不同类型线缆自动检测系统的设计研究

　　摘 要：为实现不同类型线缆自动检测及故障定位，代替目前人工使用数字万用表检测线缆的检测方法，本文特采用自动检测技术，围绕单片微型处理器 AT89C55WD 进行扩展开发，开发具备即插即测、自我学习功能的通用型检测设备，并具有液晶显示、串口通信等扩展功能，可满足对不同型号规格的线缆进行快速准确的检测要求，大大节约人力、物力和时间，提高故障判定的快捷性和准确性，为生产调试和产品检验提供一种便捷可靠的检测手段。
　　
　　关键词：学习功能；自动化；线缆检测；多功能通用。
　　
　　1 引言

      线缆是产品交付中重要的组成部分，而在实际的装备生产及交付中，由于产品的种类及使用环境纷繁复杂，导致线缆种类及接口类型多而杂，线缆的质量直接影响到最终交付产品的质量，而在生产加工过程中线缆质量的检测效率则直接影响到最终交付产品的生产效率。
　　
　　随着线缆种类和芯数不断增加，传统的检测方式既费时又费力，且较难避免检错、检漏等人为因素 ; 而市面上普遍存在的单一线缆测试仪仅能测试 RJ45 类型的线缆，或 LT8000 线缆测试仪[1]虽然能测试多类型的，也无法满足我们特定用户特定接口线缆测试的要求；这些测试设备均已无法满足工作的需求，不利于装备生产快速自动化的开展及推进。
　　
　　多功能通用线缆自动检测设备（以下简称检测设备）的主要功能就是在检测过程中尽量减少甚至完全避免人工的干预，通过配接通用转接盒能够自动化的处理不同类型多种线缆的批量检测，发现线缆中的错接、漏接、短路、断路等故障点（按照 UL758（2）标准的要求，这 4 种情况已经覆盖了线缆的大部分电器特性[2]），并且可将测试结果直观显示在设备液晶屏上，或可以同步选择通过串口发送到计算机上显示或存储，或连接打印机输出保存归档。而对于未知接线关系的线缆，可以通过自我学习的模式进行检测，完成后续的批量检测。
　　
　　2 检测设备的工作原理及模块化设计

      检测设备具体工作中，系统涉及到 CPU 控制、键盘编解码、测试线路选择 / 测试信号回路、学习模式、串行通信 / 打印输出等几个主要功能单元。
　　
　　2.1CPU 控制单元控制单元
    CPU 使用 AT89C55WD 单片机[3],所有的控制指令，测试信号以及与外围设备的通信都由它来完成。程序存储器使用 M27C256B,数据存储器采用NV-RAM,它不仅作为检测过程中临时数据的存储空间，还用以已知接线关系表格的存储。
　　
　　而线缆测试的原理是在整个线缆检测过程中，由CPU 向其中一个测试口依次逐位的送出高电平，由另一个测试口将电平读回，然后和送出的值进行比较后做出判断。若与送出的值相同则接线正常；不同则继续判断是短路还是断路 , 直到读完所有应被测线回端电平。而对于短路或断路的判断是在程序里由算法来实现的。
　　
　　2.2 键盘编码电路
      键盘编码电路主要由 74C923WM 及其周边电路来完成。通过选择仪器面板上的按扭后，将其发送的指令送给键盘编码电路编码处理；再由 CPU 对得到的 5 比特代码进行译码处理后，发送出去控制仪器的工作。
　　
　　在上电复位后，通过键盘对仪器进行操作，发送测试命令；当 CPU 扫描到键盘有中断要求后，接收并翻译经过编码处理后的代码，然后进行相应的处理，开始检测工作。
　　
　　2.3 测试线路选择、测试信号回路电路
      这部分主要由 74HC138 和 74HC373 组成，通过CPU 向 74HC138 发出片选信号，74HC138 译码器译码后，选中对应发送端的 74HC373,然后向 74HC373送测试电平，测试电平输出到被测电缆，从被测电缆流回到接收端的 74HC373;CPU 再通过 3-8 译码器选中接收端的 74HC373,接着把测试结果送回数据存储器进行暂存。如此循环操作，直到把电缆所有的芯值都测试一遍。
　　
　　2.4 学习模式
      在不知道线缆对应关系的情况下该测试设备还提供了学习模式的功能。
　　
　　主要工作原理也是通过发送测试电平，通过对接收到得电平值判断获得对应的电缆芯数，从而测试出具体的线缆对应关系。在我们不知道线缆接线关系的情况下，能够提供准确的对应关系。
　　
　　2.5 串行通信、打印输出单元
      这两个单元是测试仪附加功能的电路单元，结合CPU 控制单元完成测试结果的存储功能。可将检测后的最终结果送微型打印机打印输出，也可通过串口送给计算机保存；同时可脱离仪器面板的键盘，使用计算机上层的虚拟键盘程控测试仪工作，即计算机上层软件也可以通过串口向单片机发出指令，从而达到用计算机控制测试仪工作的目的。
　　
　　3 检测设备整体设计

