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1、精品学习资源电缆故障自动定位系统的设计与实现随着现代电信事业的进展，经常由于自然灾难或人为因素发生电缆中断事 帮1；传统的电缆监测设备 2-3 存在测量速度慢、信号处理手段落后、报警方式单一、有虚报漏报现象、用户接口不友好、使用不便、不能对机房环境进行 监测、不能输出故障地图等严峻弊端，因此急需一种新型的适用电缆爱护需要 的电缆故障自动定位系统，以提高电缆爱护的自动化水平；1 系统硬件电路设计及工作原理1.1 系统组成系统组成框图如图 1 所示，由放置于各支局的电缆监控装置和放置于省或市局监控中心的运算机组成两级结构，并通过调制解调器和电话网将它们联接起来，进行报警信息的数据通信；监控中心运算
2、机通过调制解调器和电话网络接收报警数据，完成故障电缆的电子地图定位、打印、报警和数据存档等工作；电缆监控装置以嵌入式处理器芯片Atmega1384 为系统的掌握核心，采纳沟通在线切换供电方式，完成实时监测、电话语音处理、人机交互和数据通讯等工作，并且仍可以通过电话机进行参数查询与修改；1.2 监控装置组成电缆监控装置结构如图 2 所示，可分为三个部分，下面分别进行介绍；1.2.1 实时监测模块由于电缆所处环境复杂恶劣，每条电缆采纳压敏爱护元件、阻容滤波电路、二极管爱护电路、 TLP521-4 光电隔离电路和继电器切换电路等，将电缆状态送入 Atmega128 的 ADC 中，来完整地记录线路的
3、状态渐变情形；采纳NE555 电容测量电路、 LM331 电阻测量电路、标准电阻电容继电器切换电路和欢迎下载精品学习资源6N137 光电隔离电路等，自动实现电缆故障点长度的测量；采纳环境监测模块完成机房的温度、烟雾、湿度等的监测；1.2.2 电话语音处理模块电话语音处理模块包括 HT9200A电话拨号电路、 HT9170 收号电路、LM567 信号音识别电路、振铃电路、 ISD25120 语音录放电路等，实现电缆故障验证和语音报警、远程参数修改和信息查询等功能；1.2.3 人机交互和数据通讯模块人机交互模块采纳 Atmega16 作为 CPU，配以 24 键键盘和 8 位 LED 显示器，通过
4、串行口同 Atmega128 通讯；数据通讯模块采纳 MODEM 电路同监控中心进行数据传输；1.3 电缆监测电路设计原理电缆监测电路可以对八根电缆进行实时监测；通过监视电缆的一对备用线，实现电缆通断状态的监视；选取的一对备用线，一端接监测电路，另一端短接，从而构成一回路；电缆监测电路可以巡回监视电缆线路的状态，如发生故障，就依据线路的通或断状态，采纳电容或电阻测量方法，确定故障点的位置；1.3.1 线路监视电路在电缆没有发生故障的状态下，通过对继电器的掌握，将被测线路与监视 电路相连，完成线路状态的实时监视；如图3 所示，监视回路由 +24V 电源、1k 和 510 电阻、被测线路和 TLP
5、521-4 组成；系统答应测量电缆长度为20km ，就线径为 0.4mm 的铜线电阻值为 0 5.6k ，发光二极管电流为 311mA,ADCx 的电压范畴为 0 2.4V ；考虑到实际电缆存在一事实上误差，可设其阈值为 2.4+0.6V ，当线路接触不良或断路时，其回路间电阻会快速增加，欢迎下载精品学习资源ADCx 端电压值大大高于阈值 3V ；由于引起反常的缘由复杂且不行猜测，通过调用通断检测函数，在肯定时间内对反常电缆进行多次监测；如多次监测结果 均超出阈值范畴，即说明电缆存在故障；另外，电路采纳330V 的压敏电阻和TLP521-4 可防止雷击或其它大电流对系统的危害，采纳1k 、51
6、0 电阻、二极管和 10F电解电容，可削减被测电缆中的干扰信号对监视电路的影响；1.3.2 电容测量电路电容测量电路如图 4 所示，当进行电缆的电容 / 电阻测量时，掌握继电哭开关，将被测电缆两端分别连接 CAP-RES1、CAP-RES2 端；当被测线路断路时， CAP-RES1 和 CAP-RES2 分别同图 4 中的 CAP1 和 CAP2 相连，断开后的长线对相当于一个电容器的两个极板，其长度与电容值成正比；电容测量采纳NE555 电路，将电容量转化为频率量；测量电路分别对0.1 F标准电容和被测电容 Cx 进行测量，得到相应的频率值 Fo 和 Fx；依据公式 Cx=Co Fo/Fx
