《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于STM32F103的多線芯電纜自適應(yīng)對(duì)線器設(shè)計(jì)
2015年電子技術(shù)應(yīng)用第5期
李寒生1,,黃 南2,王君君1
1.湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,,湖北 宜昌443000,; 2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司宜昌供電公司,湖北 宜昌443000
摘要: 在電力系統(tǒng)設(shè)備安裝中,,針對(duì)現(xiàn)有對(duì)線方法存在對(duì)線效率低下,、容易出錯(cuò)等不足,提出了一種新型的基于單片機(jī)技術(shù)的自適應(yīng)對(duì)線方法,。系統(tǒng)硬件包括主機(jī)和從機(jī)兩部分,,由處理器模塊、人機(jī)接口模塊和自適應(yīng)工作電路模塊組成。
中圖分類號(hào): TP27
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2015)05-0081-03
The design of selfadaptive cable matching system for multicore cable testing based on STM32F103
Li Hansheng1,,Huang Nan2,,Wang Junjun1
1.Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Hubei Three Gorges Polytechnic, Yichang 443000,China,; 2.Yichang Branch, State Grid (Hubei) Company, Yichang 443000,,China
Abstract: This paper presented a new self-adaptive multi-core cable matching method based on MCU technology, to improve the current traditional inefficient cable matching method. The proposed system hardware has two units, the master and slave, which both include micro-control unit(MCU), human-machine interface(HMI) and cable matching circuit. The built-in software are capable to perform cable matching signal transmission by master unit, and cable matching signal reception and analysis by slave unit. The prototype test of proposed system shows this system has advantages to improve the multi-core cable matching process, where the process time, operation conveniency, ease of use, cable matching accuracy are intensively improved. It meet the industrial requirements, and is capable to be applied into electrical equipment installation applications.
Key words : cable matching;self-adaption,;multi-core cable,;STM32F103

    

0 引言

    多芯電纜對(duì)線編號(hào)是電力設(shè)備安裝過(guò)程中關(guān)鍵技術(shù)之一。目前,,在實(shí)際工程中進(jìn)行對(duì)線編號(hào)有兩類方法:(1)使用萬(wàn)用表(或?qū)€燈)且輔之于其他通信設(shè)備,,尋找公共線芯,再進(jìn)行剩余線芯的對(duì)線編號(hào),。此方法需兩人及以上協(xié)同才能完成工作,,浪費(fèi)人力物力,效率低下,。(2)使用以脈沖頻率或電位信號(hào)[1]為介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量的對(duì)線設(shè)備進(jìn)行對(duì)線操作,,此設(shè)備比使用萬(wàn)用表操作方便,但前提是確定一根基準(zhǔn)線芯作為公共端,,對(duì)于沒(méi)有特殊標(biāo)志或者標(biāo)志不明顯的多芯線纜,,確定基準(zhǔn)線芯仍需用到方法一,故在實(shí)際使用中仍存在局限性[2],?;诖耍疚脑O(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)對(duì)線器,,無(wú)需事先確定作為公共端的基準(zhǔn)線芯,,而是通過(guò)專門電路將線纜中當(dāng)前待測(cè)線芯作為信號(hào)發(fā)送通道,其余線芯作為公共通道,,形成一個(gè)閉合回路,,再輔以微處理器檢測(cè)電路,對(duì)線纜所有線芯進(jìn)行自動(dòng)配對(duì)編號(hào),。

1 系統(tǒng)組成和工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

    系統(tǒng)分為主機(jī)和從機(jī)兩個(gè)部分,。

    從機(jī)可工作于單機(jī)模式,也可工作于雙機(jī)模式,。當(dāng)工作于單機(jī)模式時(shí),,可實(shí)現(xiàn)線纜單端短路和斷路檢測(cè);當(dāng)工作于雙機(jī)模式時(shí),,從機(jī)主要為主機(jī)發(fā)送測(cè)試信號(hào),,供主機(jī)對(duì)線檢測(cè)使用。

    主機(jī)需要在從機(jī)協(xié)助下工作,實(shí)現(xiàn)線纜的雙端短路,、斷路以及對(duì)線測(cè)試,,測(cè)試完成后,通過(guò)LED屏顯示測(cè)試結(jié)果,。

1.2 系統(tǒng)工作原理[3]

    系統(tǒng)工作原理框圖如圖1,。從機(jī)主要由信號(hào)輸出端及信號(hào)反饋輸入端組成,每一路線芯信號(hào)輸出端與信號(hào)反饋端一一對(duì)應(yīng),。工作時(shí),由MCU按照一定的編碼規(guī)則,,通過(guò)信號(hào)輸出端依次向每一根線芯發(fā)送電流檢測(cè)信號(hào),,同時(shí)檢測(cè)該信號(hào)輸出端對(duì)應(yīng)的反饋端,根據(jù)反饋信號(hào)給出檢測(cè)結(jié)果或者是切換檢測(cè)信號(hào),,過(guò)渡到下一路線芯測(cè)試,。