      检测设备主要由测试主机和配套设备通用转接盒来共同组成。系统组成框图如下图所示：
　　

　　
　　3.1 系统构成
      测试主机主要由控制主板、仪器面板、电源模块三部分组成。
　　
　　电源模块为一个 220V → 5V 的 AC-DC 电源转换模块，为该测试仪提供它所需要的电压。仪器面板是仪器的操作控制和最终结果的显示部分，它由一个液晶显示屏、键盘、电源复位指示灯组成。
　　
　　控制主板是仪器的主控制部分，它围绕AT89C55WD单片微型计算机进行扩展开发的，结合其线路选择电路、测试信号回路等共同完成对仪器的控制。它主要包含了键盘译码电路、电源转换单元、CPU 控制电路、测试线路选择电路、发送 / 接收测试信号电路、输入 / 输出接口电路、液晶显示单元、打印输出单元和串行通信单元组成。
　　
　　3.2 主要技术指标
      检测设备的主要技术指标如下：
　　（1）被测线缆芯数可扩展到 60 芯；（2）具有通用性：
      检测设备可以测试标准接头一一对应的线缆，非标接头一一对应的线缆，以及任意类型任意接线关系的线缆；（1）实现即插即测功能；（2）每根线缆测试时间小于 60S;（3）具有自我学习功能：
　　
　　在不知道接线关系的情况下，通过检测线缆后，能得出它的接线对应关系；（4）测试结果可三种选择输出方式：将检测结果直观显示在主机液晶屏幕上；与计算机上层软件通信，能将检测结果送给计算机显示并保存；将检测结果送给微型打印机打印输出。
　　
　　为了保证检测设备达到主要技术指标要求，采用了模块化设计，主机与转接盒设计均为独立的软件或硬件模块，便于升级换代；检测仪与计算机之间以同步固定速率、按照协议通信；具有测试 / 学习两种检测模式；具有友好的人机界面，能显示当前工作状态，通过上层虚拟操作界面实现计算机控制测试，操作使用简便。
　　
　　4 结束语

      在产品研发、生产和使用的过程中，线缆的通断测试是必不可少的环节。随着目前电子市场产品的大批量生产，每种产品基本上都有各种配套线缆，而能对它进行检测的仪器较少。
　　
　　对此，我们开发出这样一种检测设备来检测线缆的通路、断路、短路、错接等情况，检测设备可以对 29类型的 60 芯以内的接插件线缆进行高速、准确、可靠、便捷、自动化的测试，克服了传统检测手段的检测效率低、准确度差的弊端，大大提高了检测效率和测试结果准确性，降低了产品质量隐患，实现了线缆检测的各项技术指标，为生产调试和产品检验提供一种可靠的检测手段。
　　
　　检测设备的配套转接盒，可以根据具体线缆模块化扩展开发，设计上无限的增加了检测终端线缆种类，极大的增强了检测设备的生命力。该检测设备在实际检测中证实工作稳定性好，测试效果较好，显示结果直观，具有一定的推广和普及价值。
　　
　　参考文献：
　　
[1] 杨奋为 . 新型线束导通检测仪的应用 [J]. 机电原件，2002,22（01）：51-53.
[2]UL 758-2014 Standard for Appliance Wiring Material[S].UNDERWRITERS LABORATORIES INC,2014.
[3] 高铭泽 .C51 单片机的开发与应用 [J]. 硅谷，2011（23）：61-62.