1553B网络总线故障点检测方法、装置及系统与流程

【技术领域】

本发明属于mil-std-1553b通讯网络分支技术领域，尤其涉及一种1553b网络总线故障点检测方法、装置及系统。

背景技术：

mil-std-1553b总线网络，因其保密性强、可靠性高，在航天、航海领域获得了广泛应用。

mil-std-1553b总线网络在日常维护中常见的故障分为子线故障和总线故障，具体子线故障一般有如下几种：

a)子线开路；

b)子线短路；

c)子线高端与屏蔽层短接；

d)子线低端与屏蔽层短接；

e)子线高/低端错接；

f)子线端口间插入损耗增大。

具体总线故障一般有如下几种：

a)总线开路；

b)总线短路；

c)总线高端与屏蔽层短接；

d)总线低端与屏蔽层短接；

e)终端电阻变异(变大或变小)。

依据专利号为zl.2018.2.0852790.x、发明名称为《一种1553b总线网络测试系统》的中国专利所公布的技术，可以检测到上述故障，并且对于mil-std-1553b总线网络的子线故障点也可直接定位。但对于总线开路、总线短路、总线高端与屏蔽层短接、总线低端与屏蔽层短接等故障，由于总线敷设在机架内，很难对故障点进行定位，需要把总线全部拆开进行逐段排查，极大影响了mil-std-1553b总线网络日常维护和故障排除的效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种1553b网络总线故障点检测方法、装置及系统，在不需要拆开总线的条件下即可定位总线故障的故障点。

本发明采用以下技术方案：1553b网络总线故障点检测方法，包括：

接收待检测1553b总线的已知总线故障类型；其中，已知总线故障类型包括总线短路、总线开路以及总线与屏蔽线短接；

根据已知总线故障类型在待检测1553b总线上切换检测线型；其中，检测线型包括总线之间检测以及总线与屏蔽层之间检测；

获取检测线型的实际电阻值；

根据实际电阻值计算得到待检测1553b总线的故障点与检测点之间的相对位置。

进一步地，选取检测点方法为：

当故障类型为总线短路时，选取待检测1553b总线一端的总线高端和总线低端进行检测；

当故障类型为总线开路时，选取待检测1553b总线一端的总线高端和总线低端进行检测；

当故障类型为总线与屏蔽线短接时，选取待检测1553b总线一端的总线高端/总线低端和其对应的屏蔽层进行检测。

进一步地，根据实际电阻值计算得到待检测1553b总线的故障点与检测点之间的相对位置具体方法为：

当故障类型为总线短路时，通过计算得到故障点与检测点的距离值；其中，l为故障点与检测点的距离值，zo为电阻值，λ1为1553b总线的电阻率；

当故障类型为总线开路时，通过计算得到故障点与检测点之间的子线节点数；其中，n为故障点与检测点之间的子线节点数，r为隔离电阻值，r为耦合变压器线圈电阻值；

当故障类型为总线与屏蔽线短接时，通过计算得到故障点与检测点之间的距离值；其中，λ2为屏蔽层的电阻率。

本发明另一方面公开了：1553b网络总线故障点检测装置，包括：

接收模块，用于接收待检测1553b总线的已知总线故障类型；其中，已知总线故障类型包括总线短路、总线开路以及总线与屏蔽线短接；

切换模块，用于根据已知总线故障类型在待检测1553b总线上切换检测线型；其中，检测线型包括总线之间检测以及总线与屏蔽层之间检测；

获取模块，用于获取检测线型之间的实际电阻值；

计算模块，用于根据实际电阻值计算得到待检测1553b总线的故障点与检测点之间的相对位置。

本发明另一方面公开了：1553b网络总线故障点检测系统，包括处理器，处理器的信号输入端通过可控增益a/d变换器、前置放大器连接有恒流源电路，恒流源电路与待检测1553b总线连接。

