CN204241597U - 便携式线缆快速检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式线缆快速检测仪，其线缆检测仪主机由主控单元、人机交互单元、线缆检测单元、通信单元和电源单元构成，主控单元分别与线缆检测单元、人机交互单元和通信单元连接，电源单元分别与主控单元、线缆检测单元、人机交互单元和通信单元连接。本实用新型操作方便，融合了操作引导功能；检测速度快功耗低。经济性好，采用嵌入式系统设计，使用几片多路高速电子开关芯片取代了大量继电器，使得系统总体成本较低。环境适应性强，携带方便能够在高温、低温、湿热、复杂电磁环境等恶劣条件下工作，通过低功耗设计搭配内置电池可在无外部供电的条件下使用。

Description

便携式线缆快速检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种通信线缆检测技术，特别涉及具有操作引导功能的便携式线缆快速检测仪。

背景技术

在电子电气系统中分布着大量的线缆，线缆的好坏直接影响设备的性能，关系到设备能否实现其功能，因此及时发现线缆的故障非常有必要。对线缆的好坏的检测最初都是人工手工完成的，人工检测的缺点是速度慢、效率低，线缆芯数多了容易出错。随后出现了自动化的线缆检测设备，提高了检测速度和效率。但是仍然存在需要将线缆从设备上完全拆卸下来进行检测，而且利用继电器进行线缆通道切换速度相对较慢、功耗较大，并且只能在常温环境下工作。在线缆的互联关系复杂的系统中，如果对系统不熟悉的话要找到线缆的两端也是很困难的。

目前对于电缆的检测主要是测试线缆通断、导通电阻、绝缘电阻、耐压以及线路分布电容等指标。根据技术实现方案分为两大类，一类是利用继电器完成通道切换，利用比较器来判断线缆的通断状态，有的还能够对线缆的指标参数进行测量；另一类是利用处理器或可编程逻辑器件的输入输出引脚作为测量通道，通过高低电平来判断线缆的通断。

现有的线缆检测技术存在以下缺点：利用继电器进行通道切换功耗大、速度较慢、成本高，利用处理器或可编程逻辑器件输入输出引脚电平来进行测量误差较大，有误判的可能；线缆数据未进行有效的分组管理，查找困难；不能反映线缆的连接信息；体积较大，需要采用外部交流供电，只能工作于室内或常温环境下。

实用新型内容

针对现有技术的缺点，本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种具有操作引导功能的便携式检测装置，融合操作引导功能，利用高速低功耗通道切换技术实现线缆的快速检测；采用便携式加固设计，能够在高温、低温、湿热、复杂电磁环境等恶劣条件下工作，通过低功耗设计搭配内置电池可在无外部供电的条件下使用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的。便携式线缆快速检测仪，包括线缆检测仪主机，其特征在于，所述线缆检测仪主机由主控单元、线缆检测单元、人机交互单元、通信单元和电源单元构成，主控单元分别与线缆检测单元、人机交互单元和通信单元连接，电源单元分别与主控单元、线缆检测单元、人机交互单元和通信单元连接。

所述主控单元中的CPU模块分别与显示屏接口、按健接口和电源监控接口连接，CPU模块分别与外围的通信单元和线缆检测单元连接。

所述线缆检测单元中CPLD电路分别与激励信号通道分配开关、反馈信号通道分配开关以及主控单元中的CPU模块连接，激励信号通道分配开关、反馈信号通道分配开关分别与CPLD电路、比较器以及外围的转接适配器连接，比较器分别与反馈信号通道分配开关以及主控单元中的CPU模块连接。

