文献标识码： A
文章编号： 0258-7998(2015)05-0081-03
0 引言
多芯电缆对线编号是电力设备安装过程中关键技术之一。目前，在实际工程中进行对线编号有两类方法：(1)使用万用表(或对线灯)且辅之于其他通信设备，寻找公共线芯，再进行剩余线芯的对线编号。此方法需两人及以上协同才能完成工作，浪费人力物力，效率低下。(2)使用以脉冲频率或电位信号[1]为介质进行测量的对线设备进行对线操作，此设备比使用万用表操作方便，但前提是确定一根基准线芯作为公共端，对于没有特殊标志或者标志不明显的多芯线缆，确定基准线芯仍需用到方法一，故在实际使用中仍存在局限性[2]。基于此，本文设计了一种自适应对线器，无需事先确定作为公共端的基准线芯，而是通过专门电路将线缆中当前待测线芯作为信号发送通道，其余线芯作为公共通道，形成一个闭合回路，再辅以微处理器检测电路，对线缆所有线芯进行自动配对编号。
1 系统组成和工作原理
1.1 系统组成
系统分为主机和从机两个部分。
从机可工作于单机模式，也可工作于双机模式。当工作于单机模式时，可实现线缆单端短路和断路检测；当工作于双机模式时，从机主要为主机发送测试信号，供主机对线检测使用。
主机需要在从机协助下工作，实现线缆的双端短路、断路以及对线测试，测试完成后，通过LED屏显示测试结果。
1.2 系统工作原理[3]
系统工作原理框图如图1。从机主要由信号输出端及信号反馈输入端组成，每一路线芯信号输出端与信号反馈端一一对应。工作时，由MCU按照一定的编码规则，通过信号输出端依次向每一根线芯发送电流检测信号，同时检测该信号输出端对应的反馈端，根据反馈信号给出检测结果或者是切换检测信号，过渡到下一路线芯测试。
主机主要由信号检测端与反馈信号控制端组成。工作时，由MCU扫描信号检测端，确定当前哪一路线芯处于测试信号发送状态；反馈信号控制端用于控制测试信号的通断状态，当完成当前线芯的检测后，短暂切断测试信号，通知从机切换检测信号，过渡到下一路线芯的检测。
系统可以实现多路线芯的故障检测及对线编号，测试线芯路数理论上不受限制，实际检测受系统的I/O接口数量控制，可以根据实际情况通过I/O口扩展芯片对其进行扩展，电力系统中线缆线芯数一般不超过24芯，故本系统设计最大对线能力为24芯。
1.3 系统工作流程
本系统主机与从机均配有24根接线端子，按顺序1#-24#编号。系统工作于对线模式时，在从机端将线芯按照接线端子编号从小到大的顺序依次连接到接线端子排上，并在线芯打上与接线端子编号相同的标签，同时在从机上选择对线测试信号发送模式；在主机端则只需将线芯与接线端子相连，然后启动测试即可。检测过程瞬间完成，并将接线端子号与该端子连接的线芯号对应显示在主机LED屏上，施工人员只需根据屏幕显示结果，在接线端子所连接的线芯表皮贴上对应的测试数字标签即可。
2 系统硬件设计
系统中主机与从机硬件电路基本一致，主要由MCU模块、旋转编码器输入模块、LED显示模块、I/O接口扩展模块、自适应对线电路模块组成。从机硬件电路组成如图2。
2.1 处理器模块
由于施工现场的电磁环境比较复杂，所以对MCU的抗干扰性要求较高。本系统选用意法半导体公司的STM32F103系列单片机，该单片机性能稳定、可靠性高，在工业控制领域拥有出色的表现[4]。
2.2 按键输入及LED输出模块
系统以旋转光电编码器作为人机交互信息输入，LED显示屏作为人机交互信息输出。光电编码器(Optical Encoder)俗称“单键飞梭”，其只有一个按键但可满足设备输入需要，作为一种输入装置，具有输入灵活、简单可靠等特点，特别适合应用在嵌入式仪器和手持式设备上。LED屏具备自发光、体积小、分辨率高、接口简单等优点，特别适合户外使用的嵌入式设备。
2.3 锁存器模块
