范帥帥,遲宗濤(青島大學(xué),山東 青島 266071)
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電纜無(wú)線測(cè)試儀的設(shè)計(jì)
范帥帥,遲宗濤
(青島大學(xué),山東 青島 266071)
摘 要:本文采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為核心控制裝置制作了一個(gè)電纜無(wú)線測(cè)試儀。系統(tǒng)集成了STC12C5A60S2單片機(jī)、CC1101無(wú)線傳輸模塊、LCD1602顯示模塊三大模塊,其測(cè)試內(nèi)容主要包括對(duì)32芯電纜和60芯電纜的檢測(cè)。測(cè)試32芯的電纜時(shí),被測(cè)電纜長(zhǎng)度最大不小于5米,測(cè)試時(shí)間不大于2分鐘,還能修改電纜連接關(guān)系并記錄顯示測(cè)試結(jié)果。測(cè)試60芯的電纜時(shí),被測(cè)電纜長(zhǎng)度最大不小于20米,測(cè)試時(shí)間不大于60秒[1],還能中文提示操作過程和顯示結(jié)果信息。
關(guān)鍵詞:STC12C5A60S2芯片;LCD1602;CC1101無(wú)線模塊;電纜
電纜背景。隨著社會(huì)的發(fā)展,電纜在各行各業(yè)都得到了大量的應(yīng)用。對(duì)于沒用過電纜無(wú)線測(cè)試儀的用戶,測(cè)試儀的推廣應(yīng)用便成了不時(shí)之需,尤其是電纜出現(xiàn)故障后對(duì)測(cè)試儀的需求更是迫不及待。這一舉措明顯的減少了故障排查時(shí)間,提高了工作效率,降低了損失。
2.1 設(shè)計(jì)思路
本文以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心,由CC1101無(wú)線傳輸模塊和LCD1602顯示模塊組成的電纜無(wú)線測(cè)試儀。先是主機(jī)上的STC12C5A60S2單片機(jī)發(fā)送信號(hào)經(jīng)電纜到達(dá)輔機(jī),然后由輔機(jī)上的STC12C5A60S2單片機(jī)接收信息并判斷電纜是否正常,將非正常的數(shù)據(jù)發(fā)送回主機(jī),主機(jī)通過返回的數(shù)據(jù)將得到的特征值進(jìn)行處理后,對(duì)電纜的連接關(guān)系進(jìn)行修改(因IO口有限本設(shè)計(jì)中只模擬設(shè)計(jì)了兩路調(diào)換)或排線數(shù)進(jìn)行修改并將非正常的第幾條芯數(shù)通過LCD1602顯示在屏幕上。另外本設(shè)計(jì)還使用獨(dú)立按鍵進(jìn)行相關(guān)的操作。
2.2 CC1101無(wú)線模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳送和接收
CC1101無(wú)線模塊,微功耗,體積小,可廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合的短距離無(wú)線通信領(lǐng)域[2]。
無(wú)線模塊的工作原理是,首先由一端將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為無(wú)線信號(hào),在空氣中經(jīng)過介質(zhì)傳輸無(wú)線信號(hào),當(dāng)另外一端接收到無(wú)線信號(hào)后,將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并將其發(fā)送給STC12C5A60S2單片機(jī)。
3.1 控制器(MCU)模塊設(shè)計(jì)
該使用的控制器是單片機(jī)STC12C5A60S2。40、20#分別接電源和地;9#管腳連接的是上電復(fù)位電路;因?yàn)镻0口為開漏輸出需加4.7k的上拉電阻,連接的是LCD的數(shù)據(jù)端口;P1口連接的是鎖存器的鎖存端;P2口連接的是鎖存器的數(shù)據(jù)端;P3.0、P3.1管腳連接的是無(wú)線串口模塊的TxD跟RxD端口;P3.2、P3.3、P3.4分別連接的是LCD的RS、RW、EN端口;P3.6管腳為控制LCD背光燈亮滅的控制管腳;P3.7接一個(gè)按鍵,用于控制啟動(dòng)檢測(cè)事件。電路如圖1所示。
3.2 無(wú)線模塊電路設(shè)計(jì)
利用CC1101無(wú)線收發(fā)模塊,采用串口通信的方式,實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)的無(wú)線通信。
3.3 顯示模塊設(shè)計(jì)
采用LCD1602液晶顯示,控制簡(jiǎn)單使用方便??刂贫薘S、RW、EN分別連接單片機(jī)的P3.2、P3.3、P3.4管腳;數(shù)據(jù)端連接單片機(jī)的P0口;R3滑動(dòng)變阻器用于調(diào)整LCD的清晰度;Q1三極管接單片機(jī)的P3.6管腳,用于控制LCD背光燈的亮滅。
3.4 電纜檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)
因?yàn)閱纹瑱C(jī)接口有限,且驅(qū)動(dòng)電流較小,所以利用74HC573鎖存器擴(kuò)展電纜線測(cè)試端口。鎖存器的數(shù)據(jù)端口接單片機(jī)的P2口;鎖存端接單片機(jī)的P1口。