所述电源单元中5V电源DC/DC转换器分别与场效应管、效应管以及5V供电接口连接，3.3V电源DC/DC转换器分别与场效应管、场效应管以及3.3V供电接口连接，电源开关与电源控制电路连接，锂电池分别与电源控制电路、场效应管和电池充电管理电路连接，电源控制电路分别与电源开关、锂电池、24V→12V隔离DC-DC模块、场效应管、场效应管以及主控单元中电源监控接口连接，24V→12V隔离DC-DC模块分别与电源控制电路、电池充电管理电路、场效应管以及外部直流电源输入接口连接；电池充电管理电路分别与锂电池、24V→12V隔离DC-DC模块连接，场效应管分别与5V电源DC/DC转换器、3.3V电源DC/DC转换器、电源控制电路和24V→12V隔离DC-DC模块连接，场效应管分别与5V电源DC/DC转换器、3.3V电源DC/DC转换器、电源控制电路和锂电池连接。

本实用新型优点：一：操作方便，融合了操作引导功能能够指导使用人员进行线缆检测操作，按照人员使用习惯设计的界面友好易于使用；二：检测速度快功耗低，利用高速低功耗通道切换技术实现了线缆的快速检测。三：经济性好，采用嵌入式系统设计，使用几片多路高速电子开关芯片取代了大量继电器，使得系统总体成本较低。四：环境适应性强，采用便携式加固设计，携带方便能够在高温、低温、湿热、复杂电磁环境等恶劣条件下工作，通过低功耗设计搭配内置电池可在无外部供电的条件下使用。

附图说明

图1是本实用新型的线缆检测仪主机原理框图。

图2是本实用新型的线缆检测仪主控板原理框图。

图3是本实用新型的线缆检测单元工作原理图。

图4是本实用新型的电源单元原理框图。

图5是本实用新型的短路检测连接示意图。

图6是本实用新型的通断检测连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实用例对本实用新型作进一步说明。参见图1和图2，电源单元50用于设备电源的管理和转换，并向主控单元10、人机交互单元20、线缆检测单元30、通信单元40提供所需电源，设备上电后由主控单元10完成对人机交互单元20、线缆检测单元30、通信单元40的初始化，并进行开机自检，开机自检时能够检查线缆检测单元30各通道信号收发是否正常，自检结果在人机交互单元20的显示屏上显示。自检完成后进入操作主界面，通过人机交互单元20向主控单元10下达操作指令，主控单元10收到操作指令后对线缆检测单元30、通信单元40、电源单元50进行相应的控制，并将结果通过人机交互单元20的显示屏进行显示。

如附图3所示，线缆检测单元30进行线缆检测时，主控单元10自动计算出激励通道和反馈通道并输出CPU控制信号，CPLD芯片301将CPU控制信号译码后分别控制激励信号通道分配开关302、反馈信号通道分配开关303相应的通道导通。激励信号通过电阻R3、激励信号通道分配开关302、转接适配器3连接至被测线缆4的相应通道（进行通断测试时，被测线缆4的另一端通过终端适配器5全部短接在一起；进行短路检测时，另一端悬空）。同时，激励信号通过电阻R1、R2分压产生电压基准信号，反馈信号通过反馈信号通道分配开关303在采样电阻R4上产生电压反馈信号至比较器，比较器将反馈信号与基准信号进行比较判断线缆的导通状态。

如附图4所示，电源单元50在有外接电源输入时，24V→12V隔离DC-DC模块506将外部输入的电源隔离转换成12V，电池充电管理电路507检测锂电池电量是否充满，未充满则对锂电池进行充电。电源控制电路505监控24V→12V隔离DC-DC模块506输出端电压和锂电池电压，当24V→12V隔离DC-DC模块506有12V电压输出时控制场效应管508导通，场效应管509截止，系统采用外接电源供电。如24V→12V隔离DC-DC模块506无12V电压输出则控制场效应管508截止，场效应管509导通，系统采用锂电池供电。关机状态下长按电源开关503约1秒钟，电源控制电路控制5V电源DC/DC转换器501、3.3V电源DC/DC转换器502输出+5V电压和+3.3V电压。开机状态下长按电源开关503约3秒钟，电源控制电路控制5V电源DC/DC转换器501、3.3V电源DC/DC转换器502进入休眠状态，无+5V电源和+3.3V电源输出系统断电。电源控制电路505还将电源单元50的工作状态信号发送给主控单元10的电源监控接口104。