本系统中从机与自适应电路之间共需要48个I/O端口，加上LED显示屏与按键需求，所需I/O口超出了单片机I/O口数量，因此需要进行I/O口拓展。从机根据检测信号的输出及反馈信号的输入，拓展了两组锁存器，一组用于信号输出，另一组用于信号输入。在进行测试信号输出时，将3片锁存器的输入总线与单片机的一个并口相连，通过锁存器LOCK引脚控制锁存器锁存功能，实现并口分时复用功能；在进行反馈信号输入时，将3片锁存器的输出引脚与单片机的另一个并口相连，利用74HC573芯片的三态性，通过
引脚控制锁存器，实现最多24个I/O信号的输入。主机I/O口扩展类同从机。
2.4 自适应工作电路
2.4.1 从机端自适应电路
图3为从机自适用电路。从机自适应电路主要目的是在单片机程序的控制下，实现检测电流信号的流出与流入。在工作过程中，该电路具有两种不同的工作状态：一是测试电流信号输出状态，二是作为公共端承担电路回流路径。当作为测试信号输出端时，单片机I/O接口电路向光耦U1单元的“2”脚 (CATHODE端)发送高电平，U1单元发光二极管关断，U1单元光敏三极管则工作在截止状态，24 V测试电源正极端通过光耦U2单元的发光二级管经待测线芯传导到主机适应电路，供主机检测使用。当作为公共端使用时，单片机I/O接口电路向光耦U1单元的“2”脚（CATHODE端）发送低电平，U1单元发光二级管导通，则U1单元光敏三极管３脚与４脚导通，连接到24 V测试电源的负极，与D1一起形成24V测试电源电流流回的物理路径。光耦U2单元的引脚4作为反馈信号检测端，供从机转换控制信号使用。
2.4.2 主机端自适应电路
主机自适应电路如图4所示，总数也是24路，与从机自适应电路不同的是：24路模块中，所有光耦U3单元的“2”脚（CATHODE端）连接在一起，与主机的I/O接口相连，所有光耦U4单元的“2”脚（CATHODE端）也连接在一起，作为公共端。在工作过程中，该电路也有两种不同的工作状态：一是信号检测工作状态，二是反馈信号发送状态。当工作在信号检测状态时，通过程序控制光耦U3单元的“2”脚（CATHODE端）为低电平，如果该电路模块与载有从机检测信号的线芯连接在一起，则来自从机的电流测试信号通过光耦U3的光敏三极管及光耦U4单元的发光二极管到达公共端，再经过D2单元，通过剩余线芯回流到从机。对线测试时，有一路模块作为主机测试信号输入端，由于光耦U4单元发光二极管导通，U4单元的光敏三极管也处于导通状态，则U4单元的“4”脚为低电平，作为主机对线测试的有效检测信号，主机剩余检测模块作为检测电流信号的回流通道，光耦U3、U4单元均被短路，U4单元光敏三极管处于截止状态，“4”脚在上拉电阻R5作用下呈高电平状态，以区别测试信号输入模块。
如果被测线缆所有线芯正常，则检测过程中有且只会有一路检测信号为低电平。反之，检测时如果没有低电平信号，或者存在两路以上的低电平信号，说明线芯存在断路或者短路现象。
当完成一路线芯对线操作后，电路中光耦U3单元“2”脚切换成高电平，所有模块的U3单元的光敏三极管截止，电路回路断开，从而导致从机光耦U2单元的光耦三级管截止，从机U2单元“4”脚在上拉电阻作用下呈现出高电平，以作为从机切换下一路测试电平的转换信号。
3 系统软件设计
主机及从机根据所承担的任务不同在软件设计流程上有所区别，其软件流程图如图5、图6所示。
4 结束语
本装置经过宜昌三峡送变电工程有限责任公司试用，具有操作简便、输出直观、系统性能稳定等优点，而且极大地提高了现场安装施工人员的工作效率，降低了人力物力成本支出，增强了设备施工的安全性。
参考文献
[1] 蔡怡.数字电缆测试标准的辨析[J].光纤与电缆及其应用技术，2009(2)：10-14.
[2] 王垒高，王春平，张海龙，等.基于USB接口的多芯电缆检测仪的设计[J].科学技术与工程，2010，10(02)：511-514.
[3] 黄南.一种多芯电缆对线电路[P].中国，203673024U，2014-06-25.
[4] 刘军.例说STM32[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.