7、，运算出被测电缆的电容值；电路中采纳高速光耦6N137 芯片，使电路与 MCU 隔离；1.3.3 电阻测量电路电阻测量电路如图 5 所示，当进行电缆的电容 / 电阻测量时，掌握继电器开关，将被测电缆两端分别连接 CAP-RES1、CAP-RES2 端；当被测线路在故障点短路时， CAP-和 CAP-RES2 分别同图 5 中的 RES1 和 GND 相连，短路后的欢迎下载精品学习资源长线对相当于一个电阻器，其长度与电阻值成正比；通过+9V 电源、 1k电阻和被测线路电阻组成的分压电路，将被测线路电阻上的电压经过LM331V/F电路转换为相应的频率信号；频率信号经过6N137 高速光耦隔离后连接
8、 Atmega 捕捉时钟中断引脚，测量出频率值，再换算成电阻值；1.4 电话语音报警电路设计原理电话语音报警电路如图 6 所示，该模块主要由收 / 拨号电路、信号音识别电路、振铃电路和语音录放电路等组成；在拨号电路中，MCU 通过串行接口，将所要发送数据由 HT9200A芯片转化为 DTMF 信号，送入电话网络；而收号电路就将 DTMF 信号转化为四位的编码送给 MCU ；信号音识别电路是由 LM567 组成的锁相环电路，在话路上检出450Hz 信号音的调制泳冲后，送给 MCU 测试，以便识别出拨号音、回铃音和忙音等信号音；振铃电路将电话线路上的25Hz/70V的沟通振铃信号转化为TTL 电平
9、信号，送给 MCU 的中断引脚；语音录放电路由 ISD2560 、74HC164 、LM386 和继电器切换电路组成；继电器电路掌握本地和远程电话机语音录放功能的切换；ISD2560 中存放报警所需的固定信息和由用户输入的所监测电缆的长度、地理位置等语音信息；当发生故障时，由拨号电路拨通报警电话，信号音识别电路检测出对方摘机后，语音录放电路播放报警信息；当用户电视机拨通本装置时，振铃电路和收号电路接收用户的数字和语音信息，完成本装置的参数修改及语音录放功能；为了用户使用便利，本装置也可以作为电话机使用；2 软件设计系统软件包括监控中心软件和电缆监控装置软件两部分；监控中心采纳Delphi 语言
10、，通过 MODEM和电话网络接收报警数据，完成故障点地图打印、报警和电缆治理功能；电缆监控装置软件采纳程序查询和中断相结合的方式，对电缆完成实时监控、故障自动定位、电话语音报警、参数远程修改、数据上传、故障校验和机房环境监测等功能；当线路状态发生变化时，就进行线路长度测量；在系统发送报警信息之前，采纳以下三种方法，去除线路误报情形：1核实电话法：八条监控电缆，每条电缆设置两个核实电话号码；当故障发生时，系统自动拨打核实电话，并且自动识别拨号音、忙音、摘机、无人接听等情形，以判别故障的真实性；2 线路全长判别法：在精确测量的前提下，每条电缆的全长同故障测量距离比较，如相近，且线路最终状态为闭合，
11、就认为误报；否就，认为故障或线路终端开路；欢迎下载精品学习资源3 线路巡检电路对八路电缆进行 A/D 采样，全程记录线路状态的渐变情形，以便去掉干扰造成的误报；通过运算和试验得出每条线路的断路阈值和短合阈值； A/D 采样采纳中断方式，依次测量 1 8 路通道，每通道采样 10 次， 并将 10 次采样结果同断路阈值和短路阈值相比较，得到线路的通断状态；假如电缆线路在检测执行过程中发生了明显的变化，就该次测量数据无效，需要重新进行通断检测；2.1 监控装置监测程序设计在监测程序设计中，主要包含的函数有通断检测函数、电阻检测函数、电容检测函数、综合处理函数等；2.1.1 监控装置主程序监控装置主
12、程序如图 7 所示；它主要执行如下动作：1系统初始化，包括数据缓冲区、软件标志、MCU 的 I/O 端口、定时器、串行口波特率及中断向量表的初始化；2 接收键盘输入，包括本机标识、报警电话号码、复核电话号码、被监测线路长度、语音数据、密码等参数的显示及设定；3 对线路状态和环境进行监测，如线路发生故障或机房环境发生反常，就进行线路长度测量或环境参数测量，并通过电话网络发送报警信息；4 如有远程掌握电话呼入，在密码核对正确后，用户可以进行远程参数查询和修改；2.1.2 电容/ 电阻检测函数当线路发生故障时，由 NE555/LM311线路电容 / 电阻转化为相应频率，送给 Timer1/Timer