进一步地，恒流源电路包括恒流源、负载切换电路和四线检测电路；

恒流源包括恒流源芯片u1及其外围电路；

恒流源芯片u1的第三引脚分别连接+5v、电容c1的一端和电容c2的一端；电容c1的另一端接地；电容c2的另一端串联电阻r4后分别连接恒流源芯片u1的第二引脚和电阻r2的一端，电阻r2的另一端串联电阻r3后分别连接电阻r1的一端和电阻r5的一端，电阻r1的另一端连接恒流源芯片u1的第一引脚，电阻r5的另一端连接负载切换电路；

负载切换电路包括第一继电器jk1和第二继电器jk2；

第一继电器jk1的第一引脚连接+5v和二极管d3的负极；

第一继电器jk1的第二引脚和地七引脚均连接至四线检测电路；

第一继电器jk1的第三引脚连接至待检测1553b总线；

第一继电器jk1的第四引脚和第五引脚均连接至待检测1553b总线的屏蔽层；

第一继电器jk1的第六引脚接地；

第一继电器jk1的第八引脚分别连接二极管d3的正极和三极管q2的集电极；三极管q2的发射极分别接地和连接电阻r8的一端，三极管q2的基极分别连接电阻r8的另一端和电阻r6的一端，电阻r6的另一端连接至处理器的第二控制信号端；

第二继电器jk2的第一引脚连接+5v和二极管d2的负极；

第二继电器jk2的第二引脚和地七引脚均连接至四线检测电路；

第二继电器jk2的第三引脚连接至待检测1553b总线；

第二继电器jk2的第四引脚和第五引脚均分别连接至待检测1553b总线的屏蔽层和第一连接接口的接地线；

第二继电器jk2的第六引脚接电阻r5的另一端；

第二继电器jk2的第八引脚分别连接二极管d2的正极和三极管q1的集电极；三极管q1的发射极分别接地和连接电阻r9的一端，三极管q1的基极分别连接电阻r9的另一端和电阻r7的一端，电阻r7的另一端连接至处理器的第一控制信号端；

四线检测电路包括用于与前置放大器连接的第一连接接口，第一连接接口的正电压端分别连接第二继电器jk2的第二引脚和地七引脚，负电压端分别连接第一继电器jk1的第二引脚和地七引脚，接地端连接待检测1553b总线的屏蔽层以及第二继电器jk2的第四引脚和第五引脚。

进一步地，前置放大器包括ad623芯片及其外围电路；

ad623芯片的第二引脚串联电阻r10后接第一连接接口的负电压端；

ad623芯片的第三引脚串联电阻r11后接第一连接接口的正电压端；

ad623芯片的第六引脚为模拟信号输出正端，连接可控增益a/d变换器的模拟信号输入正端；

ad623芯片的第五引脚为模拟信号输出负端，连接可控增益a/d变换器的模拟信号输入负端；

可控增益a/d变换器由芯片u3及其外围电路组成；

芯片u3的第四引脚为通讯接口的数据脚，连接至处理器的数据输入脚；

芯片u3的第三引脚为通讯接口的时钟脚，连接至处理器的时钟脚；

芯片u3的第一引脚为模拟信号输入正端，连接至前置放大器的输出正端；

芯片u3的第六引脚为模拟信号输入负端，连接至前置放大器的输出负端。

进一步地，处理器由stm32f103cbt6芯片及其外围电路组成；

stm32f103cbt6芯片的第三十二引脚为切换检测线型的控制引脚，接控制按键ke1，用于分别在总线短路、总线开路以及总线hi与屏蔽线短接和总线lo与屏蔽线短接之间切换；

stm32f103cbt6芯片的第二十一引脚接可控增益a/d变换器芯片u3的第三引脚；

stm32f103cbt6芯片的第二十二引脚接可控增益a/d变换器芯片u3的第四引脚；

stm32f103cbt6芯片的通过第三连接接口jz3将计算结果信息发送至外部设备；

stm32f103cbt6芯片的通过第二连接接口jz2将计算结果显示到外部显示设备上。

本发明的有益效果是：本发明通过将mil-std-1553b总线网络的故障统一为直流电阻的变化，通过电流恒定且已知的恒流源，使其流过mil-std-1553b总线网络的总线，同时精确检测其和被测mil-std-1553b总线网络的总线相连后的端口电压，结合预置的相关数学模型，从而快速定位被测mil-std-1553b网络总线终端总线开路、总线短路、总线与屏蔽层短路等常见总线故障的故障点，还可通过显示屏将故障部位直观的显示。

