1 导言
现在，大容量的电缆线束广泛用于轿车、船只和航天航空等高端范畴，为了确保电缆线 束的安全可靠运用，有必要对线束的配线、阻抗和绝缘功用等进行严厉的检测。假如选用人工 丈量办法，简单构成漏检和误检，功率低下，所以，研发一种大容量的电缆线束主动测验系 统的要求显得尤为火急。
本文将介绍一种大容量的电缆线束主动测验仪，经过本测验仪，用户能够对很多的电缆 线束进行主动丈量，可检测到电缆毫欧级的阻值和兆欧级的绝缘阻值，检测出其或许存在的 配线过错、通断路，绝缘不良等问题。一起，运用上位机的电缆数据库规划软件，用户能够 敏捷树立起一套电缆线束的规划、转接、运用和丈量的全体计划。
2 测验原理阐明
电缆测验仪选用单端鼓励源输入丈量的办法。鼓励源分为低电压小电流测验源，稳定电 流测验源和高电压弱电流测验源三种。低电压测验源首要用于丈量电缆线束的通断，短路和 误配线功用。稳定电流测验源可编程输出高达1A 的电流，合作4 线开尔文丈量办法，能够 丈量小于5 毫欧的精细阻值，能检测出电缆的细小改变。高电压测验源能够步进输出高达 1000VDC 的电压，最大电流则不到2mA，用于检测电缆线束或许存在的绝缘、耐压缺乏等 问题。
电缆的测验作业原理如图1 所示。
开关K3 闭合，低电压鼓励源加载到接M1 上，接点电压为VM1。其它一切的测验接点 开关均翻开，丈量其它一切接点电压，假如其它接点处丈量到鼓励电压，则表明这些接点和 电缆A 相通。将检测到电压的接点开关闭合(如N1)，丈量接点电压，得VN1，则这两点之 间的电缆阻值为
丈量出串接在低电压鼓励源回路的精细电阻R1 两头的电压VR1，即可求出回路的电流值，代如上式(1)中，
图1 测验原理示意图
由图1 可知，逐点进行全摆放丈量，能够找出一切点的衔接联系和电缆阻值，找到或许 的电缆通断路，搭接短路和配线过错等。查看次数为：N= [ n * ( n-1) ] / 2;式中N 为查看 次数，n 为线束的检测点数。
3 测验仪的硬件组成
整个体系分为上位机软件和主动测验仪两个部分。每台电缆主动测验仪有512 个测 试点的容量，最多可级联7 台测验仪以扩展测验容量。为了灵敏装备，测验仪选用依据总线方法的机箱插板式结构，图2 为测验仪的硬件结构框图。操控丈量板包含CPU 及外围模块， 完结和上位机、级联机的通讯，转接测验指令和进行指令的分发，一起操控鼓励源信号，完 成电缆通断、精细阻值和绝缘的丈量。电缆丈量接口板一共有4 块，每板有128 个测验接点， 经过板上的继电器阵列，将鼓励信号送到面板的待测电缆接入点，将电压丈量信号返回到控 制丈量板进行A/D 转化。
图2 测验仪硬件结构示意图
3.1 微处理器和外围电路
测验仪的单片机选用 Cygnal 公司的模仿和数字混合信号的单片机C8051F020[1]，这颗芯 片具有高速51 处理器内核，高达25MIPS 运转速度;64K 字节片上Flash，4K 字节片上RAM(外 部RAM 可扩展至64K 字节)。两个URAT 接口，一个SPI 接口和一个I2C 接口，一个采样速度 为100KSPS，增益可编程的12 Bit ADC 单元(8 路AD 接口)和两个12 Bit 的 DAC 单元。 在本规划中，运用单片机内部12 Bit 的 A/D 转化电路丈量电缆接点的电压，12 Bit 的 DAC 电路操控测验鼓励源的输出电压和电流。I2C 总线衔接的8K 字节EEPROM，首要用来 保存一切继电器的运用次数，避免继电器呈现寿数过载。外部扩展的16KB 的SRAM，用于暂 存测验数据。单片机外部扩展的EPLD，用于地址译码，扩展测验操控空间，包含和级联机 箱的通讯空间，丈量接口板的继电器、模仿复用器操控空间等。
