电缆电参量智能检测装置及方法与流程

本发明涉及电力系统检测技术领域，特别是一种电缆电参量智能检测装置及方法。

背景技术：

随着大型仪器和武器系统越来越复杂，故障诊断系统对智能化的要求越来越高。电参量综合测试系统作为故障诊断系统的核心子系统，为大型仪器和武器故障诊断系统提供了定量的电参量分析，对完善故障诊断系统和仪器性能分析有重要意义。在工业生产中，大型仪器都需要有成百上千根电缆来控制仪器的正常工作，而仪器电缆在工作一段时间后可能会出现各种各样的问题，以及因为操作不当而出现问题，比如电缆易受到周围物体的碰撞、挤压、以及有害物质的腐蚀等，这些问题易使电缆受到损伤，绝缘强度下降。对于电缆电参量的测试，我国一直采用人工作业的方法对其性能进行检定。由于技术难度大、人工操作时间长、计算繁杂，而且检测精度和评定结论在很大程度上取决于检定人员的技术水平和工作经验。

为了解决上述测试时间长、技术难度大等问题，现有技术中出现一种电缆电参量检测装置，该检测装置通过上位机发送指令控制下位机I/O口的输出，从而通过控制继电器矩阵来选择测试线路及测试模块，测试结果将通过LED显示屏显示出来。该种电缆电参量检测装置虽然避免了工作人员直接对电缆进行测量，提高了测量精度、相对缩短了测量周期，但是由于测量结果要求工作人员读取显示屏数据进行记录，这样同样会花费工作人员较多的时间，且长时间观察显示屏难免不会出现记录错误的情况，这样反而影响整个测量工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种测量精确、自动化程度高的电缆电参量智能检测装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电缆电参量智能检测装置，包括控制模块、电源模块、通讯模块、上位机、译码驱动电路、继电器矩阵模块、电缆转接装置、绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路；

所述电缆转接装置，一端与待测电缆连接、另一端与继电器矩阵模块连接，建立待测电缆与检测箱之间的联接；

所述电源模块，采用电压值为24V的直流电压源，给下位机供电；

所述通讯模块，采用串口RS232将上位机与下位机建立通讯，测试人员通过人机交互操作界面向下位机发送指令，控制控制模块的I/O口输出；

所述控制模块，用来控制I/O口的输出以及与上位机的通讯，I/O口的输出经由译码驱动电路控制继电器矩阵模块，实现不同测试线路切换的功能；

所述继电器矩阵模块，用于选择绝缘电阻测试电路或者导通电阻测试电路；

所述绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路，将测得的结果经A/D转换反馈到控制模块，并经通讯模块传输至上位机。

一种电缆电参量智能检测方法，包括控制模块、电源模块、通讯模块、上位机、译码驱动电路、继电器矩阵模块、电缆转接装置、绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路，步骤如下：

步骤1，将待测电缆通过电缆转接装置与检测箱建立联接，并采用电压值为24V的直流电压源为电源给下位机供电；

步骤2，通讯模块采用串口RS232将上位机与下位机建立通讯，测试人员通过人机交互操作界面向下位机发送指令，控制控制模块的I/O口输出；

步骤3，控制模块I/O口的输出经由译码驱动电路控制继电器矩阵模块，实现不同测试线路切换；

步骤4，通过控制继电器的通断，选择绝缘电阻测试模式或者导通电阻测试模式；绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路将测得的结果，经A/D转换反馈到控制模块，并经通讯模块传输至上位机；

步骤5，检测结果通过上位机显示出来，同时上位机对测试结果进行保存、打印数据的处理。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)STM32系列芯片拥有高性能、低成本、低功耗的ARM Cortex-M3内核，最高工作频率72MHZ，处理速度快，每个时钟周期为13.89ns，因此基于STM32的电缆电参量检测装置，可增强系统的可靠性；

(2)本系统既可以通过上位机发送指令一个线路一个线路的测试，又可以将所需测试的所有线路连续测完，因此本系统可以依据不同的需求选择不同的测试方式，提高了系统的灵活性；

(3)本系统将测试结果通过串口RS232传输给上位机，并通过上位机显示出来，上位机具有显示、存储、打印等功能，因此本系统解决了工作人员要不停的观察显示屏并记录数据的问题，不但降低工作人员的工作量，又避免了因工作人员疏忽造成的记录错误数据的情况；

(4)基于STM32的电缆电参量检测装置通过串口RS232将下位机与PC机建立联接，外围电路大大简化，其显示和按键操作均可在PC机中的人机交互界面完成，使得控制电路及整个控制箱尺寸大幅减小，更易于携带和在空间受限制的场所使用。

