通信線路檢測系統(tǒng)的研究

0故障點的確定通信線路的安全和可靠運(yùn)行是信息快速傳輸?shù)谋Ｕ稀Ｒ酝O(jiān)測線路是否運(yùn)行正常都是靠人工檢測的方式。這種方式需要大量的人力到現(xiàn)場實地測量,故障點上報的時間慢,處理周期長,可靠性也比較差。如何能在監(jiān)控中心實時地監(jiān)測通信線路的運(yùn)行情況,發(fā)生故障后準(zhǔn)確的確定故障點,在第一時間進(jìn)行處理成為人們?nèi)找骊P(guān)心的問題。本文針對通信線路運(yùn)行過程中常見的配線架故障、電纜斷線和工頻干擾設(shè)計了不同模塊進(jìn)行檢測,通過單片機(jī)構(gòu)成的集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和顯示,通過網(wǎng)絡(luò)把采集的數(shù)據(jù)上報至監(jiān)控中心,及時進(jìn)行故障的處理。1規(guī)范數(shù)據(jù)收集和顯示模塊系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。本測試系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計。對配線架故障、電纜斷線和工頻干擾的檢測分別采用了不同的子模塊,主模塊負(fù)責(zé)對各個子模塊的檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和上傳給監(jiān)控中心,這一主模塊我們稱為集中器(SU)。每個子模塊都通過485總線和集中器通信,把測量的結(jié)果傳給集中器。以主CPU89C52為核心組成的集中器,對上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示,同時把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳給監(jiān)控中心。每一個集中器最多接256塊檢測子模塊。為顯示時間和設(shè)置參數(shù),在集中器上連接了日歷時鐘芯片PCF8583和擴(kuò)展了鍵盤及顯示接口電路,顯示采用液晶顯示。1.1監(jiān)控存儲檢驗在配線架的每一列有一條公共線,只要該列上有一端點出現(xiàn)故障,該線就接地,將該線引入單片機(jī),只要檢測到其為低電平,說明對應(yīng)的列有故障。系統(tǒng)每個子模塊檢測16列,CPU采用8051單片機(jī)。把16列對應(yīng)的公共線經(jīng)過光電隔離器件QTC4N25分別對應(yīng)接到8051兩個并行口P1、P2口的16條口線上,系統(tǒng)不斷循環(huán)讀取P1、P2口的值,如果讀入的數(shù)據(jù)不為0FFH,說明某列有故障,把數(shù)據(jù)存儲,傳給集中器的CPU。在檢測時,為防止干擾造成的誤告警,在讀到不為0FFH后,要延時一段時間再讀取數(shù)據(jù),如果再次讀入的數(shù)據(jù)還不為0FFH,才確切的認(rèn)為有故障。1.2電纜線的長度和控制方式電纜斷線往往是由于電纜被盜割造成的。一組電纜線,如果檢測到其中的一對斷開,基本就能判定此組電纜斷線了。所以在檢測電纜是否斷線時,在電纜的遠(yuǎn)端留出一對線,專門用于檢測是否斷線。將這一對線在遠(yuǎn)端短路,同時把這對線的一端接地,另一端接到單片機(jī)的一條口線上,口線經(jīng)電阻接VCC。如果此組電纜線未發(fā)生斷線,單片機(jī)讀取此條口線上的值,應(yīng)為低電平;如果電纜斷線,讀到的值為高電平。一個檢測子模塊能檢測16組電纜斷線。如果確定某組電纜已斷線,就要確定電纜斷線的具體位置,即檢測出斷線電纜的長度。因為線上的分布電容和線的長度基本成線性的關(guān)系,線越長,分布電容越大。所以通過測量電纜上分布電容的值來確定線的長度。在確定某組電纜斷線以后,將繼電器切換到相應(yīng)的電纜線上,把斷線的電纜接到555定時器上,555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的形式。