实施例：以下介绍本实用新型的一个较佳实施方式：

1.   系统组成

线缆检测仪主要由主机和电缆组成。其详细组成见表1。

表1  线缆检测仪设备组成

序号	名称	数量	备注
				1	线缆检测仪主机	1台
2	检测电缆	1套
				3	USB转接线	1根
4	串口线	1根
				5	直流电源线	1根

2.   工作原理

线缆检测仪主机1在转接适配器3和终端适配器5的配合下完成对线缆的检测，通过测量线缆的通断、短路状态来判断线缆的好坏。转接适配器3和终端适配器5根据线缆检测仪所需要检测的线缆连接器型号安装相匹配的连接器。转接适配器3的功能是将线缆检测仪主机1的测试通道资源转接到与被测线缆匹配的连接器上。终端适配器5的功能是将被测线缆的一端的通道全部短接在一起。

在对线缆进行检测时，线缆检测仪通过逐一扫描线缆中各导线两两之间的导通状态来描绘线缆的连接关系，然后与预先储存的线缆接线表的比对来判断线缆的好坏，检测完成后自动保存检测结果并将检测结果在屏幕上显示。如线缆没有故障显示线缆状态完好，如线缆有故障则显示故障并能够将故障信息逐项显示。用户可以查询检测结果并能够通过通信口将结果上报给上级。

线缆接线表按装备名称→装备编号→所属系统→线缆编号的顺序进行分类，方便用户查找。用户可以查看线缆的接线表，也可以对线缆接线表进行修改和删除操作并能够添加新的线缆接线表和类别，线缆数据能够导入和导出，便于升级维护。

3.   方案概述

线缆检测仪主机1主要由主控单元10、人机交互单元20、线缆检测单元30、通信单元40和电源单元50组成。其中主控单元10为线缆检测仪的核心，完成系统控制等功能。人机交互单元20完成信息显示和按键操作识别功能。线缆检测单元30实现线缆通道切换和测量功能。通信单元40实现设备管理、线缆数据维护和上报功能。电源单元50实现设备的电源管理功能。线缆检测仪原理框图如图2所示。

3.1.     主控单元10

主控单元10由CPU模块101及其外围的显示屏接口102、按健接口103、电源监控接口104组成。主控单元10原理框图如图3所示。

主控单元10的核心是CPU模块101，系统控制、按健扫描、显示屏驱动、电源监控、与上位机通信等功能都由该模块完成。显示屏接口102利用CPU模块101集成的LCD控制器将显示信息发送给显示屏。通过按键接口103与按键板连接完成键盘输入、状态指示灯控制。电源监控接口104完成电源单元50的工作状态及电池剩余电量的监控。

在复杂系统中，线缆互联关系错综复杂，要找出某根线缆的两端所处的位置，并且还要将被测电缆连接到接口众多的适配器上是十分困难的。为了解决这个难题，在线缆接线表中记录下线缆两端所连接的设备及接口信息，以及适配器上匹配接口的位置信息。进行线缆检测的过程中，根据短路检测和通断检测的不同连接方式通过信息提示框向操作人员作出相应的操作提示，提示的信息包括被测线缆两端在设备中所处的位置、进行检测时的接线和操作方式等，能够逐步引导操作人员完成线缆检测任务。

3.2.     人机交互单元20

人机交互单元20主要由5.7寸宽温加固液晶显示屏、19个按键和3个LED灯组成。显示屏尺寸大、色彩丰富亮度高在阳光下可读，通过对界面的优化设计显示内容丰富，人机界面友好。按键分为功能键、字符键、方向键。功能键有5个，分别是： “Tab”键、“退格”键、“返回”键、“输入法”键、“确认”键。字符输入键有10个，用于完成数字、字母和符号的输入。方向键分别是“上”、“下”、“左”、“右”有4个键。指示灯有3个，分别是运行指示灯、充电指示灯、故障指示灯。运行指示灯直观反映设备的运行状态，设备开机CPU工作正常时运行灯闪亮，关机运行灯灭。充电指示灯用于电池充电和外电源输入指示，没有外电源输入时该灯灭，电池充电时亮红灯，充电完毕亮绿灯。故障指示灯用于系统告警提示，当系统运行或自检发现故障时故障灯亮红灯，正常情况故障灯灭。