下面结合附图对本发明进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明电缆电参量检测装置的系统总体设计图。

图2为本发明电缆电参量检测装置软件流程图。

图3为STM32芯片引脚外接图。

图4为A继电器矩阵列控制电路图。

图5为B继电器矩阵列控制电路图。

图6为测试模式与电源控制电路图。

图7为A、B继电器矩阵行控制电路图，其中(a)为A继电器矩阵行控制电路图，(b)为B继电器矩阵行控制电路图。

图8为上位机功能界面。

具体实施方式

本发明所设计的电缆电参量检测装置可以测出待测电缆的绝缘电阻或导通电阻，上位机作为输入输出终端，测得数据经过处理由上位机显示出来，并且上位机可以存储、打印数据，大大提高了系统的自动化程度。

系统原理图结合图1电缆电参量检测装置的系统总体设计图所示。本发明电缆电参量(绝缘电阻、导通电阻)检测装置，所述检测装置包括基于单片机STM32F107的控制模块、电源模块、通讯模块、译码驱动电路模块、继电器矩阵模块、测试回路电路模块和电缆转接装置等模块组成。工作时，将待测电缆通过电缆转接装置(航空插头)与检测箱建立联接，并用电压值为24V的直流电压源给下位机供电；本装置利用串口RS232将上位机与下位机建立通讯，测试人员通过人机交互操作界面向下位机发送指令，控制单片机STM32F107的I/O口输出，经译码驱动电路，从而控制继电器矩阵中的某一个或者几个继电器的通断；继电器矩阵中继电器的输出端经PCB板引至20芯插座的各个引脚，20芯插座的各个引脚分别与电缆转接装置(航空插头)连接；通过控制继电器的通断，来选择绝缘电阻测试模式或者导通电阻测试模式；绝缘/导通电阻测试电路将测得的结果经A/D转换反馈到单片机STM32F107，经过数据处理，通过串口RS232将数据传输到上位机，通过上位机显示出来，并且同时具有保存、打印数据的功能。

本发明电缆电参量智能检测装置，包括控制模块、电源模块、通讯模块、上位机、译码驱动电路、继电器矩阵模块、电缆转接装置、绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路；

所述电缆转接装置，一端与待测电缆连接、另一端与继电器矩阵模块连接，建立待测电缆与检测箱之间的联接；

所述电源模块，采用电压值为24V的直流电压源，给下位机供电；

所述通讯模块，采用串口RS232将上位机与下位机建立通讯，测试人员通过人机交互操作界面向下位机发送指令，控制控制模块的I/O口输出；

所述控制模块，用来控制I/O口的输出以及与上位机的通讯，I/O口的输出经由译码驱动电路控制继电器矩阵模块，实现不同测试线路切换的功能；

所述继电器矩阵模块，用于选择绝缘电阻测试电路或者导通电阻测试电路；

所述绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路，将测得的结果经A/D转换反馈到控制模块，并经通讯模块传输至上位机。

上位机流程图结合图2电缆电参量检测装置软件流程图所示。所述上位机作为输入输出终端，首先将上位机与下位机通过串口RS232建立联系，接着打开PC机中的人机交互界面开始测试，在测试之前先判断是导通检测还是绝缘检测，判断结束后选择检测模式，等待检测结果，测试结果能够实时显示，并能够将测试结果保存、打印。

结合图3 STM32芯片引脚外接图所示。所述控制模块基于单片机STM32F107，包括芯片STM32F107VCT6、芯片MAX3232、第一34针双排针CN1、第二34针双排针CN2、20针双排针JTAG、6针单排针SC1；

芯片STM32F107VCT6的PD10接第一34针双排针CN1的11脚；芯片STM32F107VCT6的PD11接第一34针双排针CN1的12脚；芯片STM32F107VCT6的PD12接第一34针双排针CN1的13脚；芯片STM32F107VCT6的PD13接第一34针双排针CN1的14脚；芯片STM32F107VCT6的PD14接第一34针双排针CN1的15脚；芯片STM32F107VCT6的PD15接第一34针双排针CN1的16脚；

