華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 張 凱

山東電力集團(tuán)公司菏澤供電公司 殷守斌

1.引言

校線工作是電力系統(tǒng)設(shè)備回路檢修中極為重要的環(huán)節(jié)。目前普遍采用的方法是多人利用萬(wàn)用表（或通燈）量通斷加上對(duì)講機(jī)輔助校對(duì)。這種方法不僅費(fèi)時(shí)耗人力易出錯(cuò)，給工程施工帶來(lái)麻煩，更為重要的是它受到了很多高頻設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)合禁止使用無(wú)線通訊的限制。

從60年代開(kāi)始，人們對(duì)于傳統(tǒng)的萬(wàn)用表通燈校線方法過(guò)于費(fèi)時(shí)、容易出錯(cuò)的缺點(diǎn)進(jìn)行的改進(jìn)和進(jìn)行新產(chǎn)品研制的探索[1-15]。盡管在提高效率和準(zhǔn)確率方面都有巨大的進(jìn)步，但是，依舊不能滿(mǎn)足新的環(huán)境下校線工作的需要。例如，現(xiàn)在校線不僅要求能夠顯示線纜的序號(hào)，很多情況下還要求顯示線號(hào)，而且線號(hào)的范圍包括數(shù)字、英文大小寫(xiě)字母和羅馬大寫(xiě)字母，這些要求在以上提到的文獻(xiàn)[1-15]中都很難滿(mǎn)足。而且，很多高頻設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)合禁止使用無(wú)線通訊，這樣，當(dāng)兩個(gè)人使用對(duì)講設(shè)備校線時(shí)，就遇到了麻煩。

基于以上考慮，我們結(jié)合校線的具體流程，在進(jìn)行了實(shí)際調(diào)研的基礎(chǔ)上，研制了一臺(tái)基于單片機(jī)控制的多功能微機(jī)校線裝置。

新研制的裝置不僅具有校對(duì)準(zhǔn)確、迅速、可單人完成工作的優(yōu)點(diǎn)，而且把通話(huà)部分嵌入到設(shè)備內(nèi)部，采用現(xiàn)場(chǎng)單線通訊，從而擺脫了無(wú)線通訊的限制。

和萬(wàn)用表相比，它的優(yōu)點(diǎn)在于它可以輸入和顯示所校對(duì)線的線號(hào)，而不是單純的提示通和斷。該裝置還可以解決萬(wàn)用表量通斷時(shí)代無(wú)法解決的線路接地、短接的施工錯(cuò)誤。測(cè)試距離最長(zhǎng)可達(dá)1000米。

2.主機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)功能的設(shè)計(jì)

該校線裝置由主機(jī)和從機(jī)共同構(gòu)成，主機(jī)和從機(jī)有液晶顯示、信號(hào)指示燈和按鍵，其中主機(jī)的按鍵是矩陣鍵盤(pán)，從機(jī)為獨(dú)立按鍵，所有這些均由各自的CPU進(jìn)行控制，其中主機(jī)的CPU控制負(fù)責(zé)向從機(jī)發(fā)送信號(hào)，從機(jī)的CPU控制負(fù)責(zé)從主機(jī)接收信號(hào)。

其工作原理簡(jiǎn)圖如圖1所示。

該裝置具有的功能包括：

1）能夠準(zhǔn)確、便捷的校對(duì)線路。尤其在新建工程中，可以利用裝置的號(hào)碼顯示功能方便的完成穿線號(hào)工作。

2）具有線路短接提示功能，在校線過(guò)程中，若待校線路中有短接，則主從機(jī)都會(huì)交替顯示短接端口和線號(hào)。

3）具有線路接地提示功能，當(dāng)主機(jī)連接好待校線路，而從機(jī)未進(jìn)行操作之前主機(jī)有端口檢測(cè)顯示時(shí)，就說(shuō)明該線路接地。

4）可利用現(xiàn)場(chǎng)的一根已知線構(gòu)成通話(huà)回路，在音頻帶（300-3300Hz）內(nèi)實(shí)現(xiàn)通話(huà)。操作方便，簡(jiǎn)潔。

5）具有漢字、英文大小寫(xiě)、數(shù)字和電力系統(tǒng)常有符號(hào)功能，通過(guò)裝置的主機(jī)可以輸入線號(hào)，線號(hào)輸入后可以具有存儲(chǔ)、修改、刪除等功能。掉電后輸入的線號(hào)不消失。

