一种基于路径优化的某型装甲车电缆故障检测系统的制作方法

本发明属于智能检测与控制技术领域，涉及一种基于路径优化的装甲车内部电缆故障的检测系统。

背景技术：

某型装甲车内部分布着种类繁多、直径各异、长达数十公里的电缆，输送动力电源、传递控制信号和数据信息给车内各部件。受车身内部空间限制，加上在作战及训练过程中经常会遇到强外力冲击、冷热、污染以及电化学等因素的影响，使电缆系统潜在故障增多，并且同一个故障现象可能有多个不同的故障点，一个故障点也可能产生好几种不同的故障现象。目前还没有专门针对某型装甲车的电缆检测系统，传统的电缆检测装置基本上都是采用逐一测试整个电缆系统寻找故障的方法，带有一定的盲目性耗费时间，并且如果逐一对所有电缆进行耐压测试会扩大对电缆的绝缘性的损伤；传统检测装置一般采用一体化的结构，也不便于某型装甲车内部位置固定且分布比较分散的电缆的检测；而且一般的电缆检测装置内部大多采用cpld，虽然控制规模大速度快，但成本较高且稳定性难以达到军工产品要求，还导致系统冗余；另外一些检测装置多只能进行单一的通断检测，不能同时进行绝缘、短路检测及故障定位。因此需要研制一种能原车原位快速检测并定位电缆故障的检测系统。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是完善现有技术的不足和缺点，提供一种基于路径优化的电缆故障检测系统。

本发明采取的技术方案是：

一种基于路径优化的电缆故障检测系统，检测系统包括触屏工控机1、主继电器阵列2、副继电器阵列3、可充电电源4、msp430单片机5、高压模块6、电量检测模块7、过流/过载保护模块8、电平转换及稳压电路9、采样电路10、主继电器阵列驱动电路11、副继电器阵列驱动电路12；msp430单片机5与主继电器阵列驱动电路11和副继电器阵列驱动电路12分别相连，主继电器阵列驱动电路11和主继电器阵列2相连，副继电器阵列驱动电路12和副继电器阵列3相连，工控机1和msp430单片机5相连进行通讯，电量检测模块7、过流/过载保护模块8、电平转换及稳压电路9均与可充电电源4的输出端相连，高压模块6和采样电路10分别通过继电器常开触点与从机和主机的61芯航空插头公共端相连。

所述的继电器阵列及驱动电路中采用稳定性高的固态继电器，继电器阵列采用两级芯片进行驱动；第一级驱动芯片采用四个74hc138d3至8线译码器，再驱动第二级芯片八个8输出的译码器74hc4051，主机和副机中的驱动电路共同驱动继电器阵列，控制航空插座61芯的接入和断开。

所述的电源管理系统包括电平转换及稳压滤波电路和供电控制电路，电平转换及稳压滤波电路由12v可充电的直流电源、过流/过载保护模块、电量检测模块、芯片7805-sot223、lm1117组成，供电控制电路由hvwg24x直流升压的高压源和副机供电控制电路组成。

上述的装甲车电缆故障检测系统的控制部分是基于组态王和iar平台开发，实现对继电器阵列的协同控制；包括下述功能模块：常用功能模块(ⅰ)、电缆类别和编号选择模块(ⅱ)、数据管理和查询模块(ⅲ)、故障库和优化路径显示模块(ⅳ)、初始化及电量检测模块(ⅴ)、信号采集和调理模块(ⅵ)、路径优化算法模块(ⅶ)、通讯协议模块(ⅷ)。

