电缆无线测试仪的设计

范帅帅,迟宗涛（青岛大学,山东 青岛 266071）



电缆无线测试仪的设计

范帅帅,迟宗涛
（青岛大学,山东 青岛 266071）

摘 要：本文采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制装置制作了一个电缆无线测试仪。系统集成了STC12C5A60S2单片机、CC1101无线传输模块、LCD1602显示模块三大模块，其测试内容主要包括对32芯电缆和60芯电缆的检测。测试32芯的电缆时，被测电缆长度最大不小于5米，测试时间不大于2分钟，还能修改电缆连接关系并记录显示测试结果。测试60芯的电缆时，被测电缆长度最大不小于20米，测试时间不大于60秒［1］，还能中文提示操作过程和显示结果信息。

关键词：STC12C5A60S2芯片；LCD1602；CC1101无线模块；电缆

1 绪论

电缆背景。随着社会的发展，电缆在各行各业都得到了大量的应用。对于没用过电缆无线测试仪的用户，测试仪的推广应用便成了不时之需，尤其是电缆出现故障后对测试仪的需求更是迫不及待。这一举措明显的减少了故障排查时间，提高了工作效率，降低了损失。

2 系统总体方案设计

2.1 设计思路

本文以STC12C5A60S2单片机为控制核心，由CC1101无线传输模块和LCD1602显示模块组成的电缆无线测试仪。先是主机上的STC12C5A60S2单片机发送信号经电缆到达辅机，然后由辅机上的STC12C5A60S2单片机接收信息并判断电缆是否正常，将非正常的数据发送回主机，主机通过返回的数据将得到的特征值进行处理后，对电缆的连接关系进行修改（因IO口有限本设计中只模拟设计了两路调换）或排线数进行修改并将非正常的第几条芯数通过LCD1602显示在屏幕上。另外本设计还使用独立按键进行相关的操作。

2.2 CC1101无线模块对信号进行传送和接收

CC1101无线模块，微功耗，体积小，可广泛应用于各种场合的短距离无线通信领域［2］。

无线模块的工作原理是，首先由一端将电信号转化为无线信号，在空气中经过介质传输无线信号，当另外一端接收到无线信号后，将其转化为电信号并将其发送给STC12C5A60S2单片机。

3 硬件电路设计

3.1 控制器（MCU）模块设计

该使用的控制器是单片机STC12C5A60S2。40、20#分别接电源和地；9#管脚连接的是上电复位电路；因为P0口为开漏输出需加4.7k的上拉电阻，连接的是LCD的数据端口；P1口连接的是锁存器的锁存端；P2口连接的是锁存器的数据端；P3.0、P3.1管脚连接的是无线串口模块的TxD跟RxD端口；P3.2、P3.3、P3.4分别连接的是LCD的RS、RW、EN端口；P3.6管脚为控制LCD背光灯亮灭的控制管脚；P3.7接一个按键，用于控制启动检测事件。电路如图1所示。

3.2 无线模块电路设计

利用CC1101无线收发模块，采用串口通信的方式，实现主机与从机的无线通信。

3.3 显示模块设计

采用LCD1602液晶显示，控制简单使用方便。控制端RS、RW、EN分别连接单片机的P3.2、P3.3、P3.4管脚；数据端连接单片机的P0口；R3滑动变阻器用于调整LCD的清晰度；Q1三极管接单片机的P3.6管脚，用于控制LCD背光灯的亮灭。

3.4 电缆检测接口电路设计

因为单片机接口有限，且驱动电流较小，所以利用74HC573锁存器扩展电缆线测试端口。锁存器的数据端口接单片机的P2口；锁存端接单片机的P1口。

4 程序设计

4.1 主机程序设计

系统的软件设计采用 C语言，对单片机进行编程实现各项功能。当启动单片机之后，首先单片机系统初始化需要配置串口初始化、定义测试电缆标志位初始化、LCD系统初始化、LCD显示初始化等设置；然后再执行主循环里面的程序。主机程序流程如图2所示。

4.2 串口中断程序设计

串口数据的接收在串口中断程序中执行，当RI标志位置1，表示接收到串口数据执行串口中断函数，因为RI标志需软件清除，所以进入中断之后首先清除RI标志。然后再读取SBUF中的数据。

5 系统测试

5.1 测试方法

对于一根多芯被测屏蔽电缆，设计的电缆无线测试仪，测试电缆中各芯的额定通断状态和意外短路状态。主机向电缆其中一条线发送一个高电平再由CC1101模块向辅机发送，然后由辅机进行对32芯的电缆或32根排线判断，32芯的电缆或32根排线内如果有两个或者两个以上的高电平就说明该条光缆或排线短路了、如果有一个高电平说明该条光缆或排线正常、如果没有则说明该条光缆或排线断路了。

5.2 测试结果

5.2.1 测试数据

（1）只测试断路状态。测试时首先设置32芯与60芯电缆故障，把代替电缆的排线的第3、5、6、8、9、10、13、16、20、29线剪断，然后测试检测出电缆的状态，并记录检测所需时间。经测试可得在小于一分钟的检测时间内，32芯与60芯电缆的排线3、5、6、8、9、10、13、16、20、29分别都出现断路，没有短路情况。

（2）只测试短路状态。测试时首先设置32芯与60芯电缆故障，把代替电缆的排线的第（3、6），（5、8），（9、10），（13、16），（20、29）线分别连在一起，然后测试检测出电缆的状态，并记录检测所需时间。经测试可得在小于一分钟的检测时间内，32芯与60芯电缆排线第（3、6），（5、8），（9、10），（13、16），（20、29）都出现短路没有断路情况。

（3）同时测量断路、短路状态。测试时首先设置32芯与60芯电缆故障，把代替电缆的排线的第（3、6），（20、29）线分别连在一起，第5、8、9、10、13、16线断开，然后测试检测出电缆的状态，并记录检测所需时间。测试数据如表1所示。

表1 断路短路测试数据表

5.2.2 结果分析

经过无数次的测试，将得到的数据进行分析和处理得出电缆中或排线中出现的故障与所设置故障基本一致，基本完成了设计要求。但还需进一步完善该测试仪的功能。

6 结论

电缆无线测试仪的设计使用单片机STC12C5A60S2为核心元件，通过CC1101无线传输模块、LCD1602模块、独立按键模块的的相互作用，加上Keil软件的编程，完成了对60芯和30芯电缆的检测，通过模拟短路和断路状态来实现无线测试仪的作用。

参考文献：

［1］ ChengFengRF.无线模块_分类_百度百科［DB/OL］. http：// baike.baidu.com/link?url=4MzO79vI0uUQsnMtAmnPcYqUypIt22pbjnv RX w94 zRLKQSbMwrdCHnycWaLajqjV04NjIWIG2XdmTDS0e8NEi_，2015-04-23.

［1］陈亮.基于RFID的井下人员安全定位系统［J］.煤矿机械,2012,33（06）：279-280．

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.111

作者简介：范帅帅（1991-），女，山东费县人，研究生，学生，研究方向：传感器。