一种便携式线缆检测设备的设计

潘大伟，孙洪涛，戴永寿

（1.中国石油大学 胜利学院，山东 东营257061；2.中国石油大学（华东）科学技术研究院，山东 东营257061；3.中国石油大学（华东）信息与控制工程学院，山东 青岛266580）

一种便携式线缆检测设备的设计

潘大伟1，3，孙洪涛2，戴永寿3

（1.中国石油大学 胜利学院，山东 东营257061；2.中国石油大学（华东）科学技术研究院，山东 东营257061；3.中国石油大学（华东）信息与控制工程学院，山东 青岛266580）

针对传统线缆检测方法效率低、现有线缆检测设备体积大等缺点，设计了一种便携式线缆检测设备。该设备使用锂电池供电，多个线缆检测单元电路组合满足不同类型线缆要求，通过触摸屏选择被检测线缆类型，由嵌入式开发板向单片机控制电路发送检测指令，利用线缆检测电路对线缆进行检测，将检测结果显示于触摸屏。详细介绍了设备组成，以一实例对检测方法进行了说明。现场实用表明，该设备具有检测速度快、准确率高、体积小、扩展性强等优点。

线缆检测；便携式；单元电路；触摸屏

随着生产、测试设备功能越来越强大，内部模块也越来越多，连接各模块的连接线缆复杂，连接点众多。连接线缆的可靠性直接影响设备的整体可靠性，连接点之间连接关系错误，会使设备不能正常工作，甚至损坏，因此有必要对连接线缆进行检测，保证其可靠性。

当前行业普遍采用人工检测，即对照图纸、连接表，利用万用表检测线缆两端的通断。这种方法效率低、耗时长，常出现错检、漏检情况[1-3]。因此，人工检测仅适用于连接点较少的线缆。对于数十个，甚至数百个连接点的线缆应该用检测设备自动检测。但是，有的检测设备需要恒流源技术[4]，电路结构复杂；有的检测设备将计算机作为上位机[1-5]，体积较大，上述设备均不适合现场使用。

根据上述问题，文中提出了一种用于线缆的便携式检测设备。该检测设备体积较小，利用锂电池供电，可在现场对连接线缆进行快速、可靠的检测，并将检测结果及时显示于屏幕。

1 设备的组成

检测设备的组成如图1所示。该设备由电源电路、上位机和下位机3部分组成。电源电路包括锂电池和电源模块，上位机包括触摸屏和嵌入式开发板，下位机包括单片机控制电路和线缆检测电路，所有设备均安装于一个功能箱内。

图1 线缆检测设备的组成

电源模块将锂电池的12 V输出电压转换为5 V，向整个设备供电。操作人员利用触摸屏选择被测线缆类型，发出检测指令，嵌入式开发板接收指令后，通过串口把指令传输给单片机控制电路。单片机按照该指令通过线缆检测电路对线缆进行检测，并将检测结果传输给嵌入式开发板，利用触摸屏显示。下面对该设备主要组成部分进行说明。

1.1 电源电路

电源电路如图2所示，该电路由锂电池和电源模块组成。所用锂电池容量为10 Ah，可保证该设备长时间工作，输出电压12 V，与插座J1相连。由于设备其余部分需要5 V供电，因此使用电源模块BSD12-12S05进行电压转换。该模块具有宽电压输入特性，可在9～18 V输入下正常工作，输出电压为5 V，功率12 W，并具有短路保护功能。图2中Power1和Power2为两个电源模块，通过插座J2向下位机供电，通过插座J3向上位机供电。

图2 电源电路

1.2 单片机控制电路

该电路由单片机STC12C5A48S2和附属元件组成。该单片机采用5V供电，晶振为11.0592MHz[6]。单片机的UART引脚RxD/P3.0和TxD/P3.1通过MAX232与嵌入式开发板连接实现两者串行通信[7]，部分IO口与线缆检测电路相连。