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    主機(jī)主要由信號(hào)檢測(cè)端與反饋信號(hào)控制端組成。工作時(shí),,由MCU掃描信號(hào)檢測(cè)端,,確定當(dāng)前哪一路線芯處于測(cè)試信號(hào)發(fā)送狀態(tài);反饋信號(hào)控制端用于控制測(cè)試信號(hào)的通斷狀態(tài),,當(dāng)完成當(dāng)前線芯的檢測(cè)后,,短暫切斷測(cè)試信號(hào),通知從機(jī)切換檢測(cè)信號(hào),,過(guò)渡到下一路線芯的檢測(cè),。

    系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路線芯的故障檢測(cè)及對(duì)線編號(hào),測(cè)試線芯路數(shù)理論上不受限制,,實(shí)際檢測(cè)受系統(tǒng)的I/O接口數(shù)量控制,,可以根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)I/O口擴(kuò)展芯片對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展,電力系統(tǒng)中線纜線芯數(shù)一般不超過(guò)24芯,,故本系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大對(duì)線能力為24芯,。

1.3 系統(tǒng)工作流程

    本系統(tǒng)主機(jī)與從機(jī)均配有24根接線端子,按順序1#-24#編號(hào),。系統(tǒng)工作于對(duì)線模式時(shí),,在從機(jī)端將線芯按照接線端子編號(hào)從小到大的順序依次連接到接線端子排上,并在線芯打上與接線端子編號(hào)相同的標(biāo)簽,,同時(shí)在從機(jī)上選擇對(duì)線測(cè)試信號(hào)發(fā)送模式,;在主機(jī)端則只需將線芯與接線端子相連,然后啟動(dòng)測(cè)試即可,。檢測(cè)過(guò)程瞬間完成,,并將接線端子號(hào)與該端子連接的線芯號(hào)對(duì)應(yīng)顯示在主機(jī)LED屏上,施工人員只需根據(jù)屏幕顯示結(jié)果,在接線端子所連接的線芯表皮貼上對(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)字標(biāo)簽即可,。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)中主機(jī)與從機(jī)硬件電路基本一致,,主要由MCU模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器輸入模塊,、LED顯示模塊,、I/O接口擴(kuò)展模塊、自適應(yīng)對(duì)線電路模塊組成,。從機(jī)硬件電路組成如圖2,。

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2.1 處理器模塊

    由于施工現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境比較復(fù)雜,所以對(duì)MCU的抗干擾性要求較高,。本系統(tǒng)選用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103系列單片機(jī),,該單片機(jī)性能穩(wěn)定、可靠性高,,在工業(yè)控制領(lǐng)域擁有出色的表現(xiàn)[4],。

2.2 按鍵輸入及LED輸出模塊

    系統(tǒng)以旋轉(zhuǎn)光電編碼器作為人機(jī)交互信息輸入,LED顯示屏作為人機(jī)交互信息輸出,。光電編碼器(Optical Encoder)俗稱“單鍵飛梭”,,其只有一個(gè)按鍵但可滿足設(shè)備輸入需要,作為一種輸入裝置,,具有輸入靈活,、簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn),特別適合應(yīng)用在嵌入式儀器和手持式設(shè)備上,。LED屏具備自發(fā)光,、體積小、分辨率高,、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),,特別適合戶外使用的嵌入式設(shè)備。

2.3 鎖存器模塊

    本系統(tǒng)中從機(jī)與自適應(yīng)電路之間共需要48個(gè)I/O端口,,加上LED顯示屏與按鍵需求,,所需I/O口超出了單片機(jī)I/O口數(shù)量,因此需要進(jìn)行I/O口拓展,。從機(jī)根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的輸出及反饋信號(hào)的輸入,,拓展了兩組鎖存器,一組用于信號(hào)輸出,,另一組用于信號(hào)輸入,。在進(jìn)行測(cè)試信號(hào)輸出時(shí),將3片鎖存器的輸入總線與單片機(jī)的一個(gè)并口相連,,通過(guò)鎖存器LOCK引腳控制鎖存器鎖存功能,,實(shí)現(xiàn)并口分時(shí)復(fù)用功能,;在進(jìn)行反饋信號(hào)輸入時(shí),將3片鎖存器的輸出引腳與單片機(jī)的另一個(gè)并口相連,,利用74HC573芯片的三態(tài)性,,通過(guò)ck5-t2-x.gif引腳控制鎖存器,實(shí)現(xiàn)最多24個(gè)I/O信號(hào)的輸入,。主機(jī)I/O口擴(kuò)展類同從機(jī),。