2.2 I/O口的擴(kuò)展設(shè)計(jì)

由于本校線儀主機(jī)需要有16個(gè)測(cè)試端口，輸入鍵盤(pán)預(yù)計(jì)需要8個(gè)端口，液晶需要8個(gè)以上端口，通信功能和存儲(chǔ)功能也都需要占用單片機(jī)的非常有限的I/O口資源，而這些功能設(shè)計(jì)中，要求不能重復(fù)使用單片機(jī)的輸入輸出端口，因此，在本校線儀的硬件電路設(shè)計(jì)中，為了滿(mǎn)足各個(gè)基本功能的需要，需要對(duì)選用的的單片機(jī)的I/O口進(jìn)行擴(kuò)展。

8255是一款常用的并行接口芯片，可通過(guò)編程的方法，使其執(zhí)行不同的接口功能，使用靈活方便，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。因此，在本次設(shè)計(jì)中，使用8255對(duì)單片機(jī)進(jìn)行I/O口擴(kuò)展[16]。

2.3 輸出模塊的選擇

128×64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置國(guó)標(biāo)GB2312碼簡(jiǎn)體中文字庫(kù)（16×16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8×16點(diǎn)陣）及64×256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。可與CPU直接接口，提供兩種界面來(lái)連接微處理機(jī)：8位并行及串行兩種連接方式。具有光標(biāo)顯示、畫(huà)面移位、睡眠模式等多種功能[17]。

2.4 輸入功能模塊的設(shè)計(jì)

在本次微機(jī)校線儀的設(shè)計(jì)中，根據(jù)校線儀的功能要求，所設(shè)計(jì)的輸入鍵盤(pán)應(yīng)該包含的編碼有0～9十個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字鍵、返回鍵、功能切換鍵、確認(rèn)鍵和刪除鍵，共需要14個(gè)按鍵。如果采用獨(dú)立式鍵盤(pán)，需要14個(gè)I/O口，而采用4×4矩陣式鍵盤(pán)，則最多需要8個(gè)I/O口。

根據(jù)輸入的要求，校線儀主機(jī)應(yīng)該能輸入阿拉伯?dāng)?shù)字、英文大小寫(xiě)和大寫(xiě)的羅馬字母，根據(jù)菜單的功能要求，鍵盤(pán)應(yīng)包括的功能鍵有：返回鍵、確認(rèn)鍵、刪除鍵，由于設(shè)計(jì)時(shí)使數(shù)字鍵和英文字母以及羅馬字母共用鍵，還設(shè)計(jì)一個(gè)切換鍵。因此，總共需要按鍵14個(gè)，而4×4矩陣鍵盤(pán)可以形成16個(gè)按鍵，因此，選用4×4矩陣鍵盤(pán)作為校線儀主機(jī)的輸入鍵盤(pán)[17]。

根據(jù)輸入需要，共有數(shù)字、英文大寫(xiě)、英文小寫(xiě)和羅馬大寫(xiě)4種輸入法，因此設(shè)計(jì)切換鍵按下時(shí)依次分別顯示4種輸入狀態(tài)中的一種。

刪除鍵用于輸入錯(cuò)誤時(shí)刪除使用，確認(rèn)鍵則用于確定輸入的結(jié)果時(shí)使用，返回鍵則可以返回上一級(jí)菜單。

2.5 校線功能模塊的設(shè)計(jì)

圖1 校線儀工作原理圖Fig 1 the working principle of the checking line device

圖2 從機(jī)工作程序流程圖Fig 2 the workflow of the slave comptuer

圖3 多功能校線儀箱外觀圖Fig 3 the surface of the host

圖4 多功能校線儀從機(jī)外觀圖Fig 4 the surface of the slave computer

圖5 工作人員在主機(jī)端進(jìn)行校線工作Fig 5 the worker is working at the host

校線功能的原理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，將主機(jī)單片機(jī)中用于校線的16個(gè)管腳均置高電平，每個(gè)管腳連接一個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極，發(fā)光二極管的正極接電源，即高電平。從機(jī)中的單片機(jī)中用于校線的管腳置低電平，這樣，當(dāng)兩個(gè)單片機(jī)共地，有導(dǎo)線將主機(jī)的某個(gè)校線端口和從機(jī)的校線端口連接后，主機(jī)的該端口即被拉低成低電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，證明該端口的線纜被校通。如果某幾個(gè)端口的線纜短路，這時(shí)，被短路的線纜的端口電平都會(huì)變成低電平，其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管均被點(diǎn)亮。

