电缆检测-技术方案

一、总体方 1.导通测试原 一、总体方WQZ-VI型联调设备能够实现某车型电缆原车原位快速检测。该联调设备在便携机箱内实现了对火控系统F1-F7号电缆、控系统G1-G8和G10-G15、自动装弹机Ⅰ-Ⅵ号电缆进行通断测试、绝缘测试。测试时只需要一根公共测量线和很短的转接电缆即可完成检测，提高了测试效率和准确率。两部分构成的电缆测试系统。电缆测试系统结构示意图如图1示。公用接 公用接

1缆测试系统结构其工作的过程主机通过具有良好人机交互界面的线束测试管理用户WQZH-VI型联调设备的功能具有多芯电缆通断测试功能具有多芯电缆绝缘测试功能具有单点测试和多点自动测试功能具有分布式测试功能具有功能指示能力WQZH-VI型联调设备的技术指标供电：直流电压在22V-30V之间，输出功率不小于副机从主机取点，无需提供电力支持故障范围：火控系统、控系统、自动供弹机互连电缆故障率：大于95%直流供电连续工作时间：大于10h工作温度：-35-50℃WQZH-VI型联调设备的性能指标通断测通断电阻测量精度通断判断电阻阈值（以下简称阈值电阻）可设置绝缘测绝缘电阻测量范围0.5MΩ-绝缘电阻测量精度含直流250V、500V个测试电压等级电缆通电时间可设置CAN讯模块和JTAG试接口模块。如图2示。2本系统检测分为驱动层和应用层两个层次进行设计软件中涉及到对器件的功能都被设计成驱动模块驱动层提供必要的系统硬件函数接口，起到应用层与硬件层之间通信的媒介作用，从而优化了系统结构，方便编程实现。本系统各模块的驱动驱动接口层尽量应用层对硬件的直接操作这样可使应用软统功能模块的基本框架如图3：3统基本框导通测试原4导通测试原理5电缆连接示例导通测试常用的方法是路的一端施加恒定的电流并在另一端检测是4所示。为了满足测试需求，导通测试的过程中要逐点进行点对点的测试。面以图5所示的电缆为例来介绍导通测试的原理5为电缆连接的示意图，该电缆网络由8个接点、4条导线组成。(a)先在接点1施加激励，在图5(a)所示的情况下，8个接点上的电平响应为：其中列为接点号，1代表高电平，0代表低电平5(b)为接点16之间的电缆发生断路故障，此时的电平响应为5(c)为接点56之间发生了短路故障，此时电平响应为5(d)虚线所示为1、2、5、6点发生了连接错误，出现了混线故障，则在接点1施加激励并比较电平响应之后，再依次对接点2、3、…、8施绝缘电阻测量，中1，2表电缆，3表外壳。各电缆（电缆1，电缆2）不仅分别对地存，6多芯电缆绝缘电阻分布示意图7电流I及其分量示意缘电阻。电流I受到绝缘层的材料、和外加高压的波形、幅值、作用时间的影响，如图7所示，I由漏导电流I0、电容电流IC和吸收电流IG三个分量合成的。I0是带电绝缘层离子在电场作用下发生迁移产生的，是一个纯电阻性电流；IC6所示的分布电容在刚开始施加高电压时产生，并按指数规律衰度比IC慢很多，是绝缘层慢慢极化的过程。电流I随着时间的增长最终趋向于恒定电流值I0。其衰度由测试电压、温度、材料、电容及外部如果使其适当的接近稳定值，电流与时间曲线是已知的，或在进试时采取求在实验前后都进量，两次测量应在相同的条件下进行。根据我国国家标准GJB-360《电子及电气元件实验方法》和军用标准MIL-ST-202F：在绝缘测试时，若无其他规定，施加于实验样品的直流电压值应在表1中选取。1绝缘测试试验条常见的绝缘电阻的测试方法有惠电桥法、电容充电法以及电压电流法。电压电流法由于测试原理简单、容易实现而被广泛采用，图8为其电路原理图。R0限流电阻，R1采样电阻，RX测电缆的等效绝缘电阻。8电压电流法测绝缘电由上式可得则其中，U为给定的高压源，R0和R1电阻值已知，因此电缆的绝缘电阻Rx通过检测电压U1由上式可得。二、硬件设WQ-VI联调设备包括火控系统电缆原车原位检测和控、自动装弹机电缆原车原位检测。原位检测分别设置主机1，副机1，主机设计一个检测接口为61，副机设计一个检测接口为61芯，在检测被测电缆时主、副机配置过度电缆与被4所示主要包括继电器控制模块，LCD显示模块键盘模块通讯模块和JTAG模块，都由主控制器MSP430直接控制。键盘和LCD显示是人机交互的平台；C通讯模块用于实现检测仪与PC之间的通讯，将对线缆的检测结果转存入电4线缆检测系统硬件框系统的主CC2530模CC2530模块是用于2.4-GHzIEEE802.15.4的一个真正的片上系统。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其它强大的功能CC2530模块有四种不同的闪存版CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB闪存。