3.1.1. 主测验仪和上位机的通讯接口
丈量过程中，主设备单片机需求实时向上位机上报很多丈量数据，所以接口方法选用了 通用串行总线接口USB。接口电路选用 PHILIPS 公司彻底兼容USB1.1 规范的器材 PDIUSBD12[2]。PDIUSBD12 经过高速通用并行接口与单片机进行通讯，接口方法选用地址 /总线复用方法，对器材的读写就像单片机外扩的一片RAM 器材相同，经过触发单片机外 部中止方法告诉主程序处理上位机通讯事情。
3.1.2. 主测验仪和级联测验仪的通讯接口
多台测验仪进行级联时，为了进步通讯速度，简化规划，规划中运用了单片机 C8051 的同步串行外设接口SPI，供给了超越2Mbps 的通讯速度。主设备的单片机SPI 接口做主片， 从设备的单片机SPI 接口做从片，它们之间的通讯总线一共有8 条，选用菊花链的方法级联， 包含串行时钟线(SPICLK)、主片输入/从片输出数据线SPIMISO、主片输出/从片输入数据 线SPIMOSI、低电平有用的从片挑选线SPINSS 、一根用于从设备中止请求的SPIINT 总线和三根选通IO 线。三根IO 总线用于和从设备地址译码，分时选通最多7 个从设备的内 部片选和中止请求线，减少了衔接的总线数量。当从设备地址未选通时，本机中的MISO 信 号线和INT 信号线处于高阻状况。
主设备和从设备之间的 SPI 接口物理层衔接选用RS422 总线驱动方法，RS422 接口采 用差分方法，在双绞线上可传输10Mbps 的传输速率，能够满意本规划中SPI 接口的需求。
3.2 精细恒流鼓励源
当进行毫欧级的电缆精细丈量时，需求一个低漂移的精细稳定大电流源。测验仪供给了 一个可编程的输出1mA/10mA/100mA/1A 的精细恒流源模块，可编程精细恒流源的原理电 路如图3 所示。
REF200[3]是一个双通道的100uA±0.5%的精细恒流源，流经20 欧姆的精细电阻Ref1 后发生2mV 的精细电压，供给给外表扩大器PGA204[3]作为精细输入电压。PGA204 是TI 公司的一款G = 1/10/100/1000 增益可选的外表扩大器，它的输入偏置电压最大为50uV，输 入偏置电流最大为2nA，具有很高的共模抑制比(115dB，G=1000 时)，合适作为测验仪精 密电压扩大电路。
图 3 可编程精细恒流源电路简图
图中恒流源跟从器选用TI 公司的具有极低偏置电流(1pA)的精细运算扩大器OPA602。 它的正输入端和负输入端相当于“虚断”,电压等于PGA204 输出的电压G(VIN+-VIN-)+VREF ( PGA204 的电压参阅输入)。则流经精细电阻Ref2 两头的电流为：
I_OUT={[G(VIN+-VIN-)+VREF]-VREF}/Ref2
= G(VIN+-VIN-)/Ref2 = G*IREF*Ref1/ Ref2
= G*100uA *10 = G (mA) ( IREF =100uA, Ref1/ Ref2=10)
选用驱动力强的N 沟道MOSFET，当软件设定G=1000 时，恒流源能输出达1A 的精细 电流。图中R1 和C1 的作用是进步运放稳定性，下降噪声影响。
3.3 信号调度和A/D 转化电路
如图2 所示，A/D 转化的测验接点电压信号经由多片16 选一的模仿复用器MPC506A 挑选，由EPLD 操控，复用器输出经背板传到信号扩大调度电路。当选用开尔文四线丈量办法，精细稳定鼓励电流为1A 时，若要求本机内的丈量精度为1 毫欧，则最小分辩电压为1mV。
