單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電纜測(cè)試儀的方案

　　通信電纜是信息交換的主要媒質(zhì)之一，在通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)和維護(hù)中，傳輸電纜線路的斷路、短路、混線等故障常常困擾著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員。本文將介紹一種電纜測(cè)試儀，不僅可確定電纜線路中的斷路、短路、混線故障的性質(zhì)和故障點(diǎn)位置，而且能測(cè)試電纜的頻率特性，可完成電纜自動(dòng)對(duì)線，解決人們?cè)谛畔⑾到y(tǒng)建設(shè)和維護(hù)中常常遇到的一些問題。

　　1 電纜測(cè)試儀的功能

　　根據(jù)信息系統(tǒng)建設(shè)和日常維護(hù)中經(jīng)常需要解決的問題，為該測(cè)試儀設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)功能：1) 可測(cè)試網(wǎng)絡(luò)電纜的頻率特性，以確定傳輸系統(tǒng)的帶寬(傳輸速率) .2) 可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電纜的自動(dòng)對(duì)線，該功能在大多數(shù)電纜的施工和維護(hù)中能大大提高效率和準(zhǔn)確率。3) 可判斷線路的斷路故障性質(zhì)，并確定線路的斷點(diǎn)。4) 可判斷線路間的短路、混線故障并確定故障點(diǎn)。該測(cè)試儀的組成如圖1 所示。

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　　圖1 電纜測(cè)試儀組成框圖

　　2 電纜測(cè)試儀的測(cè)試原理

　　2. 1 頻率特性

　　電纜的頻率特性是指電纜對(duì)傳輸信號(hào)的衰減隨信號(hào)頻率變化的特性。由于電纜芯線間存在分布電容和電感，其對(duì)正弦信號(hào)的衰減隨傳輸信號(hào)頻率的變化而變化，若在電纜的A 端注入幅度穩(wěn)定的不同頻率信號(hào)，在B 端測(cè)試經(jīng)過電纜傳輸后的與A 端頻率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值，即可獲取電纜的頻率特性。

　　根據(jù)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(zhǔn)頻率f i 間的關(guān)系為：

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　　式中M , N 為分頻器的分頻比。

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　　圖2 頻率合成器框圖

　　由式(1) 可知，通過改變M , N 的值，圖1 中的頻率合成器可輸出不同間隔的與基準(zhǔn)頻率相同穩(wěn)定度的頻率信號(hào)。fo 信號(hào)由輸出電路對(duì)其放大穩(wěn)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)過電纜傳輸后的信號(hào)接入輸入電路進(jìn)行放大，并由APD(模P數(shù)) 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)檢測(cè)處理。單片機(jī)一方面控制M , N 的大小，以達(dá)到輸出不同頻率的目的，另一方面向?qū)Ψ捷敵鑫帐致?lián)絡(luò)同步信號(hào)2. 2 自動(dòng)對(duì)線。

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

　　如圖1 所示。由單片機(jī)和專用電路控制的模擬開關(guān)，將直流測(cè)試信號(hào)分別接入A 端的不同測(cè)試線，在B 端通過單片機(jī)控制模擬開關(guān)接入點(diǎn)檢測(cè)該信號(hào)，A ,B 兩端通過主從信號(hào)同步控制(需要在電纜中找出一對(duì)信號(hào)線作為握手聯(lián)絡(luò)線) ,判斷并記錄各線對(duì)的通、短、斷、混線的對(duì)應(yīng)情況。

　　2. 3 斷線定位

　　根據(jù)電纜制造結(jié)構(gòu)的一致性，單位長(zhǎng)度電纜分布電容的大小是相同的，因此測(cè)試電纜每對(duì)線間的分布電容，即可測(cè)得電纜線路的長(zhǎng)度或電纜線對(duì)的斷點(diǎn)。

　　根據(jù)單穩(wěn)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：

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　　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(shù)，一般取3~5.

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

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　　將式(2) 代入式(3) ,得：

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　　因此，可利用被測(cè)電容作為電路的定時(shí)元件，在一個(gè)定時(shí)周期內(nèi)對(duì)一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)頻率f 信號(hào)取樣記數(shù)，被測(cè)電容越大，則取樣時(shí)間越長(zhǎng)，脈沖記數(shù)越多，脈沖個(gè)數(shù)能線性反映被測(cè)電容值。