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摘要：介绍一种以8051单片机为核心的电缆故障测试系统的测试原理及组成。此系统能检长距离、多芯电缆的多种常见故障，可用于通信、军事、工业医学等多种领域。
关键词：电缆 单片机 断路 短路 故障 测试系统
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多芯电缆是被广泛应用的信号传输或能量传输的重要载体。与其应用的广泛性相比，它的测试方法的落后日益受到广大技术人员的关注。长期以来，人们常用人工测试电缆，但该方法既费时又费力，准确性也比较差。针对以上问题，本文提出一种新型的电缆故障测试系统，以实现对多芯电缆的断路、短路、断路点、短路点的测试。
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1 测试功能
在多芯电缆实际应用中，常见问题为电缆某芯线断路和电缆中某两根芯线之间短路。本系统针对上述问题具有以下测试功能：
(1)短路测试--精确测得电缆芯线之间是否有不必要的连接及短路点的具体位置。
(2)断路测试--能测得电缆中某芯线是否连通及断路点的具体位置。
(3)统计及显示--统计并显示一次测量中开路及短路的芯线数及芯线号。
(4)适用于芯线数目较多和长距离的电缆测试场合。
(5)测试准确、方便、快速，具有自动测试的特点。
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2 测试原理
2.1 断路、短路测试
以8051单片机组成的最小系统为核心，配以多选二开关阵列(模拟开关组合实现)。该开关阵列连接在电缆的某一端，原理框图如图1。采取单端测量法来完成整个测量过程，该方案在测量断路与短路时，具有不同的操作过程。 |
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(1)测试芯线断路
首先将多芯电缆一端所有芯线连到一起，然后将芯线另一端连接开关阵列，由单片机8051控制开关阵列从某一条芯线输入电信号，再由除此芯线以外的其余芯线扫描读取此信号。如果读不到此信号，说明此芯线断路，或除芯线以外的其余芯线都断路。
(2)测试芯线短路
首先将电缆中的所有芯线的一端全部断开(即互不相连)，然后由单片机8051控制与芯线另一端相连的开关阵列，使得从某一条芯线输入电信号，从除此以外的其余芯线扫描读取该信号，若能读得该信号，则说明芯线与被扫描芯线之间有短路情况，并记录相互短路的芯线号。
2.2 断路点、短路点测试
前文叙述了电缆有短路及断路等故障检测方法。如果检测出某一电缆有断路故障，某两根电缆有短路故障，故障点在何处呢？如何判断呢？下面分别做简要说明。
(1)断路故障点检测
电路原理图如图2。IC1及周围元件组成典型文氏桥式正弦波振荡电路，如图2设计的参数，振荡频率f约为1.6kHz。图2中IC2作跟随器，起隔离作用，提高电路带负载的能力；两个二极管利用其非线性以达到自动稳幅的效果。后加的输出变压器是为检测短路故障点的需要，检测断路故障点时可以不用。 |
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将有断路故障的电缆芯线一端接入A点，将一个盒式录音机的放音磁头靠近此电缆线，打开录音机，将其沿着电缆线移动，录音机中可以听到音频信号。到断路点以后，音频信号无法传送过来，录音机中听不到音频信号，这样就可以判断出断路点的位置。需注意的是：当检测多芯线缆某一根断路故障时，其余芯线最好接地，以减小分布电容的影响，这样检测的效果较好。
(2)短路点检测
将有短路故障的两根电缆芯线分别接入B、C处，仍用录音机磁头靠近故障电缆线，并沿着电缆线移动，录音机中可以听到音频信号。到短路点以后，则听不到音频信号，这样可以判断出短路点的位置以录音机原理可生产一种便携式探测器。
2.3 测试功能转换 |
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此系统测试功能的转换，是通过单片机控制上文所提及的模拟开关实现的，简图如图3。其中8051单片机通过向模拟开关K1的1IN、2IN管脚输入电信号，以控制各功能转换。当1IN为高电平，2IN为高电平时，K1的开关1、2导通(A管脚接图2 的A点,此信号通过开关1输入，OUT管脚接放大整形电路再输出给CPU)，由CPU通过外围电路提供芯线选通信号1、2，以分别选通两条不同芯线(图3中LIN通过芯线接口单元接电缆各芯线，K2、K3可级联或并联扩展成足够的端口以接尽可能多的芯线)进行断路或短路扫描检测；当1IN为高电平，2IN为任意电平时，K1的开关1导通(图2 的A点信号通过开关1输入)，由CPU通过外围电路提供芯线选通信号2，以选通一开路芯线，进行开路点检测；当1IN为低电平，2IN为低电平时，K1的开关3、4导通(B、C管脚信号接入电路，B、C管脚分别与图2的B、C点相连)，由CPU通过外围电路提供芯线选通信号1、2，分别选通两条短路芯线，进行短路点检测。
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3 系统电路组成
系统电路组成如图4所示。 |
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4 程序流程
程序流程如图5所示。 |
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上述判别电缆断路点和短路点故障的方法既简单又实用。对于非屏蔽和非预埋在地下的电缆及一般导线，上述检测方法均能达到较为满意的效果。至于屏蔽电缆及预埋在地下的电缆，本文介绍的断路及短路检测方法仍然适用。
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参考文献
1 丁元杰．单片微机原理及应用．北京：机械工业出版社，1996
2 何立民．单片机应用技术选编(3)．北京：北京航空航天大学出版社，1996
3 邱关源．电路．北京：高等教育出版社，1999
4 康华光．电子技术基础．北京：高等教育出版社， 1988
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