13、3的捕捉引脚 ICP1/ICP3 ；其输入捕捉单元可精确捕捉ICP1/ICP3 引脚发生的外部大事及发生的时刻，调用电容/ 电阻检测函数运算单位时间内触发大事的次数，从而精确运算出频率值及相应的电容/ 电阻值；由于电容/ 电阻电缆长度成比例关系，因此在故障未发生时，定期测量整个线路的电欢迎下载精品学习资源容/ 是阻值，运算出单位电容 / 电阻的线路长度；在故障发生时，测量故障线路的电容/ 电阻值，并换算出故障电缆长度；为削减系统误差，电容/ 电阻检测函数先测量标准电容 / 电阻，然后测量线路电容 / 电阻，从而提高测量精度；2.2 监控中心地图输出程序设计通常，地理信息系统采纳 Mapinfo
14、软件进行信息查询，但由于电子地图版权费用较高，为降低系统成本，采纳地图位图同线路绘制信息数据库相结合的 方法实现电缆地理信息查询；其步骤如下：1扫描某一城市的高精度地图，得到位图形式的电子地图；2 在电子地图上，绘制由顶点和线段组成的电缆线路图，记录各顶点的坐标，并输入各顶点和线段数据信息，形成相应的数据库；3 当故障发生时，依据此线路的总长度、故障线路长度、电子位图中的电缆线路的全部线段总长度，得出故障点在线路图中的位置，并且把故障点的相关信息输出或报警；表 1 电费定位系统测量精度表线路总欢迎下载精品学习资源长度m 测量电容 / 电阻nf, 单位长度电容 / 电阻nF/m, /m 故障点长
15、度m 测量断路电容 / 短路电阻nF, 运算断路 / 短路长度m 断路/ 短路测量精度201.00,5.760.0500,0.2880180.921,5.28118.7,18.34+2.3%,+1.9%1005.06,28.840.0506,0.2884502.519,14.30549.78,49.60-0.4%,-0.8%49525.34,142.560.0512,0.288031015.750,88.950307.62,308.85+0.8%,-0.4%95050.35,277.400.0530,0.292055029.262,160.125552.11,548.37+0.4%,-0.3%
16、161083.52,481.760.0519,0.2992101052.846,302.6421018.23,1011.50+0.8%,-0.1%3457170.08,1015.000.0492,0.2936149274.149,434.5961507.09,1480.23+1.0%,-0.8%7390370.98,2069.200.0502,0.28004890246.555,1377.4154911.45,4919.34+0.4%,+0.6%13540671.58,3887.330.0496,0.287110990549.915,3167.2871087.00,11032.00+0.9%,
17、+0.4%19340907.05,5995.400.049,0.310018120858.739,5663.70018310.00,18270.00+1.0%,+0.8%248841119.78,8739.260.0450,0.3512235301074.150,8432.66323870.00,24011.00+1.4%,+2.0%3 系统测试系统测量电路经过 DESIGNEXPLORE99SE软件仿真测试，待测电容在1nF 1000 nF 之间，输出频率在 28.8Hz 28.8kHz之间或待测电阻在 0 10k 之间，输出频率在 0 9kHz 之间，待测的电容 / 电阻与频率成线性关欢迎
18、下载精品学习资源系；本文以齐齐哈尔电信局测试数据为例，采纳在电信领域广泛使用的0.4mm线径电缆进行测试，第一对每路电缆的一对线路全进步行10 次电容/ 电阻测量，运算出单位长度的电容 / 电阻值；然后对每一路电缆故障进行模拟测试，得到测试数据表；由表 1 可知，每条线的单位长度电容 / 电阻值是变化的，如按固定常数 50nF/km运算，就由测量得到的电容 / 电阻值运算出的电缆长度的相对误差在 2%以上；然而，由于每条铺设的电缆的型号、所处环境不同以及施工的复杂性，导致单位长度电容 / 电阻值很难由理论运算得出；因此，针对特定电缆，定期地测试其总长度以及相应的电容/ 电阻值，运算出单位长度电容/ 电阻值，并形成全部被测电缆的单位长度电容/ 电阻值表；当故障发生时，由测得电容/ 电阻值同查表得到的单位长度电容 / 电阻值的乘积而得到故障点的电缆长度；由表 1 可知，测量相对误差在用户的需要；1%以内，最长距离为20 公里，完全能满意系统可监测最长距离为 20 公里，精度为 1%，无误报情形发生；系统结构紧凑、功能齐全、使用简洁易学，成本低，具备电话机功能，已在国内大量应用；欢迎下载