芯片STM32F107VCT6的PE0接第一34针双排针CN1的17脚；芯片STM32F107VCT6的PE1接第一34针双排针CN1的18脚；芯片STM32F107VCT6的PE2接第一34针双排针CN1的19脚；芯片STM32F107VCT6的PE3接第一34针双排针CN1的20脚；芯片STM32F107VCT6的PE4接第一34针双排针CN1的21脚；芯片STM32F107VCT6的PE5接第一34针双排针CN1的22脚；芯片STM32F107VCT6的PE6接第一34针双排针CN1的23脚；芯片STM32F107VCT6的PE7接第一34针双排针CN1的24脚；芯片STM32F107VCT6的PE8接第一34针双排针CN1的25脚；芯片STM32F107VCT6的PE9接第一34针双排针CN1的26脚；芯片STM32F107VCT6的PE10接第一34针双排针CN1的27脚；芯片STM32F107VCT6的PE11接第一34针双排针CN1的28脚；芯片STM32F107VCT6的PE12接第一34针双排针CN1的29脚；芯片STM32F107VCT6的PE13接第一34针双排针CN1的30脚；芯片STM32F107VCT6的PE14接第一34针双排针CN1的31脚；芯片STM32F107VCT6的PE15接第一34针双排针CN1的32脚；

芯片STM32F107VCT6的USART2_TX接MAX3232的11脚，MAX3232的14脚接第二34针双排针CN2的9脚，第二34针双排针CN2的9脚接6针单排针SC1的3脚；

芯片STM32F107VCT6的USART2_RX接MAX3232的12脚，MAX3232的13脚接第二34针双排针CN2的10脚，第二34针双排针CN2的10脚接6针单排针SC1的4脚；

芯片STM32F107VCT6的SWCLK接第二34针双排针CN2的11脚，第二34针双排针CN2的11脚接20针双排针JTAG的9脚；芯片STM32F107VCT6的SWDIO接第二34针双排针CN2的13脚，第二34针双排针CN2的13脚接20针双排针JTAG的7脚；芯片STM32F107VCT6的3.3V电源接第二34针双排针CN2的14脚，第二34针双排针CN2的14脚接20针双排针JTAG的1脚；

芯片STM32F107VCT6的5V电源接第二34针双排针CN2的26脚；

芯片MAX3232的1脚与3脚之间接第五电容，4脚与5脚之间接第六电容；芯片MAX3232的6脚接第八电容，第八电容的另一端接地；芯片MAX3232的2脚接第九电容，第九电容的另一端接3.3V电源；芯片MAX3232的16脚接3.3V电源和第七电容，第七电容的另一端接地；芯片MAX3232的15脚接地；

6针单排针SC1的5、6脚接地；

第一34针双排针CN1的33、34脚接地；

第二34针双排针CN2的1-8、12、15-25、27-34脚接地；

20针双排针JTAG的4、6、8、10、12、14、16、18、20脚接地。

继电器矩阵驱动电路图结合图4、图5、图6、图7所示，所述译码驱动电路包括第一～四芯片74LS138U1-U4、第五～八、十五、十七、十八芯片74LS04U5～U8、U15、U17、U18、第九～十二、十六、十九、二十芯片MC1413U9～U12、U16、U19、U20、第十三、十四、二十一芯片74LS139U13、U14、U21；

所述第一34针双排针CN1的13脚接第十四B芯片74LS139U21的3脚，第一34针双排针CN1的15脚接第二十一芯片74LS139U21的1脚，第一34针双排针CN1的16脚接第二十一芯片74LS139U21的2脚；第二十一芯片74LS139U21的4脚接第十八芯片74LS04U18的第F非门U18F，第二十一芯片74LS139U21的5脚接第十八芯片74LS04U18的第A非门U18A，第二十一芯片74LS139U21的6脚接第十八芯片74LS04U18的第B非门U18B，第二十一芯片74LS139U21的7脚接第十八芯片74LS04U18的第C非门U18C；

第一34针双排针CN1的23脚接第一芯片74LS138U1的1脚与第二芯片74LS138U2的1脚，第一34针双排针CN1的24脚接第一芯片74LS138U1的6脚，第一34针双排针CN1的25脚接第一芯片74LS138U1的3脚与第二芯片74LS138U2的3脚，第一34针双排针CN1的26脚接第一芯片74LS138U1的2脚与第二芯片74LS138U2的2脚，第一34针双排针CN1的28脚接第二芯片74LS138U2的6脚；第一芯片74LS138U1的15脚接第五芯片74ls04U5的第F非门U5F，第一芯片74LS138U1的14脚接第五芯片74ls04U5的第E非门U5E，第一芯片74LS138U1的13脚接第五芯片74ls04U5的第D非门U5D，第一芯片74LS138U1的12脚接第五芯片74ls04U5的第A非门U5A，第一芯片74LS138U1的11脚接第五芯片74ls04U5的第B非门U5B，第一芯片74LS138U1的10脚接第五芯片74ls04U5的第C非门U5C，第二芯片74LS138U2的15脚接第六芯片74ls04U6的第A非门U6A，第二芯片74LS138U2的14脚接第六芯片74ls04U6的第B非门U6B，第二芯片74LS138U2的13脚接第六芯片74ls04U6的第F非门U6F，第二芯片74LS138U2的12脚接第六芯片74ls04U6的第E非门U6E，第二芯片74LS138U2的11脚接第六芯片74ls04U6的第D非门U6D；

