畢業(yè)設(shè)計(jì)論文電力電纜絕緣故障定點(diǎn)測試技術(shù)設(shè)計(jì)

1、07屆 分類號：TM93 單位代碼：10542 畢業(yè)論文電力電纜絕緣故障定點(diǎn)測試技術(shù)姓 名 學(xué) 號 年 級 2003 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 系（院） 物理系 指導(dǎo)教師 2007年03月19日目 錄2電力電纜故障檢測技術(shù)的原理 2.1、電纜故障的性質(zhì)與分類 03 2.2、電纜故障探測的步驟 042.2.1、電纜故障的診斷 04222、電纜故障的測距 05223、電纜故障的定點(diǎn) 093 電力電纜故障檢測儀的硬件結(jié)構(gòu) 09 3.1、中心處理單元 10 3.2、鍵盤輸入電路 13 3.3、液晶顯示LCD 15 3.4、打印機(jī)串行口 18 3.5、脈沖發(fā)射電路 18 3.6、信號接收電路 19 3

2、.7、超高速數(shù)據(jù)采集電路 193.8、電源電路 204、電力電纜故障檢測儀的軟件結(jié)構(gòu) 21 5 總結(jié) 23謝辭24附錄 25參考文獻(xiàn) 29摘 要隨著電纜使用數(shù)量的增多及運(yùn)行時(shí)間的延長，電纜的故障也越來越頻繁。由于電纜線路的隱蔽性、個(gè)別運(yùn)行單位的運(yùn)行資料不完善以及測試設(shè)備的局限性等原因，使電纜故障的查找非常困難。如何合理地選擇故障測試設(shè)備，準(zhǔn)確、快速地查找電纜故障，縮短故障停電時(shí)間，就成了電纜運(yùn)行人員非常關(guān)心且值得探討和交流的焦點(diǎn)。本文針對這種現(xiàn)象，闡述了一個(gè)完整的電力電纜故障檢測系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)采用“單片機(jī)故障檢測接口電路交互接口電路”模式，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測電纜故障、讀取數(shù)據(jù)、數(shù)

3、據(jù)處理及報(bào)警等。從而通知運(yùn)行人員及時(shí)處理，以保障運(yùn)行安全，避免經(jīng)濟(jì)損失。關(guān)鍵詞：電力電纜；故障檢測；單片機(jī)ABSTRACTIncreases and running time lengthening along with the electric cable use quantity, the electric cable breakdown more and more is also frequent. Because cable line hiding, individual movement unit's movement material imperfect as well a

4、s test facility reason and so on limitation, cause the cable fault search to be extremely difficult. How to reasonably choose the failure test equipment, search the cable fault accurately and fastly, reduce the breakdown power cut time, became the electric cable movement personnel to care about also

5、 was worth to discuss and the exchange focal point extremely. This article in view of this kind of phenomenon, elaborates a complete power cable malfunction detection system hardware, the software design process, the design use "the monolithic integrated circuit - failure detection connection e

6、lectric circuit - interactive connection electric circuit" pattern, this system can real-time monitor the cable fault, reading the data, processing the data and reports to the police and so on. Thus the system notices the movement personnel to process promptly, by safeguards the movement securi

7、ty, avoids the economic loss.Key words：Power cable；Failure detection；Single Chip Microcomputer1.引言2 電力電纜故障檢測技術(shù)的原理2.1、電纜故障的性質(zhì)與分類電纜故障從形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障。串聯(lián)故障指電纜一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體（包括鉛、鋁外皮）斷開；通常在電纜至少一個(gè)導(dǎo)體斷路之前，串聯(lián)故障是不容易發(fā)現(xiàn)的。并聯(lián)故障是導(dǎo)體對外皮或?qū)w之間的絕緣下降，不能承受正常運(yùn)行電壓。實(shí)際的故障形式組合是很多的，導(dǎo)體斷路往往是電纜故障電流過大而燒斷的，這種故障一般伴有并聯(lián)接地或相間絕緣下降的情況。實(shí)際發(fā)生的故障絕大部分