555定時器的輸出接到單片機(jī)的P3.2口線上,由P3.3輸出觸發(fā)脈沖。電路如圖2所示。555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后,輸出脈沖周期的計算公式為Tw=1.1RC,由此公式可以看出,在電阻一定的情況下,電容越大,輸出的脈沖周期越大,線越長。測試時,首先在實驗室測出1m線的輸出脈沖的寬度T1,在電阻值R取100kΩ的情況下,1m電纜線對應(yīng)的脈沖寬度約為50μs。真正測試時,就用所測的脈沖的周期TX/T1即得到線的長度。為使測量準(zhǔn)確,每組測5次脈沖寬度,取最大值做為最終的脈沖寬度。測量脈沖寬度時,首先在P3.3引腳輸出一個負(fù)脈沖,觸發(fā)555定時器。然后檢測P3.2引腳的輸入,即555定時器的輸出。檢測到高電平,說明單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),此時啟動定時器開始計時。檢測到P3.2引腳變?yōu)榈碗娖街?計時停止。用定時器T0的方式1,采用中斷方式,計數(shù)器初值設(shè)為0,計數(shù)單元為Count1、Count2。每產(chǎn)生一次定時中斷,則計單元Count1、Count2加1。用11.059MHz的晶振,則脈沖的寬度tw為:tw-[(count1,count2)×65536+TH0×256+TL0]μs1.3ad鋼纜線工頻干擾對于工頻干擾,用一個電流互感器卡在電纜線上,如果電纜線上有工頻干擾,互感器就有電流輸出。測試規(guī)范規(guī)定,大于50mA電流就報警。首先通過圖3所示電路對互感器輸出的交流電流進(jìn)行變換,把交流電流變?yōu)?～2.5的直流電壓信號。然后用10通道16位串行A/D轉(zhuǎn)換器AD7708完成A/D轉(zhuǎn)換。一個測試子模塊測16組電纜線的工頻干擾,需要連接兩片AD7708。每一片AD7708的串行輸出端可接到單片機(jī)的任意兩條并口線上。在本應(yīng)用中,一片接P2.0和P2.1,另一片接P2.2和P2.3。在圖3所示的電流電壓變換電路中,RI是采樣電阻,取10Ω,負(fù)責(zé)把來自電流互感器的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。運(yùn)算放大器和二極管D1及電阻R2、R3組成半波精密整流放大電路,把互感器輸出的交流電流變成脈動的直流,調(diào)整R2和R3的比值取得足夠的放大倍數(shù),使得輸出電壓在0～2.5V范圍內(nèi)變化,該輸出電壓經(jīng)過電容C1的濾波,在輸出端IN1即得到放大以后的直流電壓。經(jīng)實驗,C1取100μF,C1越大,直流電壓越平滑,但C1過大,在交流電流變化后,電路的反應(yīng)速度慢。2軟件方案的設(shè)計2.1地址幀狀態(tài)的監(jiān)控管理集中器的工作流程如圖4所示。系統(tǒng)上電復(fù)位后,首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢,即檢測各子模塊是否正常工作。方法是給各子模塊依次發(fā)地址幀,如果能夠返回地址(有回應(yīng)),這說明此子模塊工作正常。然后開始循環(huán)采樣工作正常的各子模塊的狀態(tài)數(shù)據(jù),如果某子模塊有故障報警,集中器通過網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心發(fā)送報警信息,同時在液晶顯示器顯示。監(jiān)控中心每隔一段時間會向集中器發(fā)查詢狀態(tài)的命令,集中器接到命令后進(jìn)行處理。同時,可通過集中器的鍵盤設(shè)置時間、電話號碼、IP地址等參數(shù)。2.2集中器地址識別集中器和各檢測子模塊之間通過485串行總線進(jìn)行通信,采用多機(jī)通信的方式。用單片機(jī)串行口的方式3,波特率為9600bps。在初始化時,各子模塊的多機(jī)通信控制位SM2=1,此時各子模塊只接收集中器發(fā)來的TB8=1的數(shù)據(jù)。