电话线故障检测系统的设计

张 红

闽江学院，福建福州 350108

电话线故障检测系统的设计

张 红

闽江学院，福建福州 350108

设计一个电话线故障（断路或短路）点简易检测装置，要求该装置能检测出电话线故障状态；能检测出人为的电话线短路点的位置，并以数字形式显示出短路点长度值；语音报出短路点的位置。根据电话线短路或断路的位置不同测量出的电阻和电容值也是不同的，得到电压或频率的关系，利用A/D转换器就可以得到我们可以控制的量，完成检测。

短路电阻；断路电容；反向放大；静态显示；语音报数；A/D转换

电话线是被广泛应用的信号传输或能量传输的重要载体。与其应用的广泛性相比，它的测试方法是落后日益受到广大技术人员的关注。长期以来，人们常用人工测试电话线，但该方法既费时又费力，准确性也比较差。针对以上问题，本文提出一种新型的电话线故障测试系统，以实现对电话线的断路、短路、断路点、短路点的测试。此系统能检测长距离的电话线常见故障，可用于通信、军事、工业、医学等多种领域。

1 理论分析

1.1 短路电阻测量的原理

基于对电话线故障检测，当电话线短路时，利用电阻的分压作用，把电话线的电阻分压的值经过放大器的两级放大，再通过A/D转换把模拟信号转换成数字信号，得到我们所能控制的电压。通过单片机内部程序计算就可以得出电话线的短路点长度，并且可以转到显示电路上显示出来相应的短路位置。

简而言之，电阻测量的原理就是通过对电压的测量，再根据公式把电阻电压值转换成所要显示的长度测量值。

1.2 断路电容测量的原理

电容的测量有很多种方法，其中我们利用过电桥测试，交流电桥输出阻抗很高（一般达几兆欧到几十兆欧），输出电压幅值又小所以必须后接高输入阻抗放大器将信号放大后才能测量。于是我们选用了简单易行的方法，利用555定时器构成多谐振荡，产生矩形波形，通过输出的方波计算出周期，由于周期和电容呈线性关系，而电容又和长度呈线性关系，通过周期的不同从而得到电容的大小，最后可以得到断路点的位置。由于输出的波形频率很小，这里利用D触发器对其进行16分频，把周期再输送到单片机内，最后测出断路时电话线的长度。

1.3 显示方案的选择

我所选用的显示方案是大家都比较熟悉的静态显示电路，静态显示电路要由数码管和74LS164组成，74LS164是一个七段式译码器，把它的输出端接到共阴极数码管的相应端口就可以把数据显示到数码管上，共阴极数码管公共端COM接到GND端，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段为低电平时，相应字段就不亮。我们的显示从左数前二位是显示电话线故障的，判断其是短路还是断路。后四位是显示故障位置既故障点处电话线的长度值，数码管可以显示出00.00—10.00的数据值。

2 硬件设计

2.1 系统的总体设计

首先把电话线插到我们检测的端口，通过短路断路检测装置。如果电话线是短路的话黄灯亮。通过测试电话线两端的电压，通过LM324两级放大，把电压放大20倍（第一级放大两倍，第二级放大十倍），再通过A/ D转换器把电压值转换成单片机识别的数字信号。通过程序的控制静态显示部分可以显示出当前的故障状况和具体位置（也就是电话线的长度），并且通过语音模块报出电话线的长度。如果电话线的故障状况是断路的话，红灯亮。利用555振荡器把输出信号的周期测出来，通过74LS74四个D触发器构成的十六分频把周期信号送到单片机中，由程序控制静态显示部分显示出故障状态和电话线的断路位置即电话线的长度，并通过语音模块报出电话线的长度。

2.2 电阻的测量与计算

如果电话线出现的故障是短路，那么要检测出故障位置就要通过电话线的短路电阻的不同来间接的测量。而电阻的大小是通过在电路中它所分压的大小来间接得到的，计算方法如下：

R0是已测电阻为26.5欧 L0=10m

由上式可得 U0的表达式：

2.3 电容的测量与计算

如果电话线的故障是断路时，想要知道该电路断电的位置时就利用电容的关系来实现，我们通过单片机89C51控制555电路，555定时器构成多谐振荡。通过频率的不同来确定位置的不同。因为电容和长度是呈正比例关系的，而周期又和电容大小也呈正比例关系，因此我们可以实现周期和长度的转换。最后测出电话线断路点长度。

我们实验室的测量结果是：

用程序中的报数程序，就能用语音来报出短路或断路位置的长度。

3 测试方法结果及分析

3.1 电阻电压测试方法

首先把十米电话线短路的电阻测试出来，用实验室的阻容元件测试仪来测试，这台仪器测试的电阻非常精确。测试出十米电话线的短路电阻时26.5欧。

电阻的测试方法是通过对它所分压的大小间接的测量出来的，首先把电路的原理在实验台上测试，用万用表测量电话线两端的电压和它通过LM324二倍放大和十倍放大后的电压。把十米的电话线从十米截断到一米又从一米接到十米，经过两次测试。测试结果如表1。

表1

由测试所得的数据可以的出，电话线两端的电压值和电话线的长度呈正比例关系。

3.2 电容周期的测量方法

利用555定时器，把断路电话线接到555的5脚和地之间，测试公式中需要的周期T，我们用的仪器是示波器来把由一到十米的波形观测出来，再把周期从示波器上读出来。

表2 电容测量值

4 结论

经过测试，我们的系统测量短路电阻和测量断路电容都能达到预期的结果，并且系统稳定，性能良好。

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1674-6708（2015）150-0172-02