基于單片機的電纜測試儀的設計

0 引 言

　　通信電纜是信息交換的主要媒質(zhì)之一，在通信及計算機網(wǎng)絡(luò )工程建設和維護中，傳輸電纜線(xiàn)路的斷路、短路、混線(xiàn)等故障常常困擾著(zhù)網(wǎng)絡(luò )建設和網(wǎng)絡(luò )維護人員。本文將介紹一種電纜測試儀，不僅可確定電纜線(xiàn)路中的斷路、短路、混線(xiàn)故障的性質(zhì)和故障點(diǎn)位置，而且能測試電纜的頻率特性，可完成電纜自動(dòng)對線(xiàn)，解決人們在信息系統建設和維護中常常遇到的一些問(wèn)題。

　　1 電纜測試儀的功能

　　根據信息系統建設和日常維護中經(jīng)常需要解決的問(wèn)題，為該測試儀設計了以下幾個(gè)功能：1） 可測試網(wǎng)絡(luò )電纜的頻率特性，以確定傳輸系統的帶寬（傳輸速率） .2） 可實(shí)現網(wǎng)絡(luò )電纜的自動(dòng)對線(xiàn)，該功能在大多數電纜的施工和維護中能大大提高效率和準確率。3） 可判斷線(xiàn)路的斷路故障性質(zhì)，并確定線(xiàn)路的斷點(diǎn)。4） 可判斷線(xiàn)路間的短路、混線(xiàn)故障并確定故障點(diǎn)。該測試儀的組成如圖1 所示。

圖1 電纜測試儀組成框圖

　　2 電纜測試儀的測試原理

　　2. 1 頻率特性

　　電纜的頻率特性是指電纜對傳輸信號的衰減隨信號頻率變化的特性。由于電纜芯線(xiàn)間存在分布電容和電感，其對正弦信號的衰減隨傳輸信號頻率的變化而變化，若在電纜的A 端注入幅度穩定的不同頻率信號，在B 端測試經(jīng)過(guò)電纜傳輸后的與A 端頻率相對應的信號幅值，即可獲取電纜的頻率特性。

　　根據頻率合成器（如圖2 所示） 的工作原理，可知輸出頻率fo 與基準頻率f i 間的關(guān)系為：

　　式中M , N 為分頻器的分頻比。

圖2 頻率合成器框圖

　　由式（1） 可知，通過(guò)改變M , N 的值，圖1 中的頻率合成器可輸出不同間隔的與基準頻率相同穩定度的頻率信號。fo 信號由輸出電路對其放大穩幅，并由阻抗匹配接口電路注入電纜A 端；在電纜的B端，將經(jīng)過(guò)電纜傳輸后的信號接入輸入電路進(jìn)行放大，并由APD（模P數） 轉換器轉換成數字信號送給單片機檢測處理。單片機一方面控制M , N 的大小，以達到輸出不同頻率的目的，另一方面向對方輸出握手聯(lián)絡(luò )同步信號2. 2 自動(dòng)對線(xiàn)。

　　在線(xiàn)路的A 端注入直流信號，在B 端有唯一的一根導線(xiàn)能檢測到該信號，則A ,B 兩端連接的為同一根線(xiàn)；若在B 端有兩根以上的接入線(xiàn)能檢測到該信號，則在電纜的某處必有混線(xiàn)。若在B 端沒(méi)有一根接入線(xiàn)能檢測到該信號，則這根線(xiàn)在線(xiàn)路的某處必有斷點(diǎn)。

　　如圖1 所示。由單片機和專(zhuān)用電路控制的模擬開(kāi)關(guān)，將直流測試信號分別接入A 端的不同測試線(xiàn)，在B 端通過(guò)單片機控制模擬開(kāi)關(guān)接入點(diǎn)檢測該信號，A ,B 兩端通過(guò)主從信號同步控制（需要在電纜中找出一對信號線(xiàn)作為握手聯(lián)絡(luò )線(xiàn)） ,判斷并記錄各線(xiàn)對的通、短、斷、混線(xiàn)的對應情況。

如圖3 所示，設混線(xiàn)接觸電阻為R ,混線(xiàn)點(diǎn)與測試點(diǎn)A 端間的單根導線(xiàn)的線(xiàn)電阻為Rx ,測得的混線(xiàn)環(huán)阻為Ra ;與測試點(diǎn)B 端間的單根導線(xiàn)的線(xiàn)電阻為Ry ,測得的混線(xiàn)環(huán)阻為Rb ;則有：

　　由上式可得：

　　而Rx + Ry 為電纜全長(cháng)的單根導線(xiàn)電阻，因此Rx 或Ry 可通過(guò)上式求出。根據電纜的每公里電阻值，可由Rx 或Ry 判斷混線(xiàn)點(diǎn)。

　　3 電纜測試儀的控制程序流程

　　系統首先進(jìn)行初始化，然后按不同測試需求依據測試流程進(jìn)行測試，測試結果在顯示器中顯示。

　　各部分的測試流程如圖4 所示。

圖4 測試系統控制程序流程圖

　　4 結束語(yǔ)

　　本文介紹的基于單片機控制的電纜測試儀可集成為便攜式的現場(chǎng)測試儀。通過(guò)理論分析和實(shí)驗證明，該測試儀能夠實(shí)現精確的測試，廣泛應用于通信網(wǎng)絡(luò )工程建設和維護。

2. 3 斷線(xiàn)定位

　　根據電纜制造結構的一致性，單位長(cháng)度電纜分布電容的大小是相同的，因此測試電纜每對線(xiàn)間的分布電容，即可測得電纜線(xiàn)路的長(cháng)度或電纜線(xiàn)對的斷點(diǎn)。

　　根據單穩態(tài)觸發(fā)定時(shí)電路的工作原理，可知定時(shí)時(shí)間t 與定時(shí)元件R , C 的關(guān)系為：

　　式中t 為定時(shí)時(shí)間， R 為定時(shí)電阻的電阻值， C 為定時(shí)電容的電容值， k 為與電路有關(guān)的常數，一般取3~5.

　　由于定時(shí)時(shí)間與外接電容成線(xiàn)性關(guān)系，若在一個(gè)定時(shí)周期內，對頻率f 的脈沖信號記數，則脈沖個(gè)數n 與t 的關(guān)系為：

　　將式（2） 代入式（3） ,得：