張兵 張東方 周梅軍 田鋼

73106部隊(duì) 江蘇 淮安 223300

引言

某型地空導(dǎo)彈發(fā)射通道電纜用于導(dǎo)彈與發(fā)控設(shè)備之間的信號(hào)傳輸，對(duì)其進(jìn)行絕緣電阻檢測是地空導(dǎo)彈日常維護(hù)和實(shí)彈射擊前檢查中的重要內(nèi)容，也是確保導(dǎo)彈能否正常發(fā)射的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)方法是人工手搖兆歐表對(duì)電纜芯線絕緣電阻進(jìn)行逐個(gè)檢測，但電纜芯線較多、芯間間隙較小時(shí)，靠人工頻繁切換電纜芯線，容易出錯(cuò)，耗時(shí)較長，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性難以保證。本文介紹的基于單片機(jī)控制技術(shù)的多芯電纜絕緣電阻檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多芯電纜自動(dòng)快速檢測，為發(fā)射電纜檢測提供了科學(xué)有效的方法。

1 系統(tǒng)簡介

1.1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有以下功能：①開機(jī)自檢功能；②待檢電纜芯號(hào)設(shè)定功能；③多路絕緣電阻同時(shí)和循環(huán)檢測功能；④絕緣電阻自動(dòng)判讀功能；⑤測試結(jié)果實(shí)時(shí)顯示功能。

1.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制、多路采集檢測、直流高壓產(chǎn)生、繼電器陣列控制、顯示等模塊組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖

系統(tǒng)工作原理為：啟動(dòng)復(fù)位電路，系統(tǒng)運(yùn)行初始化，操作人員通過鍵盤設(shè)定電纜芯號(hào)，發(fā)出檢測命令，單片機(jī)啟動(dòng)控制電路，通過CPLD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器陣列的閉合與斷開來選通相應(yīng)的采集回路，對(duì)選通的采集回路電壓信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離和運(yùn)算放大處理，然后A/D將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)采集、分析和運(yùn)算處理，將檢測結(jié)果在LCD液晶顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示[1]。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 檢測原理

根據(jù)絕緣電阻檢測原理和電纜測量耐壓要求，系統(tǒng)采用串聯(lián)法測量絕緣電阻值。檢測原理為：測量Rx時(shí)，圖中U為已知標(biāo)準(zhǔn)直流穩(wěn)壓電源電壓，V為Rstd兩端電壓，Rf和Rstd為已知標(biāo)準(zhǔn)電阻。Rstd為采樣電阻，Rf的作用是為Rstd提供一個(gè)合適的電壓，隨著Rx阻值的變化，Rstd上會(huì)線性分得不同的電壓，然后通過采樣，換算Rstd上的電壓值便可以得到被測電阻Rx的阻值，即：Rx=Rstd*（U-V）/V -Rf。串聯(lián)法檢測原理圖如圖2所示。

圖2 串聯(lián)法檢測原理圖

2.2 電路構(gòu)成

（1）單片機(jī)控制電路

采用STC15F2K60S2作為核心處理單元，主要特點(diǎn)有：超高速雙串口，超強(qiáng)抗干擾，大容量2048字節(jié)SRAM，5組8位并行端口，寬電壓（4.2～5.5V），3路PWM，還可對(duì)外輸出時(shí)鐘和低電平復(fù)位信號(hào)。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路、ISP監(jiān)控程序和看門狗電路。通過C語言程序控制CPLD、CD4051、ADC0809等芯片的工作，完成電壓信號(hào)的采集、處理和存儲(chǔ)，以及鍵盤錄入、液晶顯示功能。

（2）多路采集檢測電路

為提高電纜絕緣電阻檢測效率，采用到多路芯線同時(shí)檢測設(shè)計(jì)。多個(gè)信號(hào)采集電路分別完成電壓數(shù)據(jù)采集，經(jīng)運(yùn)算放大、A/D轉(zhuǎn)換處理后送給單片機(jī)，最后由單片機(jī)完成多路檢測處理控制。多路電壓采集：單片機(jī)將待測電纜的芯線號(hào)送給CPLD，由CPLD控制繼電器陣列的選通來實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)采集。電壓信號(hào)處理：經(jīng)濾波、隔離處理后送入運(yùn)算放大器（LM224：四路運(yùn)算放大器），運(yùn)算放大器將電壓信號(hào)整合成1～5V（緣電阻的阻值越小，相對(duì)應(yīng)的采樣電壓越高）電壓信號(hào)以供A/D轉(zhuǎn)換器處理。信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換：由多路模擬開關(guān)（CD4051：8 選1數(shù)字控制模擬開關(guān)）配送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC0809：8位高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器），經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬電壓處理成數(shù)字信號(hào)，以供給單片機(jī)采集、分析和處理使用。

（3）繼電器陣列控制電路

采用ALTERA公司的MAX700s，它是基于第二代MAX5.0-V結(jié)構(gòu)的EEPROMR高精度、高性能、可編程的CPLD芯片，可提供32～256個(gè)邏輯宏單元，5ns的邏輯延時(shí)以及175.4MHz的高速計(jì)數(shù)器。繼電器陣列控制電路采用CPLD進(jìn)行IO口擴(kuò)展，CPLD與單片機(jī)采用模擬串行的方式連接，將編寫的繼電器陣列通斷控制程序下載到CPLD中。單片機(jī)只需將待測電纜的芯線號(hào)送給CPLD，由CPLD來完成繼電器陣列的選通[2]。

（4）液晶顯示電路

采用JD320240B型圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，主要由RA8835控制器、行列驅(qū)動(dòng)器、顯示存儲(chǔ)器、LCD液晶顯示屏和接口電路等組成。通過單片機(jī)的控制，將電纜絕緣電阻檢測結(jié)果在液晶屏上顯示出來。

（5）電源電路

為單片機(jī)控制電路、繼電器陣列電路、LCD液晶顯示電路、鍵盤電路、檢測電路等提供各種供電電源。

（6）鍵盤電路

通過鍵盤完成系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，如待測電纜芯數(shù)的設(shè)定以及檢測結(jié)果的查看、刪除、保存等功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分以KEIL軟件為開發(fā)平臺(tái)，采用C語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序，軟件主要由自檢程序、電纜參數(shù)設(shè)置程序、絕緣電阻檢測程序、檢測結(jié)果顯示程序等組成，用于完成系統(tǒng)自檢、參數(shù)設(shè)置、絕緣電阻檢測及檢測結(jié)果實(shí)時(shí)顯示等功能。主程序流程圖如圖3所示。

自檢程序用來對(duì)儀器進(jìn)行自檢，以保證儀器工作狀態(tài)的正確性；電纜參數(shù)設(shè)置程序用來設(shè)定電纜芯數(shù)（41芯或37芯）；絕緣電阻檢測程序用來對(duì)電纜進(jìn)行絕緣電阻檢測；檢測結(jié)果顯示程序用于實(shí)時(shí)顯示檢測結(jié)果[3]。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)具有快速精確、便捷高效、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過長期運(yùn)行測試，性能穩(wěn)定可靠，已開發(fā)成產(chǎn)品，應(yīng)用于多芯電纜絕緣電阻檢測，大大縮短了檢測時(shí)間，提高了檢測精度，具有一定的軍事應(yīng)用價(jià)值。

圖3 主程序流程圖