CC2530有不间短进一步确保了低能源消耗。其示意图如图5示。5CC2530电源模由于电源模块主要给处理CC2530模块及电源管理模块供电,而且CC2530模块要求一直供电以便进行和休眠,但是电流、电流和开关量模块则是需要数据时才需要对其供电,所以这里选用了MAX1675电源管理模块来实现此功能。电源管理模块由P2.0来控制，当需要传感器釆集传感器模块供电,进而使终端节点进入低功耗模式以延长电池的处理器模处理器模块选用S3C2410，S3C2410处理器拥有：独立的16KB指令CacheCacheMMUNAND34路DMA，4路带 的Timer，I/O口，RTC，8路10位ADC，TouchScreen接口，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。其作用先把电压电流和开关量模块传来的实时釆集的数据信号进行模拟量到数字量的转换,然后再进行处理,处理后的数据由天线发送至协调器节点。天线模块CC2591用于对输出功率的放大。其原理框图如图6所示。6S3C2410理框A/D转换本方案选用Crystal公司生产的差分式输入A/D转换器CS5523作为转CS5523是一款采用电荷平衡技术高度集成的ΔΣ型16位数模转换器其拥有4个差分输，内含一个20倍的可编程，低电流输入的斩波、保持仪表放大器，输入的电压量程为可选择的25mV，55mV，100mV，1V，2.5V和5V，用户可根据实际需要通过对内存寄存器进行设置来选择该还包含有一个4阶的ΔΣ调制器和具有8种可选择输出速率的数字滤波器，调转换数率低于30Hz，数字滤波器还能抑制50Hz60Hz工频干扰信号。该是测量或者非信号，弱信号很好的选择。基于该高度的集成和良好的性能只需要在信号输入前设计一个低通滤波器即可完成本系统转换电路的设计。其功能框如图7所示：图7CS5523功能框外部的模拟信号输入到AINx+和AINx-引脚上经过多路模拟开关的选择送入到20倍程控仪表放大器的输入端，通过可编程增益控制器，设置放大的放大倍数，信号经过放大后输出到16位高精度的ΔΣ型数模转换器中进行数模转换，并将其转换结果存放到输出缓冲器中。CS5523以串行的方式与外部进行数据通讯，其通讯接口包含四个控制线：CS、SCLK、SDI、SDO。外部引脚如图8，CS为片选信号，低电平有效。SCLK为时钟信号为串行数据输入，用于将控制指令输入到转换器中。SDO为串行数据输入，用于转换器中的转换结果。8CS5523引脚说明继电器矩同时还可以使驱动控制电路与被控触点电路完全，使用安全系数高。在自本方案选择了松下公司生产的TX2-5V继电器作为电缆线接入与测量电路切类型：2输入，两常开两常闭型；：100mΩ；正常开关能力：2A30VDC最大开关电压：220VDC；最小开关能力：10µA10mVDC；：4ms（（2ms时间：4ms（最大（正常大约2ms工作电压：3.75~5工作功耗：140mW系统电路设1）电压源电超过50V因此本方案中选用了250V500V直流电压作为绝缘测量的电压源。高压电源模块电路原理图如图9所示：图中，TWH8751是功率开关集成电路，内电路由输入级，缓冲放大器和共有5个引出脚，如上图中相应部分的标识所示，管脚功能分别为：输入端1(IN)，选通端2(ST)，地端3(GND)，输出端4(OUT)和电源正端5(VCC)。当2选通端为高电平(≥1.6V)时，脚1输入端对输出端（脚4）无控制作用即末级管截止电路无输出只有脚2为低电平(<1.2V)时加在脚1信号才能有效地控制脚4输出端的电平TWH8751的输入端和选通端所需输入控制电流很小，仅100~200μA，输出端允许通过的最大电流为2A。另设有减流型保护电路，当输出电流超过3A时，保护电路能自动使输出电流减至1A左右，在使输出截止后，集成开关电路将重新恢复至2A的输出负载能力。9高压直流电源原理图10TL494原理TL494是一种固定频率脉宽调制电路它包含了开关电源控制所需的全部如图10所示。2）电片选用Crystal公司生产的差分式输入A/D转换器CS5523；基本测量电路包集的输入端。绝缘电阻的测量使用的是电流电压法，其电路也很简洁。如图所示11绝缘电阻测量原理框图中，Rx是导线间的被测绝缘电阻，Rs是标准采样电阻，R是分压电阻，用于防止导线间短路时(Rx=0)高压直接加到A/D转换器的输入端。