2.4 自適應(yīng)工作電路

2.4.1 從機(jī)端自適應(yīng)電路

    圖3為從機(jī)自適用電路。從機(jī)自適應(yīng)電路主要目的是在單片機(jī)程序的控制下,,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)電流信號(hào)的流出與流入,。在工作過(guò)程中,該電路具有兩種不同的工作狀態(tài):一是測(cè)試電流信號(hào)輸出狀態(tài),,二是作為公共端承擔(dān)電路回流路徑,。當(dāng)作為測(cè)試信號(hào)輸出端時(shí),單片機(jī)I/O接口電路向光耦U1單元的“2”腳 (CATHODE端)發(fā)送高電平,,U1單元發(fā)光二極管關(guān)斷,U1單元光敏三極管則工作在截止?fàn)顟B(tài),,24 V測(cè)試電源正極端通過(guò)光耦U2單元的發(fā)光二級(jí)管經(jīng)待測(cè)線芯傳導(dǎo)到主機(jī)適應(yīng)電路,,供主機(jī)檢測(cè)使用。當(dāng)作為公共端使用時(shí),,單片機(jī)I/O接口電路向光耦U1單元的“2”腳(CATHODE端)發(fā)送低電平,,U1單元發(fā)光二級(jí)管導(dǎo)通,則U1單元光敏三極管3腳與4腳導(dǎo)通,,連接到24 V測(cè)試電源的負(fù)極,,與D1一起形成24V測(cè)試電源電流流回的物理路徑。光耦U2單元的引腳4作為反饋信號(hào)檢測(cè)端,,供從機(jī)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)使用,。

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2.4.2 主機(jī)端自適應(yīng)電路

    主機(jī)自適應(yīng)電路如圖4所示,總數(shù)也是24路,,與從機(jī)自適應(yīng)電路不同的是:24路模塊中,,所有光耦U3單元的“2”腳(CATHODE端)連接在一起,與主機(jī)的I/O接口相連,,所有光耦U4單元的“2”腳(CATHODE端)也連接在一起,,作為公共端。在工作過(guò)程中,,該電路也有兩種不同的工作狀態(tài):一是信號(hào)檢測(cè)工作狀態(tài),,二是反饋信號(hào)發(fā)送狀態(tài)。當(dāng)工作在信號(hào)檢測(cè)狀態(tài)時(shí),,通過(guò)程序控制光耦U3單元的“2”腳(CATHODE端)為低電平,,如果該電路模塊與載有從機(jī)檢測(cè)信號(hào)的線芯連接在一起,,則來(lái)自從機(jī)的電流測(cè)試信號(hào)通過(guò)光耦U3的光敏三極管及光耦U4單元的發(fā)光二極管到達(dá)公共端,再經(jīng)過(guò)D2單元,,通過(guò)剩余線芯回流到從機(jī),。對(duì)線測(cè)試時(shí),有一路模塊作為主機(jī)測(cè)試信號(hào)輸入端,,由于光耦U4單元發(fā)光二極管導(dǎo)通,,U4單元的光敏三極管也處于導(dǎo)通狀態(tài),則U4單元的“4”腳為低電平,,作為主機(jī)對(duì)線測(cè)試的有效檢測(cè)信號(hào),,主機(jī)剩余檢測(cè)模塊作為檢測(cè)電流信號(hào)的回流通道,光耦U3,、U4單元均被短路,,U4單元光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài),“4”腳在上拉電阻R5作用下呈高電平狀態(tài),,以區(qū)別測(cè)試信號(hào)輸入模塊,。

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    如果被測(cè)線纜所有線芯正常,則檢測(cè)過(guò)程中有且只會(huì)有一路檢測(cè)信號(hào)為低電平,。反之,,檢測(cè)時(shí)如果沒(méi)有低電平信號(hào),或者存在兩路以上的低電平信號(hào),,說(shuō)明線芯存在斷路或者短路現(xiàn)象,。

    當(dāng)完成一路線芯對(duì)線操作后,電路中光耦U3單元“2”腳切換成高電平,,所有模塊的U3單元的光敏三極管截止,,電路回路斷開,從而導(dǎo)致從機(jī)光耦U2單元的光耦三級(jí)管截止,,從機(jī)U2單元“4”腳在上拉電阻作用下呈現(xiàn)出高電平,,以作為從機(jī)切換下一路測(cè)試電平的轉(zhuǎn)換信號(hào)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    主機(jī)及從機(jī)根據(jù)所承擔(dān)的任務(wù)不同在軟件設(shè)計(jì)流程上有所區(qū)別,,其軟件流程圖如圖5,、圖6所示。

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4 結(jié)束語(yǔ)

    本裝置經(jīng)過(guò)宜昌三峽送變電工程有限責(zé)任公司試用,,具有操作簡(jiǎn)便,、輸出直觀、系統(tǒng)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),,而且極大地提高了現(xiàn)場(chǎng)安裝施工人員的工作效率,,降低了人力物力成本支出,增強(qiáng)了設(shè)備施工的安全性,。

參考文獻(xiàn)

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