3.3.     线缆检测单元30

线缆检测单元30采用CPLD芯片301（用于通道译码、控制多路复用器）+多路复用器（用于通道选通）的方式来完成检测通道的切换功能。工作时CPLD芯片301接收到从CPU模块101发送过来的通道信号以后进行译码，然后控制相应的多路复用器芯片指定的通道导通。线缆的测量电路采用电桥结构设立了线缆导通电阻门限，通过与被测线缆的导通电阻对比完成线缆状态的测量，抗干扰性能好，测量速度快，准确度高。

线缆检测工作原理如图4所示。

线缆导通状态的检测原理是向激励通道提供一个激励信号，然后将反馈信号通道返回的信号与基准信号进行比较来判断线缆通道的通断。由于线缆导通电阻很小，一般为欧姆级，容易受到外界干扰的影响，利用惠斯登电桥的两臂能同时对电源的微小变化做出反应的特点，将其中一臂从中间分开引出一个两线端口，分别接至通道切换电路的激励信号通道和反馈信号通道，将反馈信号和电桥另一臂R1、R2分压形成的基准信号送入比较器进行比较，判断线缆回路的通断状态，从而消除了共模干扰，提高测试的准确性。

进行短路检测时连接（如图5所示），用检测电缆2连接线缆检测仪主机1和转接适配器3，将被测线缆4从装备上拆下，一端连接转接适配器3，另一端悬空。启动短路检测后线缆检测仪从线缆的第1芯开始逐一测量序号在激励通道之后的所有通道是否与激励通道短路，全部测量完毕后就可以得出线缆的短路情况。以第i芯与第j芯为例说明短路检测过程。CPU模块101先将激励通道i的地址发送给CPLD芯片301，由CPLD芯片301控制激励信号通道分配开关i导通，此时激励信号通过R3激励信号通道分配开关i加到被测线缆的第i芯；然后CPU模块101将反馈通道j的地址发送给CPLD芯片301，由CPLD芯片301控制反馈信号通道分配开关j导通，反馈信号通道j上的信号通过反馈信号通道分配开关j在采样电阻R4上形成电压量的反馈信号，比较器将反馈信号与基准信号进行比较输出通断状态信号给CPU模块101判断第i芯与第j芯是否短路。

进行通断检测时连接（如图6所示），用检测电缆2连接线缆检测仪主机1和转接适配器3，将被测线缆4从装备上拆下，一端连接转接适配器3，另一端连接终端适配器5，启动通断检测后线缆检测仪从线缆的第1芯开始逐一测量序号在激励通道之后的所有通道上能否检测到满足导通要求的信号，全部测量完毕后就可以得出线缆的导通情况。以第i芯与第j芯为例说明通断检测过程。CPU模块101先将激励通道i的地址发送给CPLD芯片301，由CPLD芯片301控制激励信号通道分配开关i导通，此时激励信号通过R3激励信号通道分配开关i加到被测线缆的第i芯，通过终端适配器将信号短接到线缆所有芯线上；然后CPU模块101将反馈通道j的地址发送给CPLD芯片301，由CPLD芯片301控制反馈信号通道分配开关j导通，反馈信号通道j上的信号通过反馈信号通道分配开关j在采样电阻R4上形成电压量的反馈信号，比较器将反馈信号与基准信号进行比较输出通断状态信号给CPU模块101判断第i芯与第j芯是否导通。