8、是單相對地絕緣下降故障。電纜故障點(diǎn)可用圖1所示電路來等效。R代表絕緣電阻，G是擊穿電壓為V的擊穿間隙，C代表局部分布電容，上述三個(gè)數(shù)值隨不同的故障情況變化很大，并且互相之間并沒有必然的聯(lián)系。圖1 電纜故障等效電路間隙擊穿電壓V的大小取決于放電通道的距離，電阻R的大小取決于電纜介質(zhì)的碳化程度，而電容C的大小取決于故障點(diǎn)受潮的程度，數(shù)值很小，一般可以忽略。根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障，如表1所示。表1 電纜故障性質(zhì)的分類故障性質(zhì)Rf間隙的擊穿情況開路在直流或高壓脈沖作用下?lián)舸┑妥栊∮?0Z0Rf不是太低時(shí)，可用高壓脈沖擊穿高阻大于10Z0高壓脈沖擊穿閃絡(luò)直

9、流或高壓脈沖擊穿說明：表中Z為電纜的波阻抗值，電力電纜波阻抗一般在10-40之間。以上分類的目的也是為了選擇測試方法的方便，根據(jù)目前流行的故障測距技術(shù)，開路與低阻故障可用低壓脈沖反射法，高阻故障要用沖擊閃絡(luò)法，而閃絡(luò)性故障可用直流閃絡(luò)法測試。2.2、電纜故障探測的步驟：電纜故障的探測一般要經(jīng)過診斷、測距、定點(diǎn)三個(gè)步驟。2.2.1. 電纜故障的診斷所謂診斷電纜故障的性質(zhì)，就是指確定：故障電阻是高阻還是低阻；是閃絡(luò)還是封閉性故障；是接地、短路、斷線，還是它們的混合；是單相、兩相，還是三相故障?？梢愿鶕?jù)故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象，初步判斷故障的性質(zhì)。例如，運(yùn)行中的電纜發(fā)生故障時(shí)，若只是給了接地信號，則有可

10、能是單相接地的故障。繼電保護(hù)過流繼電器動(dòng)作，出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，則此時(shí)可能發(fā)生了電纜兩相或三相短路或接地故障，或者是發(fā)生了短路與接地混合故障。發(fā)生這些故障時(shí)，短路或接地電流燒斷電纜將形成斷線故障。但通過上述判斷不能完全將故障的性質(zhì)確定下來，還必須測量絕緣電阻和進(jìn)行“導(dǎo)通試驗(yàn)”。測量絕緣電阻時(shí)，使用兆歐表(1千伏以下的電纜，用1000伏的兆歐表；1千伏以上的電纜，用2500伏的兆歐表)來測量電纜線芯之間和線芯對地的絕緣電阻；進(jìn)行“導(dǎo)通試驗(yàn)”時(shí)，將電纜的末端三相短接，用萬用表在電纜的首端測量芯線之間的電阻?，F(xiàn)將一故障電纜的測量結(jié)果列于表2中，供參閱。根據(jù)表2所列絕緣電阻之測量結(jié)果，可以分析出此故障是兩相

11、接地；根據(jù)“導(dǎo)通試驗(yàn)”結(jié)果，以確定三相電纜未發(fā)生斷線。此故障點(diǎn)的狀態(tài)，如圖2所示。表2.絕緣電阻的測量與“導(dǎo)通試驗(yàn)”用兆歐表測量絕緣電阻（兆歐）用萬用表做“導(dǎo)通試驗(yàn)”線芯間線芯與地末端三相短接測電阻AB 2500AE 2500AB0BC 8BE 5BC0CA 2500CE 3CA0圖2.電纜線路故障狀態(tài)圖由于兆歐表分辨率比較差，當(dāng)指示為零時(shí)，不能以為故障電阻就是零歐姆，要用萬用表測量故障電阻的精確值，以確定故障是否是屬于低阻的。2.2.2、電纜故障測距電纜故障測距，又叫粗測，在電纜的一端使用儀器確定故障距離，現(xiàn)場上常用的故障測距方法有古典電橋法與現(xiàn)代行波法。長期以來，涌現(xiàn)出了許多測量方法與儀器