第一34针双排针CN1的27脚接第三芯片74LS138U3的6脚，第一34针双排针CN1的29脚接第三芯片74LS138U3的2脚与第四芯片74LS138U4的2脚，第一34针双排针CN1的30脚接第三芯片74LS138U3的1脚与第四芯片74LS138U4的1脚，第一34针双排针CN1的31脚接第四芯片74LS138U4的6脚，第一34针双排针CN1的32脚接第三芯片74LS138U3的3脚与第四芯片74LS138U4的3脚；第三芯片74LS138U3的15脚接第七芯片74ls04U7的第F非门U7F，第三芯片74LS138U3的14脚接第七芯片74ls04U7的第E非门U7E，第三芯片74LS138U3的13脚接第七芯片74ls04U7的第D非门U7D，第三芯片74LS138U3的12脚接第七芯片74ls04U7的第A非门U7A，第三芯片74LS138U3的11脚接第七芯片74ls04U7的第B非门U7B，第三芯片74LS138U3的10脚接第七芯片74ls04U7的第C非门U7C，第四芯片74LS138U4的15脚接第八芯片74ls04U8的第F非门U8F，第四芯片74LS138U4的14脚接第八芯片74ls04U8的第E非门U8E，第四芯片74LS138U4的13脚接第八芯片74ls04U8的第A非门U8A，第四芯片74LS138U4的12脚接第八芯片74ls04U8的第B非门U8B，第四芯片74LS138U4的11脚接第八芯片74ls04U8的第C非门U8C；

第一34针双排针CN1的17脚接第十三芯片74LS139U13的2脚，第一34针双排针CN1的18脚接第十三芯片74LS139U13的1脚，第一34针双排针CN1的20脚接第十三芯片74LS139U13的3脚；第十三芯片74LS139U13的4脚接第十七芯片74ls04U17的第B非门U17B，第十三芯片74LS139U13的5脚接第十七芯片74ls04U17的第C非门U17C；

第一34针双排针CN1的19脚接第十四芯片74LS139U14的1脚，第一34针双排针CN1的21脚接第十四芯片74LS139U14的3脚，第一34针双排针CN1的22脚接第十四芯片74LS139U14的2脚；第十四芯片74LS139U14的4脚接第十五芯片74ls04U15的第F非门U15F，第十四芯片74LS139U14的5脚接第十五芯片74ls04U15的第C非门U15C，第十四芯片74LS139U14的6脚接第十五芯片74ls04U15的第B非门U15B，第十四芯片74LS139U14的7脚接第十五芯片74ls04U15的第A非门U15A。

所述继电器矩阵模块包括继电器矩阵A、继电器矩阵B，两个继电器矩阵的输出端排列组合，组合出满足系统要求的测试线路数目。

本发明电缆电参量智能检测方法，包括控制模块、电源模块、通讯模块、上位机、译码驱动电路、继电器矩阵模块、电缆转接装置、绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路，步骤如下：

步骤1，将待测电缆通过电缆转接装置与检测箱建立联接，并采用电压值为24V的直流电压源为电源给下位机供电；

步骤2，通讯模块采用串口RS232将上位机与下位机建立通讯，测试人员通过人机交互操作界面向下位机发送指令，控制控制模块的I/O口输出；

步骤3，控制模块I/O口的输出经由译码驱动电路控制继电器矩阵模块，实现不同测试线路切换；

步骤4，通过控制继电器的通断，选择绝缘电阻测试模式或者导通电阻测试模式；绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路将测得的结果，经A/D转换反馈到控制模块，并经通讯模块传输至上位机；

步骤5，检测结果通过上位机显示出来，同时上位机对测试结果进行保存、打印数据的处理。

所述继电器矩阵模块中继电器的输出端经PCB板引至20芯插座的各个引脚，20芯插座的各个引脚分别与电缆转接装置连接。

上位机功能图结合图8所示。上位机具有设置测试参数、显示测试结果、保存测试结果、打印测试结果等功能，另外，通过上位机既可一次测完被测电缆又可以单独测试某一路电缆。