常用功能模块ⅰ由组态王登陆管理界面，帮助菜单，供电及电量显示,状态指示等界面构成，帮助菜单包括实车电缆分布模型和使用连接及操作说明，不同的状态指示下限定相关的操作；电缆类别和编号选择模块ⅱ分为火控、炮控、自动装弹机、接地电缆类别选择，每一类电缆又分成若干组进一步选择，并且选择相应的电缆后可显示其拓扑结构图；数据管理和查询模块ⅲ对每一次被测电缆的检测数据进行存储，提供维修人员的故障数据分析与查询；故障库和优化路径显示模块ⅳ包含电缆故障现象以及故障现象与故障原因之间的映射关系，这些故障规则由经验丰富的维修人员编写以及提炼检测系统历史数据而来，能初步诊断故障范围，优化路径显示检测过程中寻找电缆故障的最优路径。初始化及电量检测模块ⅴ对下位机的i/o口，usart通讯串口,a/d转换及定时器等进行初始化，电量检测通过下位机采集电源电量变化送组态王实时动画显示并提醒低电量充电；信号采集和调理模块ⅵ使继电器阵列按一定的编号顺序接入检测回路，采集被测电缆的导通电阻，绝缘电阻(耐压等级)及短路情况，并将信号调理成单片机能够处理的范围，多次测量取平均值；路径优化算法模块ⅶ对故障发生区域的电缆网络进行加权遍历，具体就是通过上一次的检测结果结合电缆故障部位的发生率给出下一次的最优检测路径，将提炼历史数据中电缆故障部位及其发生率作为加权值，每一次检测出故障后发生率就会更新；通讯协议模块ⅷ实现组态王与单片机之间数据的高效稳定传输。

检测系统使用后，当电量过低时主机显示电量过低警告，应马上对电池充电。点击从机供电，在故障列表中选择故障现象并查询，初步的得出电缆的故障原因和范围，选择相应类别的某个编号电缆开始检测，组态王不断向下位机发送数据，当下位机接收到信号时，首先执行串口中断子程序，根据通讯协议对数据进行解析，然后单片机根据解析出来的数据命令，跳转到执行定时器中断子程序检测相应的电缆组，该子程序再跳转到继电器阵列驱动子程序控制相应的继电器闭合，然后分别执行导通电阻检测采集子程序和绝缘电阻检测采集子程序。将采集到的数据进行调理之后，执行路径优化程序分析历史故障数据结合已经完成检测的电缆得出下一次被测电缆的类别和编号数据。最后根据通信协议将所有数据进行打包发送给组态王，组态王对数据进行解析并显示报表和优化检测路径。

本发明的装甲车电缆故障检测系统，程序简洁高效，操作方便，与利用cpld和一体化的检测设备来逐一检测某型装甲车电缆故障的方法相比，具有更高效的检测性能，更好的稳定性和便携性，功耗低，续航能力强，可实现原车原位快速准确的定位电缆系统故障的作训要求。

附图说明

图1电缆检测系统连接图。

图2电缆检测系统结构示意图。

图3译码器电路框图。

图4继电器阵列接入电缆示意图。

图5绝缘电阻测量原理图。

图6滤波电路原理图。

图7电源管理系统原理图。

图8系统模块图。

图9主程序流程图。

图10导通性检测流程图。

图11绝缘电阻检测流程图。

图中：1触屏工控机，2主继电器阵列，3副继电器阵列，4可充电电源，5msp430单片机，6高压模块，7电量检测模块，8过流/过载保护模块，9电平转换及稳压电路，10采样电路，11主继电器阵列驱动电路，12副继电器阵列驱动电路。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施

实例实施中，如图1为电缆检测系统连接图，检测系统由主机，副机，连接电缆以及转接电缆构成。转接电缆和某型装甲车内部电缆系统的连接定义相匹配，随被测电缆分类按照最优的测试原则而制成，每一类又分成若干组，且每组都是成对的。首先主机通过连接电缆向从机提供电源和传输控制信号。主机和副机上分别安装了一个61芯的航空插座连接转接电缆，61芯航空插座满足单次测试被测电缆芯数的最大要求。此外主机外设有连接电缆的接口，usb接口，蓄电池充电接口，电源开关及指示灯。被测电缆通过转接电缆连接于主机和副机之间，继电器阵列分布在主机和副机中，继电器可以分为两类，第一类继电器阵列控制主机和副机上的61芯插座内所有针脚的接入和断开，第二类继电器控制过流/过载保护电路、主副机供电以及+5v恒压源、高压直流电源、电阻采样电路的接入。