【附图说明】

图1为本发明实施例中mil-std-1553b网络总线故障点检测系统原理框图；

图2为现有技术中mil-std-1553b总线网络的物理拓扑结构；

图3为本发明实施例mil-std-1553b网络总线故障点检测系统的恒流源电路原理图；

图4为本发明实施例mil-std-1553b网络总线故障点检测系统中的前置放大器原理图；

图5为本发明实施例mil-std-1553b网络总线故障点检测系统的可控增益a/d变换器原理图；

图6为本发明实施例mil-std-1553b网络总线故障点检测系统的单片机电路原理图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例公开了一种1553b网络总线故障点检测方法，包括：

首先，接收待检测1553b总线的已知总线故障类型；其中，已知总线故障类型包括总线短路、总线开路以及总线与屏蔽线短接。

对于mil-std-1553b总线网络的子线故障点，采用专利号为zl.2018.2.0852790.x、发明名称为《一种1553b总线网络测试系统》的中国专利所公布的技术，就可直接定位故障点，但对于总线故障点，只可判断故障类型，而无法定位故障点。

根据已知总线故障类型在待检测1553b总线上切换检测线型；其中，检测线型包括总线之间检测以及总线与屏蔽层之间检测。

然后，获取检测线型的实际时电阻值。

最后，根据实际时电阻值计算得到待检测1553b总线的故障点与检测点之间的相对位置。

本发明实施例通过将mil-std-1553b总线网络的故障统一为直流电阻的变化，通过电流恒定且已知的恒流源，使其流过mil-std-1553b总线网络的总线，同时精确检测其和被测mil-std-1553b总线网络的总线相连后的端口电阻，结合预置的相关数学模型，从而快速定位被测mil-std-1553b网络总线终端总线开路、总线短路、总线与屏蔽层短路等常见总线故障的故障点。

本发明是在利用采用专利号为zl.2018.2.0852790.x、发明名称为《一种1553b总线网络测试系统》的中国专利所公布的技术，检测到总线网络已存在总线开路、总线短路、总线高端与屏蔽层短接、总线低端与屏蔽层短接等故障基础上，利用在总线网络端口检测总线网络直流电阻的变化，对这些变化进行智能分析，从而确定故障点位置。本发明以简洁的拓扑、较低的成本，达到快速对总线开路、总线短路、总线高端与屏蔽层短接、总线低端与屏蔽层短接等故障定位的效果，提高mil-std-1553b总线网络日常维护和故障排除的效率。

在本发明实施例中，针对不同类型的总线故障，对应涉及有不同的切换检测故障类型(即切换与总线的连接线型)方法。mil-std-1553b总线网络的物理拓扑结构，依据《gjb289a-971553b数字式时分制指令-响应型多路传输数据总线》的规定，可以等效为图2所示电路，则该切换检测故障类型的具体方法为：

当故障类型为总线短路时，选取待检测1553b总线一端的总线高端和总线低端进行检测；

当故障类型为总线开路时，选取待检测1553b总线一端的总线高端和总线低端进行检测；

当故障类型为总线与屏蔽线短接时，选取待检测1553b总线一端的总线高端/总线低端和其对应的屏蔽层进行检测。

另外，本发明实施例根据不同的总线故障类型，还设计了不同的计算方法，根据所测量的实际电阻值不同，判定故障点与检测点之间的具体相对位置。

当故障类型为总线短路时，其故障模型是从总线一端测量，为信号线的电阻率和长度的乘积。其数学表达式为zo＝λ1×l，式中，λ1为1553b总线的电阻率，l为故障点与检测点的距离值，zo为电阻值，

