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06-06
摘要：介绍了一种以单片机和FPGA为核心的ADSL电缆测试仪。
采用嵌入式计算机技术和硬件电路模块化设计技术，方便测量通道的扩展，实现ADSL电缆的导通、绝缘、电压、电容测试。
阐述了系统的工作原理、设计方案及软硬件实现方法。
试用结果表明，该测试仪能够自动测量ADSL电缆的绝缘、电压等电性能参数，能够及时、快速地发现ADSL电缆中的故障隐患，缩短检测时间，提高检测效率。
关键词：ADSL电缆； FPGA；微控制器；便携式 0 简介 近年来，非对称数字用户线路（ADSL）作为解决网络“最后一公里”问题的解决方案得到了广泛应用。
在我国，ADSL业务已经成为运营商收入的主要增长点之一。
直接利用当地现有的铜缆线路传输信息。
市话电缆线路还担负着传送长途电话、市话等通信业务的重要任务。
他们的目的是确保通信服务的畅通。
关键环节。
如果本地电话线路出现障碍，少则十几个用户，多则几千个用户会同时被屏蔽；如果多站系统的干线电缆有障碍物，则两个站内的所有用户将无法相互通信。
因此，无论是ADSL业务还是本地电话业务的开通，还是正常的运维，都需要进行一系列的测试，而自动化测试仪器是提高测试效率和准确性的关键。
该型ADSL线路测试仪是针对传统仪器设备携带不便、自动化程度低等特点而设计的。
1 系统工作原理 电缆测试仪由MCU控制器电路、控制驱动电路、A/D采集电路、通道切换电路、绝缘、环阻、电压、电容、导通测量电路、系统电源组成它由电路、显示电路、人机键盘接口电路等部分组成。
电缆测试仪系统原理框图如图1所示。
MCU主控制器电路完成系统测试程序的运行控制，接收、发送、驱动计算机控制、地址、数据命令，与计算机交互人机界面命令，与上位机传输通讯命令，接收并连接网络上位机发送的测试命令字，用于执行测试过程并显示测试结果，通过串口输出上传等。
驱动控制电路完成总线信号的驱动和各种用户功能接口板的地址译码、控制、通道切换以及功能实现。
绝缘电阻测试单元：实现被测电缆的绝缘电阻测试。
通过通道切换电路将绝缘测试所需的高压源或标准电阻切换至相应的测量电路。
环路电阻测试单元：实现被测电缆的环路电阻测试。
通过通道切换电路将环路电阻测试所需的电压源或标准电阻切换至相应的测量电路。
导通测试单元：实现被测电缆的导通测试和断点位置的确定。
电压测试单元：实现被测电缆A线、B线之间的电压测量。
电容测试单元：实现被测电缆A线、B线之间的电容测量。
通道切换电路实现将被测电缆的测量点切换到相应的测试线通道。
人机界面单元接收面板键盘的命令，完成相应的控制操作，并将信息发送到液晶显示屏进行显示。
显示电路实现开机画面、系统主菜单、测试项目子菜单、自检与校准结果、测试结果、数据管理、电性能参数值等显示信息。
2 系统硬件设计 2.1 导通测试单元 2.1.1 导通测试原理 测试原理：测试时，向电缆一端注入低压脉冲，脉冲沿电缆传播（传播速度与光速处于同一水平）。
当遇到阻抗不匹配时，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲就会被反射。
当反射信号返回测量点时，被仪器记录下来。
波形发出脉冲和反射。
可以很容易地获得脉冲的时间差、脉冲在电缆中的波速v以及阻抗失配点距离L。
2.1.2 通断测试电路 测试时，通过人机键盘设置脉冲宽度。
微控制器发送测试开始命令和脉冲宽度控制字。
FPGA接收测试命令，根据脉宽控制字产生脉冲。
同时开始计数，脉冲通过发射电路到达被测电缆。
遇到断点后，脉冲返回原来的路径，然后经过接收电路产生下降沿，使FPGA停止计数，并将计数值传送给单片机。