12、，這些方法與儀器適用于不同故障情況，各有優(yōu)缺點(diǎn)，這里就故障測距與定點(diǎn)方法簡單地做一下評價(jià)和比較。電橋法重要缺點(diǎn)是不適用于高阻與閃絡(luò)性故障，因?yàn)楣收想娮韬芨叩那闆r下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀表，很難探測，實(shí)際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò)性故障；電橋法的另一缺點(diǎn)是需要知道電纜的準(zhǔn)確長度等原始技術(shù)資料，當(dāng)一條電纜線路內(nèi)是由導(dǎo)體材料或截面不同的電纜組成時(shí)，還要進(jìn)行換算，電橋法還不能測量三相短路或斷路故障。所以這里不用電橋法。因?yàn)榈蛪好}沖準(zhǔn)確易用，結(jié)合高壓發(fā)生器發(fā)射沖擊閃絡(luò)技術(shù)，在故障點(diǎn)起弧的瞬間通過內(nèi)部裝置觸發(fā)發(fā)射一低壓脈沖，此脈沖在故障點(diǎn)閃絡(luò)處（電弧的電阻值很低）發(fā)生短路反射，并將波形記憶在

13、儀器中，電弧熄滅后，復(fù)發(fā)一正常的低壓測量脈沖到電纜中，此低壓脈沖在故障處（高阻）沒有擊穿產(chǎn)生通路，直接到達(dá)電纜末端，并在電纜末端發(fā)生開路反射，將兩次低壓脈沖波形進(jìn)行對比，非常容易判斷故障點(diǎn)（擊穿點(diǎn)）位置，儀器可自動(dòng)匹配，自動(dòng)判斷計(jì)算出故障點(diǎn)距離。二次脈沖法的出現(xiàn)，使得電纜高阻故障測試變得十分簡單，成為最先進(jìn)的測試方法。低壓脈沖反射法低壓脈沖反射法(以下簡稱低壓脈沖法)用于測量電纜的低阻、短路與斷路故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)這類故障約占電纜故障的10%。低壓脈沖法還可用于測量電纜的長度、電磁波在電纜中的傳播速度，還可用于區(qū)分電纜的中間頭、T型接頭與終端頭等。測試時(shí)向電纜注入一低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不

14、匹配點(diǎn)，如短路點(diǎn)、故障點(diǎn)、中間接頭等，脈沖產(chǎn)生反射，回送到測量點(diǎn)被儀器記錄下來（圖3）。波形上發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間差t，對應(yīng)脈沖在測量點(diǎn)與阻抗不匹配點(diǎn)往返一次的時(shí)間，已知脈沖在電纜中的波速度V，則阻抗不匹配點(diǎn)距離，可由下式計(jì)算。L=V·t/2圖3.低壓脈沖反射原理圖通過識別反射脈沖的極性，可以判定故障的性質(zhì)。斷路故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同，而短路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。在不清楚電纜的波速度值的情況下，可用如下方法測量。如已知被測電纜的長度，根據(jù)發(fā)送脈沖與電纜終端反射脈沖之間的時(shí)間t，可推算出電纜中的波速度：V=2·L/t 下面介紹幾種典型故障的脈沖反射波形

15、。(1)斷路故障脈沖在斷路點(diǎn)產(chǎn)生全反射，反射脈沖與發(fā)送脈沖同極性。圖4.給出了斷路故障脈沖反射波形。波形上第一個(gè)故障點(diǎn)反射脈沖之后，還有若干個(gè)相距仍然是故障距離的反射脈沖，這是由于脈沖在測量端與故障點(diǎn)之間多次來回反射的結(jié)果。圖4.斷路故障脈沖反射波形由于脈沖在電纜中傳輸存在損耗，脈沖幅值逐漸減小，并且波頭上升變得愈來愈緩慢。實(shí)際上有用的是第一個(gè)反射脈沖，注意不要把后續(xù)反射脈沖誤認(rèn)為是其它故障點(diǎn)的反射脈沖。（2）短路故障脈沖在短路點(diǎn)產(chǎn)生全反射，反射脈沖與發(fā)送脈沖極性相反。圖5給出了電纜短路故障脈沖反射波形。波形上第一個(gè)故障點(diǎn)反射脈沖之后的脈沖極性出現(xiàn)一正一負(fù)的交替變化，這是由于脈沖在故障點(diǎn)反射系