同时抬高AIN-端的电压，CS5523要求AIN-端的电压不能低于其NBV端引脚的电压，当NBV为负值时，CS5523允许超过量程电压，而当采样的电压在其测量范围之内时，一般直接将NBV接地，因此AIN-要通过一限流电阻接地。根据电路的分压原理，当采样到的电压为U0时，绝缘电阻值为：Rx250RsRsR或Rx500RsRs 滤波电采样电路时，必须考虑电路的能力。在测试的电压信号幅值比较低的情况下一般在被前需要对信号进行放大滤波等环节的处理但是，由于在本方案中，选用了专门针对弱信号的A/D转换器，其自带有一个20倍的差分放大器，而且采样的电压信号还在A/D转换器的量程范围之内，电路当然是可行的，但必然存在级数多、且调试等缺点。选择合适的集成运放，既可以达到目标，又有级数少、易于调试等优点。滤波电路的主要目的是为了消除电路中的主要干扰，即50Hz的工频干路的滤波部分采用高精度微安电流运OP497和电阻电容来构成滤波电路，其具有很高的输入阻抗，其原理图如图12所示。该电路是由TexasInstruments公司设计的一款专门用于设计滤波器的设计特沃思低通滤波器，其输出截止频率为10Hz，具有良好的曲线特性。当输入1V时，其出的仿真曲线特性如图13所示，由图中可看出，当频率大于50Hz时，其幅频响应曲线已衰减到了-40dB以下为了得到良好的滤波效果必须采用高精12滤波器电路原理图13滤波器输出曲线特性仿真继电器控制电继电器开关矩继电器开关矩阵电路的主要作用是在测量时根据要求将不同的外部被测（每个测试点对应一根导线有61个，矩阵。每个测试点分别连接到主、副开关矩阵的一个继电器上。测试前，所线均不接入测试电路，测试开始时先将第一个或第n个测试点通过主开关矩图14译电路框15继电器开关矩阵接入线缆示意译电路分成两级：一级译用于选择主、副继电器电路中的8个译组，二级译则选择61个继电器中的一个。其电路原理图如图14所示，1~4号译控制主继电器，5~8号译控制副继电器电路。当主串联接入到了测量电路中，如图15所示。测量电源切换电理图如图16所示：16测量电源切换电路原理电源的接入通过单片机的PD0脚控制继电器J42来控制，J42(TX2-5V)是一个单线圈控制、两常开、两常闭型继电器，4、7脚是公共脚，3、8脚是常闭脚，5、6脚是常开脚，7号引脚接到继电器的主矩阵公共脚上，当PD05）LCD液晶图文显示电路为NH160128A，它是160×128点阵的汉字图形型液晶模块，内藏T6963C液晶显示控制器；能直接与80系列等8位微处理器接口；T6963C字体由硬件设置，其字体有4种：5×8、6×8、7×8、8×8；可以以图形方式、文本方式及图形和文本方式进行显示，以及文本方式下的特征显示，还实现图形拷贝操作等；T6963C具有字符发生器CGROM，共有128个字符，并可管理64K显示缓冲区及字符发生器CGRAM。允许MPU随时NH160128AMSP430单片机的连接如图17所示17NH160128AMSP430单片机的接口电路原理其中单片机的PCNH160128ADB0~DB7相连用于传输数。可调电阻RW1用于调节LCD的亮度。复位引脚直接与单片机相连，用单片机控制进行复位。LCD_VBG是在外部电路给LED提供4.2V电压的接口，LCD_RD和LCD_WR分别为控制的读写选通信号引脚LCD_CS1为片选信号，LCD_CS2为通道选择信号。复位电的工作复位性能不好会影响系统的正常运行MSP430单片机中有一复位管脚，它与不可中断功能管脚复用，可由选择其功能，正常情况电路如图18所示：18复位电路原理晶振电19晶振电路原理睡眠唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。在振荡回本电路采用8MHz的外部晶振，原理图如图19所示。调试电图 JTAG调试电路接口原理MSP430单片机具有一个符合IEEE1149.1标准的JTAG接口。JTAG接口实现了三个功能：一是采用边界扫描功能对进行检测；二是对的非易失性器(Flash和EEPROM)、熔丝和锁定位进行编程；三是实现在线调试(On-Chip-Debugging)仿真。本系统中JTAG调试接口电路设计如图20三、设WQZH-VI型联调设备程序设主程序设设计得简单友好。在系统上电后，首先对系统进行初始化，确定系统的默认图如图21示：21主程序流程检测子程序设线缆导通检测子程其测量的程序流程图如图2223示：图22导通性自动检测子程序流程图22导通性手动检测子程序流程绝缘电阻检测程同。其检测的程序流程图如图23图24示。压稳定以后，采样电阻值。 图23绝缘电阻自动测量子程序流程 图24绝缘电阻手动测量子程序