查1553b总线网络总线的电阻率为λ1＝0.08ω/m，考虑到电流流过的是两倍信号线的长度，因此，在已确定故障类型为总线短路，在总线端口测量短路电阻，就可依据下式，计算出短路故障点在距测量点起的距离。

则有：即通过计算得到故障点与检测点的距离值。

当故障类型为总线开路时，其故障模型是从总线一端测量，为多个两倍隔离电阻串联次级线圈电阻后的并联值，其数学表达式为n为故障点与检测点之间的子线节点数，r为隔离电阻值，r为耦合变压器线圈电阻值。

依据《gjb289a-971553b数字式时分制指令-响应型多路传输数据总线》的规定r＝56ω，r＜5ω(根据实测结果，取r＝1ω)。

因此，在已确定故障类型为总线开路，在总线端口测量开路电阻，就可依据下式，计算出开路故障点在距测量点起的第n个子线节点处。

即在总线端口测量电阻值，通过计算得到故障点与检测点之间的子线节点数。

当故障类型为总线与屏蔽线短接时，无论是总线高端与屏蔽层短接还是总线低端与屏蔽层短接，其故障模型均是从总线一端信号线与屏蔽层间测量，为总线的电阻率和长度的乘积+屏蔽层电阻率和长度的乘积，其数学表达式为zo＝(λ1×l)+(λ2×l)＝l(λ1+λ2)，λ2为屏蔽层的电阻率。

查1553b总线网络信号线的电阻率为λ1＝0.08ω/m，1553b总线网络屏蔽层的电阻率为λ2＝0.03ω/m，因此，在已确定故障类型为总线信号线与屏蔽层短路，在总线端口测量信号线与屏蔽层的短路电阻，就可依据下式，计算出短路故障点在距测量点起的距离；

即通过计算得到故障点与检测点之间的距离值。

本发明另一实施例公开了一种1553b网络总线故障点检测装置，包括：

接收模块，用于接收待检测1553b总线的已知总线故障类型；其中，已知总线故障类型包括总线短路、总线开路以及总线与屏蔽线短接。

切换模块，用于根据已知总线故障类型在待检测1553b总线上切换检测线型；其中，检测线型包括总线之间检测以及总线与屏蔽层之间检测。

获取模块，用于获取检测线型之间的实际电阻值。

计算模块，用于根据实际电阻值计算得到待检测1553b总线的故障点与检测点之间的相对位置。

本发明实施例还公开了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的1553b网络总线故障点检测方法。

本发明实施例还公开了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时，执行上述的1553b网络总线故障点检测方法。

本发明实施例还公开了一种1553b网络总线故障点检测系统，如图1所示，包括上述的处理器，处理器的信号输入端通过可控增益a/d变换器、前置放大器连接有恒流源电路，恒流源电路与待检测1553b总线连接。通过该系统，可以实现对1553b总线电阻的测量、转换、增益调节以及计算等，进而得到更加精确的电阻值，并且计算得到故障点的具体位置。

本发明实施例中恒流源电路包括恒流源、负载切换电路和四线检测电路。

恒流源包括恒流源芯片u1及其外围电路。

恒流源芯片u1的第三引脚分别连接+5v、电容c1的一端和电容c2的一端；电容c1的另一端接地；电容c2的另一端串联电阻r4后分别连接恒流源芯片u1的第二引脚和电阻r2的一端，电阻r2的另一端串联电阻r3后分别连接电阻r1的一端和电阻r5的一端，电阻r1的另一端连接恒流源芯片u1的第一引脚，电阻r5的另一端连接负载切换电路。