附图2检测系统硬件框图中主机包括触摸屏工控机和单片机。组态王编写的检测系统作为人机交互的界面，组态王具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式，可视化操作界面，以及历史数据查询和管理等功能，非常适用于本发明的检测系统开发。采用ti公司的16位超低功耗的单片机msp430f149作为控制器，它具有多种低功耗模式，唤醒时间短，供电电压3.3v，片内集成12位高精度的ad采集转换，配合特定的驱动电路使用其中32个i/o口控制本检测系统中131个继电器的通断，单片机和组态王之间通过rs232总线通讯。附图3和附图4中继电器驱动电路由两级芯片扩展而成，首先12个i/o口驱动四个3至8线译码器74hc138d，四个74hc138d译码器的标准输出再驱动八个8输出的译码器74hc4051。八个74hc4051共有64路输出，连接相应的三极管控制61个继电器。

附图7是电源管理系统，包括蓄电池充、供电模块，过流/过载保护模块，电量检测模块，电平转换及稳压电路，高压电源模块，主副机供电控制电路。本发明蓄电池供电电压为直流12v，电池容量为10ah，充电电流小于5a，稳定工作电流小于10a，最大瞬时电流为15a，工作温度为-20～60℃。过流/过载保护模块：当检测到蓄电池的放电电流持续大于某一上限时，输出信号端dout输出高电平，继电器常闭触点断开12vgd，同时常开触点闭合，单片机p57引脚接通一个高电平，向单片机传递断电报警信号，当电流恢复正常时继电器自动复位，可设定继电器延时动作时间，防止输出震荡，对整个电路造成损伤。电量检测模块，通过采集待测电源输出电压检测电量的变化，可点亮不同颜色的二极管，同时连接p5.0～p5.4五个单片机i/o口，组态王通过解析单片机i/o口的电平变化动画显示电池剩余电量。电平转换及稳压电路：将电池供给的+12v直流电通过电平转换芯片7805-sot223、lm1117-3.3及稳压、滤波电路依次变成+5v和+3.3电源，满足不同的用电要求。高压电源模块hvwg24x为12v直流升压电源，通过继电器cq64控制输入端mv2和mv3接低电平，可切换输出+250v和+500v的直流高压。

附图8本发明的控制部分分为以下几个模块。上位机：常用功能模块ⅰ,电缆类别和编号选择模块ⅱ,数据管理和查询模块ⅲ，故障库和优化路径显示模块ⅳ。下位机：初始化及电量检测模块ⅴ,信号采集和调理模块ⅵ,路径优化算法模块ⅶ，通讯协议模块ⅷ。

附图9、10、11检测流程：登陆组态王检测界面，在故障列表中选中相应的故障现象点击查询，得出可能的故障原因、范围和建议检测的电缆类别编号，给副机供电，组态王不断的向下位机发送数据，连接好待测电缆后，选择电缆型号和组别，点击开始检测按钮，检测电缆的导通情况时，继电器分别将恒压源和采集电路接入所有被测芯线的首尾两个公共端，然后依次将所有被测芯接入回路，采集导通电阻，进行计算处理取平均值；附图5为绝缘电阻检测原理图，检测绝缘性时分别将高压源和采集电路接入被测电缆的公共端，并且通过切换不同的高压源可以检测芯线绝缘等级，然后在主机端依次接入被测电缆的所有芯线，每接入一根芯线后，在副机端逐一接入剩余的芯线，这样采集被测电缆中任意两根芯线间的绝缘电阻，进行计算处理取平均值，根据电阻数量级判断芯线间的绝缘性以及短路情况和短路线号。这样一根n芯的电缆总共检测n*(n-1)/2次即可。然后进行路径优化得出下一次检测电缆编号，最后所有的数据根据与组态王之间的通讯协议的格式发送给上位机，上位机解析并以报表图形等形式显示下一次最优路径的检测电缆和本次电缆芯线之间的导通，短路以及绝缘性，可保存至历史数据库。如此不断优化下一次检测路径，即加权遍历和它同一层次的邻近电缆，它与前件的连接电缆、它与后件的连接电缆。直到检测出所有的故障。

本发明的电缆故障检测系统能够对某型装甲车全车电缆的通断，短路及绝缘性进行原车原位快速检测并定位故障，操作灵活，功耗低，稳定可靠。