1.3 线缆检测电路

线缆检测电路在单片机控制下对线缆进行检测。为便于对不同数量连接点的线缆进行检测，实现电路模块化，线缆检测电路由线缆检测单元电路组成，每个单元电路可对8个连接点进行检测。线缆检测单元电路如图3所示。

图3 线缆检测单元电路

线缆检测单元电路中，U1为一片8通道数字模拟开关CD4051B[8-11]，INH连接该芯片的片选信号，片选信号由单片机确定；X引脚接+5 V；控制引脚A、B、C 分别连接单片机的 P2.0、P2.1和 P2.2口，通过这3个引脚高低电平不同组合，可将X所接的+5 V高电平输出至X0～X7的某一引脚；X0～X7连接插座J4。插座J4为一8脚插座，连接被测线缆的连接点。RB1是一个8×10 kΩ阻排，公共端接地，其余引脚连接插座J4，起下拉电阻的作用。U2是一片8路三态缓冲器74HC244，片选信号由单片机确定，输入端连接插座J4，输出端连接单片机的P0口，供单片机读取检测结果。

该设备采用LQFP44封装的STC12C5A48S2型单片机，该单片机共有40个IO口，其中RST/P4.7作为复位引脚、RxD/P3.0和TxD/P3.1作为串行通信引脚，P2.0、P2.1和 P2.2连接 CD40541B 的 A、B、C 3个引脚，P0口连接74HC244的输出，因此最多有26个IO口可作为CD4051B和74HC244的片选信号，每种芯片可占用13个。在译码电路配合下，该设备理论上可设置213=8 192片CD4051B和74HC244，最多对8×8 192=65 536个连接点进行检测。在实际使用中，线缆的连接点不会达到上述数量，因此该设备可满足一般线缆的检测要求，具有极佳的扩展性。

1.4 上位机

为缩短开发时间，提高设备可靠性，本设备采用英创信息技术有限公司生产的EM9170嵌入式开发板和7寸彩色触摸屏作为上位机，两者通过40脚扁平线连接[12]。EM9170是一款高性价比的嵌入式主板，以Freescale的iMX257为硬件核心，并带有多种标准接口，其中物理串口COM3与单片机控制电路连接。该开发板预装WinCE6.0系统平台，可直接利用Visual Studio 2005进行应用开发[13-14]。该设备上位机采用C#开发[15]，触摸屏界面如图4所示。

图4 上位机触摸屏界面

触摸屏界面包括线缆类型选择、检测结果、开始检测按钮3部分。选择被检测线缆类型，按下开始检测按钮，该设备开始对线缆进行检测，并将检测结果显示在错误列表中。错误列表指出连接错误的两个连接点的位置、正确状态和错误状态，操作人员可根据该信息对线缆进行检修。

2 实例分析

下面以一具有16个连接点的线缆为例，对该设备的检测方法进行说明。该连接线缆如图5所示。该线缆有 3个插座，分别为 J5、J6、J7，其中 J5有 8个连接点，编号为1～8，J6有5个连接点，编号为9～13，J7有3个连接点，编号为14～16。对该型线缆的检测需要完成线缆数据表的构建、检测电路的搭建和线缆检测3部分工作。

图5 连接线缆例图

2.1 线缆数据表的构建

线缆数据表是对该线缆连接点连接关系的说明，该数据表存储于单片机存储器中，与测量数据比较，判断线缆的连接关系是否正确。数据表的构建方法如下。

仅对连接点1施加高电平，与连接点1相连的连接点均会变为高电平，未与连接点1相连的连接点悬空。检测时，将线缆接入线缆检测电路，每个连接点连接一个下拉电阻，未与连接点1相连的连接点会呈现低电平。由图5可知，与连接点1相连的有连接点9、连接点14，上述3个连接点为高电平，其余连接点均为低电平。将高电平表示为数字量1，低电平表示为数字量0，连接点1为最低位，连接点16为最高位，此时16个连接点的电平状态可用二进制数0010 0001 0000 0001B，即16进制数0x2101表示。