集中器采樣各子模塊數(shù)據(jù)時,首先發(fā)該子模塊的地址,即地址幀,此時TB8=1。子模塊接到地址幀如果和本模塊的地址相同,就使SM2=0,準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。集中器隨后發(fā)數(shù)據(jù)幀時,使TB8=0,只有SM2=0的子模塊即地址相同的子模塊能接收到數(shù)據(jù)。子模塊的地址可通過模塊上的DIP開關(guān)靈活設(shè)置。2.3通過數(shù)據(jù)傳輸集中器和監(jiān)控中心之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。通信命令有兩種,一種是集中器采樣到各子模塊檢測到的線路故障,主動向監(jiān)控中心上報;故障恢復(fù)后也主動向監(jiān)控中心上報。另一種是監(jiān)控中心主動發(fā)查詢命令給集中器,詢問某個特定的物理量的當(dāng)前狀態(tài)。比如查詢配線架第23列的狀態(tài),集中器接到命令后,首先判斷要查的物理量是哪塊子模塊檢測的物理量,然后采樣該模塊,把該物理量的狀態(tài)發(fā)送給監(jiān)控中心。數(shù)據(jù)傳輸可以連接MODEM,通過電話線傳輸,也可以用TCP/IP協(xié)議通過現(xiàn)有的以太網(wǎng)直接傳輸。兩種方式的波特率都為9600bps,MODEM和TCP/IP協(xié)議接口都能波特率自適應(yīng)。無論哪種傳輸方式,集中器都是通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行口輸出數(shù)據(jù)。在利用MODEM撥號這種方式時,首先發(fā)送“ATD電話號碼”,然后檢測MODEM的CDCD線(載波信號線),如果此線有下跳沿,說明已連接成功,可以發(fā)送數(shù)據(jù)。通過以太網(wǎng)傳輸?shù)倪@種方式,外接一個TCP/IP的協(xié)議接口,把RS-232串行口輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行打包封裝,上傳網(wǎng)絡(luò)。3行業(yè)內(nèi)最大的監(jiān)控參數(shù)是采集數(shù)據(jù)的過程,同時造成了一定的沖擊為使數(shù)據(jù)檢測和傳輸準(zhǔn)確,對上述設(shè)計的3個檢測子模塊分別進(jìn)行了調(diào)試,反復(fù)進(jìn)行了現(xiàn)場實驗和整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。使用時需要注意以下幾點:(1)對工頻干擾,即使是相同變比的互感器,不同的型號,測得的數(shù)據(jù)也不同,需要根據(jù)型號的不同,改變程序中的定標(biāo)和報警值。(2)在檢測電纜斷線時,從理論上講,可以檢測任意長度的電纜的斷線位置,但線過長,分布電容就會很大,相應(yīng)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的脈沖寬度會很長。一個物理量采樣的時間過長,會影響整個系統(tǒng)對其它物理量的采樣。所以,采用這種檢測方法,根據(jù)所連接的子模塊數(shù)不同,可檢測的最長線長也不同。在連接24個子模塊的情況下,實驗最長可測15000m的線長。(3)對每種故障,不僅要把檢測到的故障上報監(jiān)控中心,還需要在故障恢復(fù)時上報監(jiān)控中心。所以集中器的程序在完成對每一個子模塊循環(huán)掃描的同時,還需要記憶當(dāng)次掃描的數(shù)值,掉電也不丟失。日歷時鐘芯片PCF8583有256字節(jié)的RAM,且其帶后備電池,掉電數(shù)據(jù)不丟失,所以當(dāng)次檢測到的數(shù)據(jù)保存在PCF8583中。再次采樣到的數(shù)據(jù)和保存的數(shù)據(jù)比較,如果不同,就有故障報警或故障已恢復(fù),需要上報監(jiān)控中心。(4)485總線在連接各子模塊時,需遠(yuǎn)端接一120Ω的電阻,吸收線上的干擾。(5)為消除干擾對集中器程序運(yùn)行的影響,硬