计算出断点位置后，通过显示电路显示出来。
单片机通过串口与PC机通讯，可以导出测量数据。
为了防止回波幅度过小，因信号损失过大而难以辨别，将FPGA产生的脉冲通过放大电路放大至V；同时，为了避免由于测试点阻抗不平衡而导致发射脉冲幅度的降低，放大电路在电路与电缆之间添加了高频脉冲隔离器，以实现放大电路与电缆之间更好的耦合。
电路和电缆。
遇到断点后，脉冲返回到原来的路径。
经过耦合电路再放大处理后，光电隔离电路产生下降沿传输至FPGA。
如图2所示。
2.2 绝缘电阻测试 绝缘电阻测量采用漏电流法测量原理，通过外接直流电压源来测量无源回路的绝缘电阻。
如果被测电路的一根芯线与其他芯线、电缆外壳和地绝缘，并且向该芯线施加直流电压，则其他芯线不会向地产生漏电流。
否则会检测到漏电压。
。
绝缘测试工作原理如图3所示。
绝缘电阻：Rl=URo/Uo-Ro。
根据IEC0-标准和测试要求，绝缘电阻测试电路需要施加三种直流电压信号（V、V、1V）。
在直流控制信号的作用下，直流高压源将单片机系统提供的0V～5V直流信号通过DA转换转换为0V～1V直流高压信号。
为了保证单片机系统的测量范围，实现绝缘电阻的全量程测量，必须采用分压网络来自动切换量程。
单片机系统发出直流信号控制开关K动作，选择分压网络中三个电阻中的任意一个。
当加到电路中的直流高压信号一定时，测试电路会因分压网络中选择的电阻不同而产生不同的检测信号。
同样，当检测信号低于单片机的采集范围时，分压网络切换到小电阻电平；反之，自动切换至高阻电平。
2.3 回路电阻和电压测试设计 回路电阻测试和电压测试均采用与绝缘电阻测试相同的设计原理，此处不再赘述。
2.4 电容测试设计 通过将电容转换为频率测试来测量线对之间的电容。
采用时基振荡电路。
线对之间的电容和仪器的内阻组成振荡电路，输出脉冲，通过测量脉冲频率来计算电容。
由定时器构成的多谐振荡器的电路和工作波形如图4所示。
振荡周期，可以根据该周期计算电容。
2.5 通道切换、驱动控制电路设计 通道切换电路由地址译码电路、通道译码电路、驱动电路、继电器开关电路等部分组成。
通过测试总线送来的控制信号经译码电路译码，经驱动电路选择并放大相应端口，闭合驱动继电器开关相应通道触点，从而将被测点切换到相应通道。
3 系统软件设计 测试仪系统软件采用模块化设计。
系统软件主要由用户界面管理模块、测试项目管理模块和数据管理模块组成。
数据管理模块完成保存实时数据和报警数据、设置测试参数报警阈值等功能。
测试项目管理模块完成电缆测试仪系统自检、系统校准、被测电路导通测试、绝缘测试等电参数性能测试。
系统软件功能如图5所示。
各软件功能模块实现硬件功能板的地址识别、通道切换和程控增益控制，完成测试、计算、结果判断、存储、显示、对应被测通道的通讯、退出等功能。
4 结论 该测试仪具有以下特点： （1）该产品集成度高。
软硬件设计采用模块化设计，各功能板及功能模块相对独立。
可根据用户需求构建不同功能、不同规模的用户系统，并通过传输电缆（组合）完成与用户系统的对接测试。
测试通道可根据需要灵活配置，各种功能模块可灵活组合。
它可以像小型桌面仪器一样使用，也可以与系统一起安装在机架上。
(2)测试仪采用嵌入式主控制器，可实现单机测试或与测控系统联网测试，对系统设备和设备进行导通测试、绝缘测试、短路测试、开路测试。
ADSL电缆，测试结果实时保存并显示在屏幕上，还可以通过远程控制打印电缆测试结果。
通过实际测量，满足测试需求，可以检测ADSL线缆的故障，提高测试速度，缩短使用前的检测时间。
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