3.4.     通信单元40

通信单元40能够通过RS232串口与上位机进行通信，将检测结果上报给上位机，也能够通过USB接口进行系统软件升级或将本机的数据的导入导出，USB接口连接U盘能将线缆数据导出到U盘中或从U盘中导入数据。

3.5.     电源单元50

电源单元50主要由5V电源DC/DC转换器501、3.3V电源DC/DC转换器502、电源开关503、锂电池504、电源控制电路505、24V→12V隔离DC-DC模块506、电池充电管理电路507、外供电开关508、电池供电开关509组成。5V电源DC/DC转换器501用于产生系统所需的5V电源。3.3V电源DC/DC转换器502用于产生系统所需的3.3V电源。电源开关503用于系统的电源控制。锂电池504在无外供电时对系统供电。电源控制电路505完成电源开关控制、系统的供电电源选择及系统电源监控等功能，当有外电源接入时，选用外电源供电并关断电池输出，当没有外电源供电时，选用电池供电向负载供电。24V→12V隔离DC-DC模块506用于将外部电源转换成系统所需的电压。电池充电管理电路507实现从外电源取电并向电池充电的功能。电源单元50原理框图如图4所示。

本实用新型采用便携式结构并进行了加固设计能够在恶劣的环境下正常使用，通过低功耗设计搭配内置电池可在无外部供电的条件下使用。利用高速电子开关实现通道的高速切换，切换时间仅为几十个纳秒，整个通道切换电路的总功耗不到1 mW，体积小、速度快、成本低，实现了线缆检测通道的低成本低功耗高速切换。不同的线缆按照装备名称→装备编号→所属系统→线缆编号的顺序进行分类，利于管理查找方便。具有操作引导功能，能够指示线缆两端的连接位置信息并指导使用人员进行相应的操作。通过通信接口能够将检测结果导出和对设备数据进行升级维护。进行检测时只需要将线缆两端的连接器从原连接位置取下，而不用将整根线缆拆下。

Claims (4)

1.便携式线缆快速检测仪，包括线缆检测仪主机，其特征在于，所述线缆检测仪主机由主控单元、人机交互单元、线缆检测单元、通信单元和电源单元构成，主控单元分别与线缆检测单元、人机交互单元和通信单元连接，电源单元分别与主控单元、线缆检测单元、人机交互单元和通信单元连接。

2.根据权利要求1所述的便携式线缆快速检测仪，其特征在于，所述主控单元中的CPU模块分别与显示屏接口、按健接口和电源监控接口连接，CPU模块分别与外围的通信单元和线缆检测单元连接。

3.根据权利要求1所述的便携式线缆快速检测仪，其特征在于，所述线缆检测单元中CPLD电路分别与激励信号通道分配开关、反馈信号通道分配开关以及主控单元中的CPU模块连接，激励信号通道分配开关、反馈信号通道分配开关分别与CPLD电路、比较器以及外围的转接适配器连接，比较器分别与反馈信号通道分配开关以及主控单元中的CPU模块连接。

4.根据权利要求1所述的便携式线缆快速检测仪，其特征在于，所述电源单元中5V电源DC/DC转换器分别与场效应管、效应管以及5V供电接口连接，3.3V电源DC/DC转换器分别与场效应管、场效应管以及3.3V供电接口连接，电源开关与电源控制电路连接，锂电池分别与电源控制电路、场效应管和电池充电管理电路连接，电源控制电路分别与电源开关、锂电池、24V→12V隔离DC-DC模块、场效应管、场效应管以及主控单元中电源监控接口连接，24V→12V隔离DC-DC模块分别与电源控制电路、电池充电管理电路、场效应管以及外部直流电源输入接口连接；电池充电管理电路分别与锂电池、24V→12V隔离DC-DC模块连接，场效应管分别与5V电源DC/DC转换器、3.3V电源DC/DC转换器、电源控制电路和24V→12V隔离DC-DC模块连接，场效应管分别与5V电源DC/DC转换器、3.3V电源DC/DC转换器、电源控制电路和锂电池连接。