恒流源电路采用恒流源器件构成，本实施例中，如图3所示，恒流源电路由lineartechnology公司的线性恒流电源芯片及其外围电路构成。

u1是典型的恒流源芯片，为了抑制电源线上的噪声，在其输入端第三引脚与地(agnd)之间并联有退偶电容c1，r1、r2、r3是恒流设定电阻，其和设定恒流电流的关系为在本实施例中，isource＝5ma。

c2、r4组成一个串联rc网络，该网络连接在电流源的两个端子上，用于充分抑制恒流源电路可能出现的不稳定。r5串联在恒流输出与检测电路之间，用于检测电路校零时保持恒流源的稳定。

负载切换电路包括第一继电器jk1和第二继电器jk2；

第一继电器jk1的第一引脚连接+5v和二极管d3的负极；

第一继电器jk1的第二引脚和地七引脚均连接至四线检测电路；

第一继电器jk1的第三引脚连接至待检测1553b总线；

第一继电器jk1的第四引脚和第五引脚均连接至待检测1553b总线的屏蔽层；

第一继电器jk1的第六引脚接地；

第一继电器jk1的第八引脚分别连接二极管d3的正极和三极管q2的集电极；三极管q2的发射极分别接地和连接电阻r8的一端，三极管q2的基极分别连接电阻r8的另一端和电阻r6的一端，电阻r6的另一端连接至处理器的第二控制信号端，电阻r8的另一端接地。

第二继电器jk2的第一引脚连接+5v和二极管d2的负极；

第二继电器jk2的第二引脚和第七引脚均连接至四线检测电路；

第二继电器jk2的第三引脚连接至待检测1553b总线；

第二继电器jk2的第四引脚和第五引脚均分别连接至待检测1553b总线的屏蔽层和第一连接接口的接地线；

第二继电器jk2的第六引脚接电阻r5的另一端；

第二继电器jk2的第八引脚分别连接二极管d2的正极和三极管q1的集电极；三极管q1的发射极分别接地和连接电阻r9的一端，三极管q1的基极分别连接电阻r9的另一端和电阻r7的一端，电阻r7的另一端连接至处理器的第一控制信号端，电阻r9的另一端接地。

负载切换电路由继电器jk1、jk2组成，继电器的开关由三极管q1、q2驱动，r6、r7是q1、q2的限流电阻，r8、r9是q1、q2的防误动作电阻，d2、d3是继电器线包浪涌电压吸收二极管。

恒流输出经r5连接到继电器jk1的第六引脚，地线连接到继电器jk2的第六引脚。

当处理器执行总线信号线检测时，ctrl1、ctrl2均为低电平，jk1、jk2均不吸合，恒流电流经jk1:7(即jk1的第七引脚)流入信号线，经jk2:7返回地线。信号线上的电压降经jk1:2脚传递到jk1:3脚；经jk2:2脚传递到jk2:3脚，jk1、jk2是检测到的电压信号。在电流已知的前提下，运用欧姆定律，就可测试出信号线上的电阻。经过后部电路的处理，可在lcd液晶屏上显示出信号线开路点在第n个子线节点之后或信号线距检测点l米处的子线节点有短路。

当处理器执行总线信号线与屏蔽短路检测时，如果测试总线低端(lo)与屏蔽短路，则ctrl1为低电平、ctrl2为高电平，jk1不吸合、jk2吸合，恒流电流经jk1:7流入信号线高端，经屏蔽线到jk2:5返回地线。信号线上的电压降经jk1:2脚传递到jk1:3脚(jk1)；经jk2:4脚传递到jk2:3脚。

如果测试总线高端(hi)与屏蔽短路，则ctrl为高电平、ctr2为低电平，jk1吸合、jk2不吸合，恒流电流经jk1:5流入屏蔽线，经屏蔽线到jk2:7返回地线。信号线上的电压降经jk1:4脚传递到jk1:3脚(jk1)；经jk2:2脚传递到jk2:3脚。jk1、jk2是检测到的电压信号。在电流已知的前提下，运用欧姆定律，就可测试出信号线上的电阻。经过后部电路的处理，在lcd液晶屏上显示出信号线与屏蔽层在距检测点l米处的子线节点有短路。