再仅对连接点2施加高电平，与连接点2相连的连接点10、15为高电平，其余连接点为低电平，此时16个连接点对应的16进制数为0x4202。依此类推，计算出每个连接点为高电平时对应的16进制数，并将这些数据组成数据表存储在单片机的存储器中。

2.2 线缆检测电路的搭建

由上文可知，一个线缆检测单元电路可以对8个线缆连接点进行检测，该实例中的连接线缆共16个连接点，因此检测电路需要两个线缆检测单元电路组成。该电路如图6所示。

应用中，检测电路的插座应与被测线缆的插座相对应。该实例中的被测线缆有3个插座，分别为8脚的J5、5脚的J6和3脚的J7，检测电路中也设置有对应的插座。检测时，将被测线缆的J5、J6和J7分别插入检测电路的J8、J9、J10中。

2.3 线缆的检测

数据表和检测电路完成后，可按下列步骤对该线缆进行检测。

1）将线缆的插座插入线缆检测电路的对应插座中。

2）利用单片机使能图6中的CD4051B芯片U3，U5无效，单片机的P2.0、P2.1、P2.2均为低电平，使U3的X0输出高电平，U3的X1～X7和U6的X0～X7为高阻态，即仅设置被测电缆插座J5的1脚为高电平，并保持此状态。

图6 线缆检测电路实例

3）利用单片机使能74HC244芯片U4，U6无效，读取P0口，此时读取数据为插座J8，即线缆插座J5的8个连接点状态；再使能U6，U4无效，读取P0口，此时读取数据为插座J9、J10，即线缆J6、J7的 8个连接点状态。

4）将步骤3中前后两次读取的数据分别作为低位字节和高位字节组成一个字，与单片机中预先存储的数据0x2101比较，如果两个数据相同，说明线缆连接点1与其余连接点的连接关系正确，如果不同，说明连接有误。设单片机读取数据为0x1101，预存数据为0x2101，说明连接点1未与连接点14相连，而与连接点13误连。发现连接错误后，将错误信息及时上传至上位机，通过触摸屏给予显示。

5）线缆连接点1与其他连接点的连接关系检测完成后，对连接点2进行检测，只需令U3的X1为高电平，其余为高阻态，再重复步骤（2）～（4）。依此类推，完成对所有连接点的检测。

3 结 论

文中研制的便携式线缆检测设备利用触摸屏选择被测线缆类型，通过单片机控制电路和线缆检测电路对线缆进行检测，并将检测结果显示于触摸屏。克服了传统检测方法速度慢、其他检测设备体积大等缺点，可以在现场对多种线缆进行快速的、准确的检测，极大提高了检测效率，减少了由于连接线路错误引起的事故隐患，具有良好的实际应用价值。

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Design of a kind of portable cable detection device

PAN Da-wei1，3，SUN Hong-tao2，DAI Yong-shou3
（1.Shengli College，China University of Petroleum，Dongying 257061，China；2.Institute of Science and Technology，China University of Petroleum，Dongying 257061，China； 3.College of Information and Control Engineering，China University of Petroleum，Qingdao 266580，China）

Aiming at the disadvantages of low efficiency of the traditional cable detection method and large volume of the existing cable detection device，a kind of portable cable detection device is designed.The device is powered by lithium battery.Some unit circuits are combined to meet the need of different type of cables，and the cable type is selected by touch screen.The embedded development board sends the detecting instruction to the MCU control circuit to detect the cable with the cable detection circuit.The detection results are displayed on the touch screen.The equipment composition is described in detail，and the detection method is showed through an example.The field application shows that the device has the advantages of high detection speed，high accuracy rate，small volume and strong expandability.

cable detection； portable； unit circuit； touch screen

TN06

A

1674－6236（2017）17-0137-04

2016-08-05稿件编号：201608039

中央高校基本科研业务费专项资金资助（14CX02178A）

潘大伟（1979—），男，山东德州人，硕士，讲师。研究方向：油田监测领域的电子系统设计。