張 紅

閩江學(xué)院，福建福州 350108

電話線故障檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張 紅

閩江學(xué)院，福建福州 350108

設(shè)計(jì)一個(gè)電話線故障（斷路或短路）點(diǎn)簡(jiǎn)易檢測(cè)裝置，要求該裝置能檢測(cè)出電話線故障狀態(tài)；能檢測(cè)出人為的電話線短路點(diǎn)的位置，并以數(shù)字形式顯示出短路點(diǎn)長(zhǎng)度值；語音報(bào)出短路點(diǎn)的位置。根據(jù)電話線短路或斷路的位置不同測(cè)量出的電阻和電容值也是不同的，得到電壓或頻率的關(guān)系，利用A/D轉(zhuǎn)換器就可以得到我們可以控制的量，完成檢測(cè)。

短路電阻；斷路電容；反向放大；靜態(tài)顯示；語音報(bào)數(shù)；A/D轉(zhuǎn)換

電話線是被廣泛應(yīng)用的信號(hào)傳輸或能量傳輸?shù)闹匾d體。與其應(yīng)用的廣泛性相比，它的測(cè)試方法是落后日益受到廣大技術(shù)人員的關(guān)注。長(zhǎng)期以來，人們常用人工測(cè)試電話線，但該方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，準(zhǔn)確性也比較差。針對(duì)以上問題，本文提出一種新型的電話線故障測(cè)試系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電話線的斷路、短路、斷路點(diǎn)、短路點(diǎn)的測(cè)試。此系統(tǒng)能檢測(cè)長(zhǎng)距離的電話線常見故障，可用于通信、軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域。

1 理論分析

1.1 短路電阻測(cè)量的原理

基于對(duì)電話線故障檢測(cè)，當(dāng)電話線短路時(shí)，利用電阻的分壓作用，把電話線的電阻分壓的值經(jīng)過放大器的兩級(jí)放大，再通過A/D轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，得到我們所能控制的電壓。通過單片機(jī)內(nèi)部程序計(jì)算就可以得出電話線的短路點(diǎn)長(zhǎng)度，并且可以轉(zhuǎn)到顯示電路上顯示出來相應(yīng)的短路位置。

簡(jiǎn)而言之，電阻測(cè)量的原理就是通過對(duì)電壓的測(cè)量，再根據(jù)公式把電阻電壓值轉(zhuǎn)換成所要顯示的長(zhǎng)度測(cè)量值。

1.2 斷路電容測(cè)量的原理

電容的測(cè)量有很多種方法，其中我們利用過電橋測(cè)試，交流電橋輸出阻抗很高（一般達(dá)幾兆歐到幾十兆歐），輸出電壓幅值又小所以必須后接高輸入阻抗放大器將信號(hào)放大后才能測(cè)量。于是我們選用了簡(jiǎn)單易行的方法，利用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩，產(chǎn)生矩形波形，通過輸出的方波計(jì)算出周期，由于周期和電容呈線性關(guān)系，而電容又和長(zhǎng)度呈線性關(guān)系，通過周期的不同從而得到電容的大小，最后可以得到斷路點(diǎn)的位置。由于輸出的波形頻率很小，這里利用D觸發(fā)器對(duì)其進(jìn)行16分頻，把周期再輸送到單片機(jī)內(nèi)，最后測(cè)出斷路時(shí)電話線的長(zhǎng)度。

1.3 顯示方案的選擇

我所選用的顯示方案是大家都比較熟悉的靜態(tài)顯示電路，靜態(tài)顯示電路要由數(shù)碼管和74LS164組成，74LS164是一個(gè)七段式譯碼器，把它的輸出端接到共陰極數(shù)碼管的相應(yīng)端口就可以把數(shù)據(jù)顯示到數(shù)碼管上，共陰極數(shù)碼管公共端COM接到GND端，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。我們的顯示從左數(shù)前二位是顯示電話線故障的，判斷其是短路還是斷路。后四位是顯示故障位置既故障點(diǎn)處電話線的長(zhǎng)度值，數(shù)碼管可以顯示出00.00—10.00的數(shù)據(jù)值。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