为了更精确的测量，当开机时，处理器发出指令，ctrl1、ctrl2均为高电平，等效为jk1、jk2间短路，此时，可控增益a/d变换器测得的电压即为漂移电压，将此电压作为零点电压，在后继的测试中给予补偿，可有效提高测试精度。

四线检测电路包括用于与前置放大器连接的第一连接接口，第一连接接口的正电压端分别连接第二继电器jk2的第二引脚和地七引脚，负电压端分别连接第一继电器jk1的第二引脚和地七引脚，接地端连接待检测1553b总线的屏蔽层以及第二继电器jk2的第四引脚和第五引脚。

电流流过导线就会产生电压降，从而导致测量误差，为了消除这些误差，本实施例采用四线测试法：即测试电流从out1、out3流过，而测试线为out2、out4，由于out2、out4没有测试电流流过，因此，out1、out3流过电流产生的电压降不会影响测试结果，这就保证了测试结果仅为被测mil-std-1553b总线网络上的线压降，暨mil-std-1553b总线网络上的电阻值。

如图4所示，在本发明实施例中前置放大器包括ad623芯片及其外围电路；

ad623芯片的第二引脚串联电阻r10后接第一连接接口的负电压端；

ad623芯片的第三引脚串联电阻r11后接第一连接接口的正电压端；

ad623芯片的第六引脚为模拟信号输出正端，连接可控增益a/d变换器的模拟信号输入正端；

ad623芯片的第五引脚为模拟信号输出负端，连接可控增益a/d变换器的模拟信号输入负端。

依据上述分析，当信号线在开路时阻值最大，当信号线在第一节之后开路，其电阻为113ω，取最大电阻为120ω；当信号线在短路时阻值最小，当信号线在第一节子线端开路，其电阻接近0ω，考虑到允许±0.5m误差，将其最小可分辨电阻定位10mω。

前置放大电路，其目的就是将被测的mil-std-1553b总线网络上的电压值，放大到后继a/d变换器能最大范围识别出这种电压的变换，再将其转换成电阻值信号，经过运算，最终确定故障点。

由于要实现对微小电阻的测量，所以要求放大器的分辨率高、线性度好、输入阻抗高、并要求漂移低、抑制噪声和抗干扰能力强。

按设计要求，当测试电阻最大为120ω时，测试电流为5ma时，其在被测电阻上形成的电压为vx＝i×rx＝5×10^-3×120＝0.6v。

如果a/d转换器的最大输入电压为2.048v，则将其设定为最大输入电压vmax＝2v，据此计算基本放大增益为

ad623是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10，000。ad623具有高精度(最大非线性度40ppm)、低失调电压(最大50μv)和低失调漂移(最大0.6μv/℃)特性，是微小信号等精密数据采集系统前置放大器的理想之选。

ad623的放大倍数由下式决定已知g＝3.333，故：

考虑到本实施例的目标是测试1553b总线的电阻，应尽可能提高测试精度。

为此，将rg一分为二，取r12＝20.5k，r13＝22.6kω。

所有仪表放大器都会对带外小信号进行整流。这种干扰可能会表现为较小的直流电压失调。为此，在前置放大器输入端设计低通r-c网络以滤除高频信号。低通滤波器根据以下关系式对输入信号加以限制式中，cd影响差动信号，cc影响共模信号，rx、cc的任何不匹配均会降低ad623的cmrr(共模抑制比)性能。为了避免无意中降低cmrr-带宽性能，需确保cc比cd至少小一个数量级。cd:cc比值越大，不匹配cc的影响越小。

考虑到1553b多应用在航空系统中，其中频电源最有可能对本测试电路产生干扰，故将其截止频率设定为400hz，按此要求，设定输入电阻r10＝r11＝3.9kω，计算出相应地c4＝0.047uf，c3＝c5＝1000pf。