4.1 主機(jī)程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用 C語(yǔ)言,對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。當(dāng)啟動(dòng)單片機(jī)之后,首先單片機(jī)系統(tǒng)初始化需要配置串口初始化、定義測(cè)試電纜標(biāo)志位初始化、LCD系統(tǒng)初始化、LCD顯示初始化等設(shè)置;然后再執(zhí)行主循環(huán)里面的程序。主機(jī)程序流程如圖2所示。
4.2 串口中斷程序設(shè)計(jì)
串口數(shù)據(jù)的接收在串口中斷程序中執(zhí)行,當(dāng)RI標(biāo)志位置1,表示接收到串口數(shù)據(jù)執(zhí)行串口中斷函數(shù),因?yàn)镽I標(biāo)志需軟件清除,所以進(jìn)入中斷之后首先清除RI標(biāo)志。然后再讀取SBUF中的數(shù)據(jù)。
5.1 測(cè)試方法
對(duì)于一根多芯被測(cè)屏蔽電纜,設(shè)計(jì)的電纜無(wú)線測(cè)試儀,測(cè)試電纜中各芯的額定通斷狀態(tài)和意外短路狀態(tài)。主機(jī)向電纜其中一條線發(fā)送一個(gè)高電平再由CC1101模塊向輔機(jī)發(fā)送,然后由輔機(jī)進(jìn)行對(duì)32芯的電纜或32根排線判斷,32芯的電纜或32根排線內(nèi)如果有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的高電平就說(shuō)明該條光纜或排線短路了、如果有一個(gè)高電平說(shuō)明該條光纜或排線正常、如果沒有則說(shuō)明該條光纜或排線斷路了。
5.2 測(cè)試結(jié)果
5.2.1 測(cè)試數(shù)據(jù)
(1)只測(cè)試斷路狀態(tài)。測(cè)試時(shí)首先設(shè)置32芯與60芯電纜故障,把代替電纜的排線的第3、5、6、8、9、10、13、16、20、29線剪斷,然后測(cè)試檢測(cè)出電纜的狀態(tài),并記錄檢測(cè)所需時(shí)間。經(jīng)測(cè)試可得在小于一分鐘的檢測(cè)時(shí)間內(nèi),32芯與60芯電纜的排線3、5、6、8、9、10、13、16、20、29分別都出現(xiàn)斷路,沒有短路情況。
(2)只測(cè)試短路狀態(tài)。測(cè)試時(shí)首先設(shè)置32芯與60芯電纜故障,把代替電纜的排線的第(3、6),(5、8),(9、10),(13、16),(20、29)線分別連在一起,然后測(cè)試檢測(cè)出電纜的狀態(tài),并記錄檢測(cè)所需時(shí)間。經(jīng)測(cè)試可得在小于一分鐘的檢測(cè)時(shí)間內(nèi),32芯與60芯電纜排線第(3、6),(5、8),(9、10),(13、16),(20、29)都出現(xiàn)短路沒有斷路情況。
(3)同時(shí)測(cè)量斷路、短路狀態(tài)。測(cè)試時(shí)首先設(shè)置32芯與60芯電纜故障,把代替電纜的排線的第(3、6),(20、29)線分別連在一起,第5、8、9、10、13、16線斷開,然后測(cè)試檢測(cè)出電纜的狀態(tài),并記錄檢測(cè)所需時(shí)間。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 斷路短路測(cè)試數(shù)據(jù)表
5.2.2 結(jié)果分析
經(jīng)過無(wú)數(shù)次的測(cè)試,將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理得出電纜中或排線中出現(xiàn)的故障與所設(shè)置故障基本一致,基本完成了設(shè)計(jì)要求。但還需進(jìn)一步完善該測(cè)試儀的功能。
電纜無(wú)線測(cè)試儀的設(shè)計(jì)使用單片機(jī)STC12C5A60S2為核心元件,通過CC1101無(wú)線傳輸模塊、LCD1602模塊、獨(dú)立按鍵模塊的的相互作用,加上Keil軟件的編程,完成了對(duì)60芯和30芯電纜的檢測(cè),通過模擬短路和斷路狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線測(cè)試儀的作用。
參考文獻(xiàn):
[1] ChengFengRF.無(wú)線模塊_分類_百度百科[DB/OL]. http:// baike.baidu.com/link?url=4MzO79vI0uUQsnMtAmnPcYqUypIt22pbjnv RX w94 zRLKQSbMwrdCHnycWaLajqjV04NjIWIG2XdmTDS0e8NEi_,2015-04-23.
[1]陳亮.基于RFID的井下人員安全定位系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)械,2012,33(06):279-280.
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.111
作者簡(jiǎn)介:范帥帥(1991-),女,山東費(fèi)縣人,研究生,學(xué)生,研究方向:傳感器。