首先把電話線插到我們檢測(cè)的端口，通過短路斷路檢測(cè)裝置。如果電話線是短路的話黃燈亮。通過測(cè)試電話線兩端的電壓，通過LM324兩級(jí)放大，把電壓放大20倍（第一級(jí)放大兩倍，第二級(jí)放大十倍），再通過A/ D轉(zhuǎn)換器把電壓值轉(zhuǎn)換成單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。通過程序的控制靜態(tài)顯示部分可以顯示出當(dāng)前的故障狀況和具體位置（也就是電話線的長(zhǎng)度），并且通過語音模塊報(bào)出電話線的長(zhǎng)度。如果電話線的故障狀況是斷路的話，紅燈亮。利用555振蕩器把輸出信號(hào)的周期測(cè)出來，通過74LS74四個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成的十六分頻把周期信號(hào)送到單片機(jī)中，由程序控制靜態(tài)顯示部分顯示出故障狀態(tài)和電話線的斷路位置即電話線的長(zhǎng)度，并通過語音模塊報(bào)出電話線的長(zhǎng)度。

2.2 電阻的測(cè)量與計(jì)算

如果電話線出現(xiàn)的故障是短路，那么要檢測(cè)出故障位置就要通過電話線的短路電阻的不同來間接的測(cè)量。而電阻的大小是通過在電路中它所分壓的大小來間接得到的，計(jì)算方法如下：

R0是已測(cè)電阻為26.5歐 L0=10m

由上式可得 U0的表達(dá)式：

2.3 電容的測(cè)量與計(jì)算

如果電話線的故障是斷路時(shí)，想要知道該電路斷電的位置時(shí)就利用電容的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)，我們通過單片機(jī)89C51控制555電路，555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩。通過頻率的不同來確定位置的不同。因?yàn)殡娙莺烷L(zhǎng)度是呈正比例關(guān)系的，而周期又和電容大小也呈正比例關(guān)系，因此我們可以實(shí)現(xiàn)周期和長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)換。最后測(cè)出電話線斷路點(diǎn)長(zhǎng)度。

我們實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果是：

用程序中的報(bào)數(shù)程序，就能用語音來報(bào)出短路或斷路位置的長(zhǎng)度。

3 測(cè)試方法結(jié)果及分析

3.1 電阻電壓測(cè)試方法

首先把十米電話線短路的電阻測(cè)試出來，用實(shí)驗(yàn)室的阻容元件測(cè)試儀來測(cè)試，這臺(tái)儀器測(cè)試的電阻非常精確。測(cè)試出十米電話線的短路電阻時(shí)26.5歐。

電阻的測(cè)試方法是通過對(duì)它所分壓的大小間接的測(cè)量出來的，首先把電路的原理在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試，用萬用表測(cè)量電話線兩端的電壓和它通過LM324二倍放大和十倍放大后的電壓。把十米的電話線從十米截?cái)嗟揭幻子謴囊幻捉拥绞?，?jīng)過兩次測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1。

表1

由測(cè)試所得的數(shù)據(jù)可以的出，電話線兩端的電壓值和電話線的長(zhǎng)度呈正比例關(guān)系。

3.2 電容周期的測(cè)量方法

利用555定時(shí)器，把斷路電話線接到555的5腳和地之間，測(cè)試公式中需要的周期T，我們用的儀器是示波器來把由一到十米的波形觀測(cè)出來，再把周期從示波器上讀出來。

表2 電容測(cè)量值

4 結(jié)論

經(jīng)過測(cè)試，我們的系統(tǒng)測(cè)量短路電阻和測(cè)量斷路電容都能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，并且系統(tǒng)穩(wěn)定，性能良好。

[1]李全利，仲偉峰，徐軍.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2]劉愛華，滿寶元.傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[3]元紅妍，張?chǎng)?電子綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程[M].山東：山東大學(xué)出版社，2005.

[4]萬國慶.電子測(cè)量教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

TP3

A

1674-6708（2015）150-0172-02