可控增益a/d变换器由芯片u3及其外围电路组成；

芯片u3的第四引脚为通讯接口的数据脚，连接至处理器的数据输入脚；

芯片u3的第三引脚为通讯接口的时钟脚，连接至处理器的时钟脚；

芯片u3的第一引脚为模拟信号输入正端，连接至前置放大器的输出正端；芯片u3的第六引脚为模拟信号输入负端，连接至前置放大器的输出负端。

可控增益a/d变换器完成将模拟信号转换为数字信号，供处理器进行分析、处理的功能。可控增益a/d变换器选用mcp3425及其外围电路构成。如图5所示，c8、c9为退偶电容，并联在u3的vdd与vss之间；r14、r15为通讯接口的上拉电阻，其中，r14一端接+5v电源，另一端接u3:4脚；r15一端接+5v电源，另一端接u3:3脚；u3:4脚为通讯接口的数据脚，和处理器的数据脚相连，u3:3脚为通讯接口的时钟脚，和处理器的时钟脚相连；u3:3是模拟信号输入+端，和前置放大器的ad_in+相连，u3:6是模拟信号输入-端，和前置放大器的ad_in-相连。

u3:mcp3425是一个采用sot-23-6封装的单通道低噪声高精度的δσa/d转换器，其输入端采用差分输入，分辨率高达16位。芯片内含精度为2.048v参考电压，使输入范围达±2.048v差分(电压＝4.096v)。该器件采用双线i²c兼容串行接口,，电源供电范围为2.7v到5.5v。mcp3425器件可以每秒15、60或240个(sps)的速率执行转换,，具体取决于使用双线i²c串行接口的可控制的配置位设置。该器件具有板载可编程增益放大器(pga)。可以在模拟到数字转换之前选择×1、×2、×4或×8的pga增益。这使得mcp3425器件能够转换高分辨率的较小输入信号。

当mcp3425器件输入为2.048v时，考虑到16位中有一位是作为符号位，则其最小分辨率为

当测量电阻最小值为10mω时，其在mcp3425器件输入端的电压为vin＝ix×rx×20＝1×10^-3×10×10^-3×20＝200×10^-6v＝200uv。

显然，这么小的量值，其量化误差已不可忽略。mcp3425器件前端具有板载可编程增益放大器(pga)，可以在模拟到数字转换之前选择×1、×2、×4或×8的pga增益。如果在测试微小电阻时，选择8倍增益，则输入到a/d转换器的最小电压为vin＝200uv×8＝1600uv，这就可以大大减小量化误差对测量精度的影响。

本发明实施例中，如图6所示，处理器由stm32f103cbt6芯片及其外围电路组成；

stm32f103cbt6芯片的第三十二引脚为切换检测线型的控制引脚，接控制按键ke1，用于分别在总线短路、总线开路以及总线hi与屏蔽线短接和总线lo与屏蔽线短接之间切换；

