某型地空導彈發(fā)射電纜絕緣電阻檢測儀設計概述

張兵 張東方 周梅軍 田鋼

73106部隊 江蘇 淮安 223300

引言

某型地空導彈發(fā)射通道電纜用于導彈與發(fā)控設備之間的信號傳輸，對其進行絕緣電阻檢測是地空導彈日常維護和實彈射擊前檢查中的重要內容，也是確保導彈能否正常發(fā)射的關鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)方法是人工手搖兆歐表對電纜芯線絕緣電阻進行逐個檢測，但電纜芯線較多、芯間間隙較小時，靠人工頻繁切換電纜芯線，容易出錯，耗時較長，檢測結果的準確性難以保證。本文介紹的基于單片機控制技術的多芯電纜絕緣電阻檢測系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)多芯電纜自動快速檢測，為發(fā)射電纜檢測提供了科學有效的方法。

1 系統(tǒng)簡介

1.1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有以下功能：①開機自檢功能；②待檢電纜芯號設定功能；③多路絕緣電阻同時和循環(huán)檢測功能；④絕緣電阻自動判讀功能；⑤測試結果實時顯示功能。

1.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由單片機控制、多路采集檢測、直流高壓產(chǎn)生、繼電器陣列控制、顯示等模塊組成。系統(tǒng)設計原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設計原理框圖

系統(tǒng)工作原理為：啟動復位電路，系統(tǒng)運行初始化，操作人員通過鍵盤設定電纜芯號，發(fā)出檢測命令，單片機啟動控制電路，通過CPLD系統(tǒng)實現(xiàn)對繼電器陣列的閉合與斷開來選通相應的采集回路，對選通的采集回路電壓信號進行濾波、隔離和運算放大處理，然后A/D將模擬信號轉換為數(shù)字信號，經(jīng)過單片機采集、分析和運算處理，將檢測結果在LCD液晶顯示屏進行實時顯示[1]。

2 硬件設計

2.1 檢測原理

根據(jù)絕緣電阻檢測原理和電纜測量耐壓要求，系統(tǒng)采用串聯(lián)法測量絕緣電阻值。檢測原理為：測量Rx時，圖中U為已知標準直流穩(wěn)壓電源電壓，V為Rstd兩端電壓，Rf和Rstd為已知標準電阻。Rstd為采樣電阻，Rf的作用是為Rstd提供一個合適的電壓，隨著Rx阻值的變化，Rstd上會線性分得不同的電壓，然后通過采樣，換算Rstd上的電壓值便可以得到被測電阻Rx的阻值，即：Rx=Rstd*（U-V）/V -Rf。串聯(lián)法檢測原理圖如圖2所示。

圖2 串聯(lián)法檢測原理圖

2.2 電路構成

（1）單片機控制電路

采用STC15F2K60S2作為核心處理單元，主要特點有：超高速雙串口，超強抗干擾，大容量2048字節(jié)SRAM，5組8位并行端口，寬電壓（4.2～5.5V），3路PWM，還可對外輸出時鐘和低電平復位信號。內部集成MAX810專用復位電路、ISP監(jiān)控程序和看門狗電路。通過C語言程序控制CPLD、CD4051、ADC0809等芯片的工作，完成電壓信號的采集、處理和存儲，以及鍵盤錄入、液晶顯示功能。

（2）多路采集檢測電路

為提高電纜絕緣電阻檢測效率，采用到多路芯線同時檢測設計。多個信號采集電路分別完成電壓數(shù)據(jù)采集，經(jīng)運算放大、A/D轉換處理后送給單片機，最后由單片機完成多路檢測處理控制。多路電壓采集：單片機將待測電纜的芯線號送給CPLD，由CPLD控制繼電器陣列的選通來實現(xiàn)電壓信號采集。電壓信號處理：經(jīng)濾波、隔離處理后送入運算放大器（LM224：四路運算放大器），運算放大器將電壓信號整合成1～5V（緣電阻的阻值越小，相對應的采樣電壓越高）電壓信號以供A/D轉換器處理。信號模數(shù)轉換：由多路模擬開關（CD4051：8 選1數(shù)字控制模擬開關）配送給模數(shù)轉換器（ADC0809：8位高分辨率模數(shù)轉換器），經(jīng)過模數(shù)轉換，將模擬電壓處理成數(shù)字信號，以供給單片機采集、分析和處理使用。

（3）繼電器陣列控制電路

采用ALTERA公司的MAX700s，它是基于第二代MAX5.0-V結構的EEPROMR高精度、高性能、可編程的CPLD芯片，可提供32～256個邏輯宏單元，5ns的邏輯延時以及175.4MHz的高速計數(shù)器。繼電器陣列控制電路采用CPLD進行IO口擴展，CPLD與單片機采用模擬串行的方式連接，將編寫的繼電器陣列通斷控制程序下載到CPLD中。單片機只需將待測電纜的芯線號送給CPLD，由CPLD來完成繼電器陣列的選通[2]。

（4）液晶顯示電路

采用JD320240B型圖形點陣液晶顯示模塊，主要由RA8835控制器、行列驅動器、顯示存儲器、LCD液晶顯示屏和接口電路等組成。通過單片機的控制，將電纜絕緣電阻檢測結果在液晶屏上顯示出來。

（5）電源電路

為單片機控制電路、繼電器陣列電路、LCD液晶顯示電路、鍵盤電路、檢測電路等提供各種供電電源。

（6）鍵盤電路

通過鍵盤完成系統(tǒng)各項參數(shù)設置，如待測電纜芯數(shù)的設定以及檢測結果的查看、刪除、保存等功能。

3 軟件設計

軟件部分以KEIL軟件為開發(fā)平臺，采用C語言編寫單片機應用程序，軟件主要由自檢程序、電纜參數(shù)設置程序、絕緣電阻檢測程序、檢測結果顯示程序等組成，用于完成系統(tǒng)自檢、參數(shù)設置、絕緣電阻檢測及檢測結果實時顯示等功能。主程序流程圖如圖3所示。

自檢程序用來對儀器進行自檢，以保證儀器工作狀態(tài)的正確性；電纜參數(shù)設置程序用來設定電纜芯數(shù)（41芯或37芯）；絕緣電阻檢測程序用來對電纜進行絕緣電阻檢測；檢測結果顯示程序用于實時顯示檢測結果[3]。

4 結束語

本系統(tǒng)具有快速精確、便捷高效、攜帶方便等優(yōu)點，經(jīng)過長期運行測試，性能穩(wěn)定可靠，已開發(fā)成產(chǎn)品，應用于多芯電纜絕緣電阻檢測，大大縮短了檢測時間，提高了檢測精度，具有一定的軍事應用價值。

圖3 主程序流程圖