3.從機(jī)的設(shè)計(jì)

3.1 從機(jī)總體設(shè)計(jì)

圖6 工作人員在從機(jī)端進(jìn)行校線工作Fig 6 the worker is working at the slave computer

圖7 工作人員在進(jìn)行校線工作Fig 7 the worker is checking lines

從機(jī)上不設(shè)計(jì)線號(hào)輸入等功能，只需要顯示主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的信息，因此從機(jī)配置相對(duì)主機(jī)而言比較簡(jiǎn)單。根據(jù)從機(jī)的功能需求，從機(jī)設(shè)計(jì)成手持式。給從機(jī)上電后，液晶即顯示進(jìn)入等待校線狀態(tài)，即只是顯示標(biāo)題，一直處于等待接收信息的狀態(tài)。直到從機(jī)與主機(jī)通過(guò)被校線纜連通時(shí)，主機(jī)有信息通過(guò)單片機(jī)的串行通信傳到從機(jī)，從機(jī)則開(kāi)始接收從主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的端口和相應(yīng)的線號(hào)的信息，顯示在從機(jī)的液晶上。當(dāng)從機(jī)與主機(jī)斷開(kāi)時(shí)，這時(shí)從機(jī)啟動(dòng)定時(shí)器，并會(huì)判斷斷開(kāi)的時(shí)間，如果斷開(kāi)的時(shí)間沒(méi)有超過(guò)1秒時(shí)，這時(shí)在從機(jī)的液晶上仍會(huì)顯示剛才接通的線纜的信息，如果從機(jī)與主機(jī)斷開(kāi)時(shí)間超過(guò)1秒，而沒(méi)有任何其他線纜連通主機(jī)與從機(jī)時(shí)，這時(shí)候，從機(jī)的液晶上又恢復(fù)至等待校線狀態(tài)。

3.2 從機(jī)流程設(shè)計(jì)

根據(jù)從機(jī)的總體功能設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)其程序流程圖如圖2所示。

4.產(chǎn)品雛形與實(shí)際應(yīng)用

多功能校線儀封裝在一個(gè)鋁合金的機(jī)箱內(nèi)，其外觀圖如圖3所示。

根據(jù)從機(jī)的功能要求和應(yīng)用需要，我們?yōu)閺臋C(jī)選擇了方便手持的外殼，并將從機(jī)需要用到的接地線、檢測(cè)線、通信線A和B以及通話(huà)線用航空插頭將線引出，分別用黑、白、紅、綠、黃五種顏色加以區(qū)分，從機(jī)的外觀圖如圖4所示。

經(jīng)過(guò)多個(gè)變電站測(cè)試應(yīng)用，我們實(shí)現(xiàn)了通話(huà)功能、通訊功能、線號(hào)輸入功能和電纜校線功能，并實(shí)現(xiàn)了電纜芯線短路和接地故障的查詢(xún)。

該智能微機(jī)校線儀在同時(shí)校驗(yàn)多芯電纜時(shí)體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)，適用于變電站工程基建和擴(kuò)建工程。研制的智能微機(jī)校線儀在幾個(gè)擴(kuò)建、基建工程中得到了大量的使用。圖5-7為工作人員在使用該校線儀器進(jìn)行電纜校線工作。

5.結(jié)論

該智能微機(jī)校線儀在同時(shí)校驗(yàn)多芯電纜時(shí)體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)，適用于變電站工程基建和擴(kuò)建工程。

本智能微機(jī)校線儀解決的實(shí)際問(wèn)題主要有：減少了無(wú)線通訊工具對(duì)高頻保護(hù)設(shè)備的影響；可以查出因電纜芯破損出現(xiàn)的短路、接地等故障，大大提高了電纜校線的正確率；該裝置一個(gè)人也能夠?qū)崿F(xiàn)電纜校線，節(jié)約了人力，大大提高了工作效率。

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