電話線故障檢測系統(tǒng)的設計

張 紅

閩江學院，福建福州 350108

電話線故障檢測系統(tǒng)的設計

張 紅

閩江學院，福建福州 350108

設計一個電話線故障（斷路或短路）點簡易檢測裝置，要求該裝置能檢測出電話線故障狀態(tài)；能檢測出人為的電話線短路點的位置，并以數(shù)字形式顯示出短路點長度值；語音報出短路點的位置。根據(jù)電話線短路或斷路的位置不同測量出的電阻和電容值也是不同的，得到電壓或頻率的關系，利用A/D轉(zhuǎn)換器就可以得到我們可以控制的量，完成檢測。

短路電阻；斷路電容；反向放大；靜態(tài)顯示；語音報數(shù)；A/D轉(zhuǎn)換

電話線是被廣泛應用的信號傳輸或能量傳輸?shù)闹匾d體。與其應用的廣泛性相比，它的測試方法是落后日益受到廣大技術人員的關注。長期以來，人們常用人工測試電話線，但該方法既費時又費力，準確性也比較差。針對以上問題，本文提出一種新型的電話線故障測試系統(tǒng)，以實現(xiàn)對電話線的斷路、短路、斷路點、短路點的測試。此系統(tǒng)能檢測長距離的電話線常見故障，可用于通信、軍事、工業(yè)、醫(yī)學等多種領域。

1 理論分析

1.1 短路電阻測量的原理

基于對電話線故障檢測，當電話線短路時，利用電阻的分壓作用，把電話線的電阻分壓的值經(jīng)過放大器的兩級放大，再通過A/D轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，得到我們所能控制的電壓。通過單片機內(nèi)部程序計算就可以得出電話線的短路點長度，并且可以轉(zhuǎn)到顯示電路上顯示出來相應的短路位置。

簡而言之，電阻測量的原理就是通過對電壓的測量，再根據(jù)公式把電阻電壓值轉(zhuǎn)換成所要顯示的長度測量值。

1.2 斷路電容測量的原理

電容的測量有很多種方法，其中我們利用過電橋測試，交流電橋輸出阻抗很高（一般達幾兆歐到幾十兆歐），輸出電壓幅值又小所以必須后接高輸入阻抗放大器將信號放大后才能測量。于是我們選用了簡單易行的方法，利用555定時器構成多諧振蕩，產(chǎn)生矩形波形，通過輸出的方波計算出周期，由于周期和電容呈線性關系，而電容又和長度呈線性關系，通過周期的不同從而得到電容的大小，最后可以得到斷路點的位置。由于輸出的波形頻率很小，這里利用D觸發(fā)器對其進行16分頻，把周期再輸送到單片機內(nèi)，最后測出斷路時電話線的長度。

1.3 顯示方案的選擇

我所選用的顯示方案是大家都比較熟悉的靜態(tài)顯示電路，靜態(tài)顯示電路要由數(shù)碼管和74LS164組成，74LS164是一個七段式譯碼器，把它的輸出端接到共陰極數(shù)碼管的相應端口就可以把數(shù)據(jù)顯示到數(shù)碼管上，共陰極數(shù)碼管公共端COM接到GND端，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段為低電平時，相應字段就不亮。我們的顯示從左數(shù)前二位是顯示電話線故障的，判斷其是短路還是斷路。后四位是顯示故障位置既故障點處電話線的長度值，數(shù)碼管可以顯示出00.00—10.00的數(shù)據(jù)值。

2 硬件設計

2.1 系統(tǒng)的總體設計

首先把電話線插到我們檢測的端口，通過短路斷路檢測裝置。如果電話線是短路的話黃燈亮。通過測試電話線兩端的電壓，通過LM324兩級放大，把電壓放大20倍（第一級放大兩倍，第二級放大十倍），再通過A/ D轉(zhuǎn)換器把電壓值轉(zhuǎn)換成單片機識別的數(shù)字信號。通過程序的控制靜態(tài)顯示部分可以顯示出當前的故障狀況和具體位置（也就是電話線的長度），并且通過語音模塊報出電話線的長度。如果電話線的故障狀況是斷路的話，紅燈亮。利用555振蕩器把輸出信號的周期測出來，通過74LS74四個D觸發(fā)器構成的十六分頻把周期信號送到單片機中，由程序控制靜態(tài)顯示部分顯示出故障狀態(tài)和電話線的斷路位置即電話線的長度，并通過語音模塊報出電話線的長度。

2.2 電阻的測量與計算

如果電話線出現(xiàn)的故障是短路，那么要檢測出故障位置就要通過電話線的短路電阻的不同來間接的測量。而電阻的大小是通過在電路中它所分壓的大小來間接得到的，計算方法如下：

R0是已測電阻為26.5歐 L0=10m

由上式可得 U0的表達式：

2.3 電容的測量與計算

如果電話線的故障是斷路時，想要知道該電路斷電的位置時就利用電容的關系來實現(xiàn)，我們通過單片機89C51控制555電路，555定時器構成多諧振蕩。通過頻率的不同來確定位置的不同。因為電容和長度是呈正比例關系的，而周期又和電容大小也呈正比例關系，因此我們可以實現(xiàn)周期和長度的轉(zhuǎn)換。最后測出電話線斷路點長度。

我們實驗室的測量結果是：

用程序中的報數(shù)程序，就能用語音來報出短路或斷路位置的長度。

3 測試方法結果及分析

3.1 電阻電壓測試方法

首先把十米電話線短路的電阻測試出來，用實驗室的阻容元件測試儀來測試，這臺儀器測試的電阻非常精確。測試出十米電話線的短路電阻時26.5歐。

電阻的測試方法是通過對它所分壓的大小間接的測量出來的，首先把電路的原理在實驗臺上測試，用萬用表測量電話線兩端的電壓和它通過LM324二倍放大和十倍放大后的電壓。把十米的電話線從十米截斷到一米又從一米接到十米，經(jīng)過兩次測試。測試結果如表1。

表1

由測試所得的數(shù)據(jù)可以的出，電話線兩端的電壓值和電話線的長度呈正比例關系。

3.2 電容周期的測量方法

利用555定時器，把斷路電話線接到555的5腳和地之間，測試公式中需要的周期T，我們用的儀器是示波器來把由一到十米的波形觀測出來，再把周期從示波器上讀出來。

表2 電容測量值

4 結論

經(jīng)過測試，我們的系統(tǒng)測量短路電阻和測量斷路電容都能達到預期的結果，并且系統(tǒng)穩(wěn)定，性能良好。

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1674-6708（2015）150-0172-02