電纜無線測試儀的設(shè)計(jì)

范帥帥,遲宗濤（青島大學(xué),山東 青島 266071）

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電纜無線測試儀的設(shè)計(jì)

范帥帥,遲宗濤
（青島大學(xué),山東 青島 266071）

摘 要：本文采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為核心控制裝置制作了一個(gè)電纜無線測試儀。系統(tǒng)集成了STC12C5A60S2單片機(jī)、CC1101無線傳輸模塊、LCD1602顯示模塊三大模塊，其測試內(nèi)容主要包括對32芯電纜和60芯電纜的檢測。測試32芯的電纜時(shí)，被測電纜長度最大不小于5米，測試時(shí)間不大于2分鐘，還能修改電纜連接關(guān)系并記錄顯示測試結(jié)果。測試60芯的電纜時(shí)，被測電纜長度最大不小于20米，測試時(shí)間不大于60秒［1］，還能中文提示操作過程和顯示結(jié)果信息。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2芯片；LCD1602；CC1101無線模塊；電纜

1 緒論

電纜背景。隨著社會的發(fā)展，電纜在各行各業(yè)都得到了大量的應(yīng)用。對于沒用過電纜無線測試儀的用戶，測試儀的推廣應(yīng)用便成了不時(shí)之需，尤其是電纜出現(xiàn)故障后對測試儀的需求更是迫不及待。這一舉措明顯的減少了故障排查時(shí)間，提高了工作效率，降低了損失。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

本文以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，由CC1101無線傳輸模塊和LCD1602顯示模塊組成的電纜無線測試儀。先是主機(jī)上的STC12C5A60S2單片機(jī)發(fā)送信號經(jīng)電纜到達(dá)輔機(jī)，然后由輔機(jī)上的STC12C5A60S2單片機(jī)接收信息并判斷電纜是否正常，將非正常的數(shù)據(jù)發(fā)送回主機(jī)，主機(jī)通過返回的數(shù)據(jù)將得到的特征值進(jìn)行處理后，對電纜的連接關(guān)系進(jìn)行修改（因IO口有限本設(shè)計(jì)中只模擬設(shè)計(jì)了兩路調(diào)換）或排線數(shù)進(jìn)行修改并將非正常的第幾條芯數(shù)通過LCD1602顯示在屏幕上。另外本設(shè)計(jì)還使用獨(dú)立按鍵進(jìn)行相關(guān)的操作。

2.2 CC1101無線模塊對信號進(jìn)行傳送和接收

CC1101無線模塊，微功耗，體積小，可廣泛應(yīng)用于各種場合的短距離無線通信領(lǐng)域［2］。

無線模塊的工作原理是，首先由一端將電信號轉(zhuǎn)化為無線信號，在空氣中經(jīng)過介質(zhì)傳輸無線信號，當(dāng)另外一端接收到無線信號后，將其轉(zhuǎn)化為電信號并將其發(fā)送給STC12C5A60S2單片機(jī)。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 控制器（MCU）模塊設(shè)計(jì)

該使用的控制器是單片機(jī)STC12C5A60S2。40、20#分別接電源和地；9#管腳連接的是上電復(fù)位電路；因?yàn)镻0口為開漏輸出需加4.7k的上拉電阻，連接的是LCD的數(shù)據(jù)端口；P1口連接的是鎖存器的鎖存端；P2口連接的是鎖存器的數(shù)據(jù)端；P3.0、P3.1管腳連接的是無線串口模塊的TxD跟RxD端口；P3.2、P3.3、P3.4分別連接的是LCD的RS、RW、EN端口；P3.6管腳為控制LCD背光燈亮滅的控制管腳；P3.7接一個(gè)按鍵，用于控制啟動(dòng)檢測事件。電路如圖1所示。

3.2 無線模塊電路設(shè)計(jì)

利用CC1101無線收發(fā)模塊，采用串口通信的方式，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)的無線通信。

3.3 顯示模塊設(shè)計(jì)

采用LCD1602液晶顯示，控制簡單使用方便?？刂贫薘S、RW、EN分別連接單片機(jī)的P3.2、P3.3、P3.4管腳；數(shù)據(jù)端連接單片機(jī)的P0口；R3滑動(dòng)變阻器用于調(diào)整LCD的清晰度；Q1三極管接單片機(jī)的P3.6管腳，用于控制LCD背光燈的亮滅。

3.4 電纜檢測接口電路設(shè)計(jì)