单片机C8051F 内置了一个12Bits 的A/D 转化器，输入量程参阅电压VREF 为2.5V，A/D 丈量分辩率为0.61mV。 考虑到噪声和搅扰对测验精度的影响，在A/D 转化器之前加一个可编程增益外表扩大 器PGA204，当外表扩大器的增益为100 时，1mV 的读数为1mV*100*211 /2.5V ≈ 81LSB， 充沛满意了丈量精度的需求。
4 测验仪单片机软件阐明 主设备单片机完结和上位机、从设备的通讯，鼓励源的输出操控，本端设备测验端口的 电压丈量等。和上位机通讯的USB 接口PDIUSBD12 的固件程序规划成中止驱动，占用单 片机的外部中止1，经过设置中止事情标志、交互数据缓冲区和单片机通讯[4]。当单片机处 理前台使命时USB 的传输可在后台进行，这不只确保了传输速度，并且软件结构明晰，便 于编程和调试。 在规划中运用了操控传输、中止传输和批量传输三种方法。操控传输中只用来传递树立 操控信息，固定运用端点0;中止传输运用端点1，用来传送指令的传递和应对;批量传输 运用端点2，首要用来完成测验仪的丈量数据上报。主测验仪单片机程序由三部分组成：① 初始化操作，包含单片机内部(定时器、中止，端口等)和外围电路的初始化、读取本端和 级联设备的状况信息; ② USB 固件程序，用于呼应PDIUSBD12 宣布的中止请求。
USB 中止优先级设为最高，上位机发指令包给PDIUSBD12，它接到指令后就给单片机发中止。 中止程序中，单片机首要读取PDIUSBD12 的中止寄存器，判别指令包类型，然后设定相应 的事情标志并将指令数据从PDIUSBD12 的内部缓冲区移到交互的数据缓冲区，告诉主程序 现已准备好 ③ 主循环程序，依据USB 中止事情标志，读取数据缓冲区的上位机指令，根 据指令履行相应的操作。单片机处理上位机指令，向从测验仪分发测验指令，操控本设备测 试鼓励源，丈量本设备待测电缆端点的电压，核算电缆的阻值，丈量成果存入数据缓冲区。 在上位机发送IN 令牌中止之后，固件将缓冲区数据发送出去。
5 上位机软件阐明
上位机软件选用 VC 编写，底层对USB 设备和硬件的驱动经过调用API 函数完成，操 作界面供给的首要功用有五个(如图4)：①.办理功用，如测验仪操作权限的办理，衔接 和测验数据的报表查询，打印等。②. 电缆的衔接联系数据库生成和输入。衔接联系能够采 用ACCESS 报表输入或CAD 用户绘图方法生成。数据库不只包含线缆、接插件的衔接、转 接联系，并且包含它们状况和电气特点等。③.转接面板的规划。一般情况下，用户的电缆 插头和测验仪的面板插头并不兼容，需求出产转接的面板和电缆，转接面板和电缆的生成， 用户插头和测验仪插头的对应联系也需求构成数据表方法，便于电缆丈量人员运用。④.测 试流程的设定。包含用户界说功用和流程参数的设定，如丈量规模、丈量次数、电缆测验阻 值门限值设定等。自学习测验是指测验仪经过全摆放测验，主动找出电缆线束之间的衔接关 系表。⑤. 测验成果剖析。如测验成果和规范数据表的比照，这些成果还能够反应回电缆网 规划的图和表中，标识电缆的阻抗等。
图4 上位机软件结构示意图
6 结束语
该电缆主动测验仪选用级联方法，测验容量大;精细恒流鼓励源和信号调度电路的 运用，极大进步了丈量精度。测验体系能够全面办理电缆线束的规划、转接和出产检测， 能够明显进步电缆测验的作业功率，合适在轿车、船只和航天航空等范畴运用。
