某型地空导弹发射电缆绝缘电阻检测仪设计概述

2021-05-20张兵张东方周梅军田钢

科学与信息化 2021年11期

张兵张东方周梅军田钢

73106部队江苏淮安 223300

引言

某型地空导弹发射通道电缆用于导弹与发控设备之间的信号传输，对其进行绝缘电阻检测是地空导弹日常维护和实弹射击前检查中的重要内容，也是确保导弹能否正常发射的关键环节。传统方法是人工手摇兆欧表对电缆芯线绝缘电阻进行逐个检测，但电缆芯线较多、芯间间隙较小时，靠人工频繁切换电缆芯线，容易出错，耗时较长，检测结果的准确性难以保证。本文介绍的基于单片机控制技术的多芯电缆绝缘电阻检测系统，能够实现多芯电缆自动快速检测，为发射电缆检测提供了科学有效的方法。

1 系统简介

1.1 系统功能

系统具有以下功能：①开机自检功能；②待检电缆芯号设定功能；③多路绝缘电阻同时和循环检测功能；④绝缘电阻自动判读功能；⑤测试结果实时显示功能。

1.2 系统组成

系统主要由单片机控制、多路采集检测、直流高压产生、继电器阵列控制、显示等模块组成。系统设计原理框图如图1所示。

图1 系统设计原理框图

系统工作原理为：启动复位电路，系统运行初始化，操作人员通过键盘设定电缆芯号，发出检测命令，单片机启动控制电路，通过CPLD系统实现对继电器阵列的闭合与断开来选通相应的采集回路，对选通的采集回路电压信号进行滤波、隔离和运算放大处理，然后A/D将模拟信号转换为数字信号，经过单片机采集、分析和运算处理，将检测结果在LCD液晶显示屏进行实时显示[1]。

2 硬件设计

2.1 检测原理

根据绝缘电阻检测原理和电缆测量耐压要求，系统采用串联法测量绝缘电阻值。检测原理为：测量Rx时，图中U为已知标准直流稳压电源电压，V为Rstd两端电压，Rf和Rstd为已知标准电阻。Rstd为采样电阻，Rf的作用是为Rstd提供一个合适的电压，随着Rx阻值的变化，Rstd上会线性分得不同的电压，然后通过采样，换算Rstd上的电压值便可以得到被测电阻Rx的阻值，即：Rx=Rstd*（U-V）/V -Rf。串联法检测原理图如图2所示。

图2 串联法检测原理图

2.2 电路构成

（1）单片机控制电路

采用STC15F2K60S2作为核心处理单元，主要特点有：超高速双串口，超强抗干扰，大容量2048字节SRAM，5组8位并行端口，宽电压（4.2～5.5V），3路PWM，还可对外输出时钟和低电平复位信号。内部集成MAX810专用复位电路、ISP监控程序和看门狗电路。通过C语言程序控制CPLD、CD4051、ADC0809等芯片的工作，完成电压信号的采集、处理和存储，以及键盘录入、液晶显示功能。

（2）多路采集检测电路

为提高电缆绝缘电阻检测效率，采用到多路芯线同时检测设计。多个信号采集电路分别完成电压数据采集，经运算放大、A/D转换处理后送给单片机，最后由单片机完成多路检测处理控制。多路电压采集：单片机将待测电缆的芯线号送给CPLD，由CPLD控制继电器阵列的选通来实现电压信号采集。电压信号处理：经滤波、隔离处理后送入运算放大器（LM224：四路运算放大器），运算放大器将电压信号整合成1～5V（缘电阻的阻值越小，相对应的采样电压越高）电压信号以供A/D转换器处理。信号模数转换：由多路模拟开关（CD4051：8 选1数字控制模拟开关）配送给模数转换器（ADC0809：8位高分辨率模数转换器），经过模数转换，将模拟电压处理成数字信号，以供给单片机采集、分析和处理使用。

（3）继电器阵列控制电路

采用ALTERA公司的MAX700s，它是基于第二代MAX5.0-V结构的EEPROMR高精度、高性能、可编程的CPLD芯片，可提供32～256个逻辑宏单元，5ns的逻辑延时以及175.4MHz的高速计数器。继电器阵列控制电路采用CPLD进行IO口扩展，CPLD与单片机采用模拟串行的方式连接，将编写的继电器阵列通断控制程序下载到CPLD中。单片机只需将待测电缆的芯线号送给CPLD，由CPLD来完成继电器阵列的选通[2]。

（4）液晶显示电路

采用JD320240B型图形点阵液晶显示模块，主要由RA8835控制器、行列驱动器、显示存储器、LCD液晶显示屏和接口电路等组成。通过单片机的控制，将电缆绝缘电阻检测结果在液晶屏上显示出来。

（5）电源电路

为单片机控制电路、继电器阵列电路、LCD液晶显示电路、键盘电路、检测电路等提供各种供电电源。

（6）键盘电路

通过键盘完成系统各项参数设置，如待测电缆芯数的设定以及检测结果的查看、删除、保存等功能。