与主站下发的源报文比对，通过一致性和误码率判断信道故障原因；

S3：在排除该区段原因后恢复正常状态，然后再换到下一区段进行测试，根据每个区段的测试结果综合分析故障的精确位置，实现上行和下行故障点的分段查找。

10.根据权利要求9所述的多功能便携式电力模拟通道测试方法，其特征在于，所述单片机测试功能单元或计算机测试功能单元接收或发送的报文包括300、600、1200、2400四种波特率的串口信号、RS232信号、音频信号。