stm32f103cbt6芯片的第二十一引脚接可控增益a/d变换器芯片u3的第三引脚；

stm32f103cbt6芯片的第二十二引脚接可控增益a/d变换器芯片u3的第四引脚；

stm32f103cbt6芯片的通过第三连接接口jz3将计算结果信息发送至外部设备；jz3即为stm32f103cbt6芯片的串行通讯接口。

stm32f103cbt6芯片的通过第二连接接口jz2将计算结果显示到外部显示设备上。

处理器需要执行的任务为：

1.上电后，通过i²c总线，对u3初始化，将u3设置为16位a/d转换，增益倍数设置为8。

2.读取u3的数据，当u3溢出时，将增益倍数缩小一半，直至u3不溢出为止；或当u3数据不足本档位满量程的10％时，将增益倍数放大一倍，直至u3输出数据合适为止。

3.当增益为1时，如果u3仍溢出，则在lcd屏上显示故障信息，必要时，通过rs232通讯接口，给上位机传出故障信号。

4.当增益为8时，如果u3数据仍不足本档位满量程的10％时，则在lcd屏上显示故障信息，必要时，通过rs232通讯接口，给上位机传出故障信号。

5.当单片机正确读到u3数据时，计算对应的被测电阻值。

6.key_c为测试功能选择键，每按一次转换一次功能，分别在信号线短路、信号线开路、信号线hi与屏蔽短路、信号线lo与屏蔽短路之间转换。

7.单片机依据状态键的设定，计算故障点的位置，并在lcd上显示。

8.如果上位机有要求，通过rs232通讯接口，将测试数据上传给上位机。

本实施例中，处理器选用中st公司的中等容量增强型，32位基于arm核心的带64或128k字节闪存的微控制器、具有7个定时器、2个adc、9个可以实现usb、can等通讯的通信接口的stm32f103cbt6芯片。

stm32f103xx增强型系列拥有内置的arm核心，因此，它与所有的arm工具和软件兼容。arm的cortextm-m3处理器是最新一代的嵌入式arm处理器，它为实现mcu的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗，同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。arm的cortextm-m3是32位的risc处理器，提供额外的代码效率，在通常8和16位系统的存储空间上发挥了arm内核的高性能。由于本设计对单片机的运行速度没有过高要求，其任务工作量也不大，该款单片机可以满足设计要求。

jtag_m1是固件加载接口，单片机通过sda、sca和u3通讯，通过jz3与上位机实现串口通讯，通过jz2将测试结果显示到lcd屏上。c10、c11、c12、c13是u4的退偶电容，分别并联在u4的vbat、vdd-1、vdd-2、vdd-3与vss脚之间。

为了提高系统稳定性，采用外部有源晶振y1，y1:4与y1:2是有源晶振的电源脚，在其上加有退偶电容c16，y1:3是有源晶振的输出脚，连接到u4:5脚，为单片机提供8mhz的时钟信号。jtag_m1、r16、r17、r18、r19、r20、r32及c15构成固件加载接口，便于向单片机写入固件。u4:32用于读取按键信息，以便对测试信息进行不同的处理。

当确认总线故障为信号线开路时，ctr1、ctr2为低电平，测试信号线开路电阻。

当确认总线故障为信号线短路时，ctr1、ctr2为低电平，测试信号线短路电阻。

当确认总线故障为信号线hi与屏蔽短路时，ctr1为高电平、ctr2为低电平，测试信号线hi与屏蔽的短路电阻。

当已确认总线故障为信号线lo与屏蔽短路时，ctr1为低电平、ctr2为高电平，测试信号线hi与屏蔽的短路电阻。

u4:21、u4:22用于i²c通讯，用于和u3进行通讯，设置u3的增益，读取u3的测试结果。u3的设备代码是1101、其地址码为000，其对寄存器的配置应在固件编程时参考ad620数据手册进行。

当处理器读到u3的转换数据vi时，首先依据下式计算输入端的电压vx，式中，av为前置放大器的放大倍数，已设定为3.333。β为u3内可编程放大器的放大倍数，由处理器设定。当计算出vx后，即可依据下式计算被测电阻

如果是测试信号线开路故障点，则故障点在显示屏上显示，【请检查距检测点第n个子线端口的总线开路故障】。

如果是测试信号线短路故障点，则故障点在显示屏上显示，【请检查距检测点l米左右子线端口的总线短路故障】。

如果是测试信号线与屏蔽短路，则故障点在显示屏上显示，【请检查距检测点l米左右子线端口的总线与屏蔽短路故障】。

本实施例中还可连接通讯接口，u4:stm32f103cbt6通过u4:30

usart1_tx、u4:31usart1_rx与上位机实现串口通讯，为提高通讯可靠性，本实施例采用u5:max3232cse芯片作为串口通讯的驱动芯片，其中，c19、c20、c21、c22、c23为按芯片厂家提供资料配置的电容，u5:7debug_rx、u5:8debug_tx通过接口jz3与上位机进行通讯。