因?yàn)閱纹瑱C(jī)接口有限，且驅(qū)動(dòng)電流較小，所以利用74HC573鎖存器擴(kuò)展電纜線測試端口。鎖存器的數(shù)據(jù)端口接單片機(jī)的P2口；鎖存端接單片機(jī)的P1口。

4 程序設(shè)計(jì)

4.1 主機(jī)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用 C語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。當(dāng)啟動(dòng)單片機(jī)之后，首先單片機(jī)系統(tǒng)初始化需要配置串口初始化、定義測試電纜標(biāo)志位初始化、LCD系統(tǒng)初始化、LCD顯示初始化等設(shè)置；然后再執(zhí)行主循環(huán)里面的程序。主機(jī)程序流程如圖2所示。

4.2 串口中斷程序設(shè)計(jì)

串口數(shù)據(jù)的接收在串口中斷程序中執(zhí)行，當(dāng)RI標(biāo)志位置1，表示接收到串口數(shù)據(jù)執(zhí)行串口中斷函數(shù)，因?yàn)镽I標(biāo)志需軟件清除，所以進(jìn)入中斷之后首先清除RI標(biāo)志。然后再讀取SBUF中的數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)測試

5.1 測試方法

對于一根多芯被測屏蔽電纜，設(shè)計(jì)的電纜無線測試儀，測試電纜中各芯的額定通斷狀態(tài)和意外短路狀態(tài)。主機(jī)向電纜其中一條線發(fā)送一個(gè)高電平再由CC1101模塊向輔機(jī)發(fā)送，然后由輔機(jī)進(jìn)行對32芯的電纜或32根排線判斷，32芯的電纜或32根排線內(nèi)如果有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的高電平就說明該條光纜或排線短路了、如果有一個(gè)高電平說明該條光纜或排線正常、如果沒有則說明該條光纜或排線斷路了。

5.2 測試結(jié)果

5.2.1 測試數(shù)據(jù)

（1）只測試斷路狀態(tài)。測試時(shí)首先設(shè)置32芯與60芯電纜故障，把代替電纜的排線的第3、5、6、8、9、10、13、16、20、29線剪斷，然后測試檢測出電纜的狀態(tài)，并記錄檢測所需時(shí)間。經(jīng)測試可得在小于一分鐘的檢測時(shí)間內(nèi)，32芯與60芯電纜的排線3、5、6、8、9、10、13、16、20、29分別都出現(xiàn)斷路，沒有短路情況。

（2）只測試短路狀態(tài)。測試時(shí)首先設(shè)置32芯與60芯電纜故障，把代替電纜的排線的第（3、6），（5、8），（9、10），（13、16），（20、29）線分別連在一起，然后測試檢測出電纜的狀態(tài)，并記錄檢測所需時(shí)間。經(jīng)測試可得在小于一分鐘的檢測時(shí)間內(nèi)，32芯與60芯電纜排線第（3、6），（5、8），（9、10），（13、16），（20、29）都出現(xiàn)短路沒有斷路情況。

（3）同時(shí)測量斷路、短路狀態(tài)。測試時(shí)首先設(shè)置32芯與60芯電纜故障，把代替電纜的排線的第（3、6），（20、29）線分別連在一起，第5、8、9、10、13、16線斷開，然后測試檢測出電纜的狀態(tài)，并記錄檢測所需時(shí)間。測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 斷路短路測試數(shù)據(jù)表

5.2.2 結(jié)果分析

經(jīng)過無數(shù)次的測試，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理得出電纜中或排線中出現(xiàn)的故障與所設(shè)置故障基本一致，基本完成了設(shè)計(jì)要求。但還需進(jìn)一步完善該測試儀的功能。

6 結(jié)論

電纜無線測試儀的設(shè)計(jì)使用單片機(jī)STC12C5A60S2為核心元件，通過CC1101無線傳輸模塊、LCD1602模塊、獨(dú)立按鍵模塊的的相互作用，加上Keil軟件的編程，完成了對60芯和30芯電纜的檢測，通過模擬短路和斷路狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)無線測試儀的作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］ ChengFengRF.無線模塊_分類_百度百科［DB/OL］. http：// baike.baidu.com/link?url=4MzO79vI0uUQsnMtAmnPcYqUypIt22pbjnv RX w94 zRLKQSbMwrdCHnycWaLajqjV04NjIWIG2XdmTDS0e8NEi_，2015-04-23.

［1］陳亮.基于RFID的井下人員安全定位系統(tǒng)［J］.煤礦機(jī)械,2012,33（06）：279-280．

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.111

作者簡介：范帥帥（1991-），女，山東費(fèi)縣人，研究生，學(xué)生，研究方向：傳感器。