16、數(shù)為-1，而在測量端反射為正的緣故。圖5.短路故障脈沖反射波形 現(xiàn)代微機(jī)化低壓脈沖反射法儀器具有波形記憶功能，即以數(shù)字的形式把波形保存起來，同時(shí)，可以把最新測量波形與記憶波形同時(shí)顯示。利用這一特點(diǎn)，操作人員可以通過比較電纜良好線芯與故障線芯脈沖反射波形的差異處，來尋找故障點(diǎn)，避免了理解復(fù)雜的脈沖反射波形的困難，故障點(diǎn)容易識別，靈敏度高。實(shí)際電力電纜三相均有故障的可能性很小，絕大部分情況下有良好的線芯存在，可方便地利用波形比較法，測量故障點(diǎn)。如圖6所示。a.故障電纜b.良好導(dǎo)體的測量波形c.故障導(dǎo)體的測量波形 d.良好與故障導(dǎo)體測量波形相比較 圖6.波形比較法測量單相對地故障2.2.3. 電纜故

17、障的定點(diǎn)電纜故障的精確定點(diǎn)比較常用的方法是沖擊放電聲測法及主要用于低阻故障定點(diǎn)的音頻感應(yīng)法。利用電力電纜故障檢測儀可以方便，準(zhǔn)確地檢測出電纜故障點(diǎn)，下面就來介紹一下電力電纜故障檢測儀的硬件結(jié)構(gòu)。3. 電力電纜故障檢測儀的硬件結(jié)構(gòu)電力電纜故障檢測儀的硬件結(jié)構(gòu)如圖7所示。該結(jié)構(gòu)以中心處理單元為核心，由超高速數(shù)據(jù)采集電路、脈沖發(fā)射電路、信號接收電路、鍵盤輸入、液晶顯示、打印機(jī)及電源電路組成，下面分別對各部分做詳細(xì)介紹。圖7.電力電纜故障檢測儀硬件框圖3.1.中心處理單元中心處理單元的作用是：接收按鍵輸入指令，執(zhí)行相應(yīng)的操作；從超高速數(shù)據(jù)采集單元取出記錄的脈沖反射波形或故障點(diǎn)放電的脈沖電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

18、；把操作提示、判斷結(jié)果與故障距離等信息，送到液晶顯示器上顯示；對整個(gè)系統(tǒng)自檢、監(jiān)控。圖8.中心處理單元下面對MCS-51單片機(jī)各功能部件作以介紹：1) CPU(微處理器)MCS-51單片機(jī)中有1個(gè)8位的CPU，與通用的CPU基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。例如，位處理、查表、狀態(tài)檢測、中斷處理等。圖9.MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2）.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）片內(nèi)為128M(52子系列的為256B),片外最多可外擴(kuò)64KB.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量比如脈沖反射波形的數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存

19、和緩沖、標(biāo)志位等。片內(nèi)的128B的RAM，以高速RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的RAM還可以降低功耗。微處理器從數(shù)據(jù)存貯器里讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)，寫在里邊的數(shù)據(jù)不能永久保持，電源一旦撤掉，數(shù)據(jù)便立即丟失。3）.程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）用來存儲(chǔ)程序，如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需要用擴(kuò)展片外只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至64KB.4).中斷系統(tǒng) 具有5個(gè)中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。5）.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有4種工作方式。在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)，因而需在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器部件。6）.串

20、行口1個(gè)全雙工的串行口，具有4種工作方式?？捎脕磉M(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。7）.P1口、P2口、P3口、P0口為4個(gè)并行8位I/O口。8）.時(shí)鐘電路：產(chǎn)生微處理器工作所需要的節(jié)拍信號，它實(shí)際上是一方波信號發(fā)生電路。9）.輸入/輸出接口電路：微處理器是通過輸入/輸出接口電路與外部電路交換信息的。輸入/輸出接口電路主要用來控制脈沖發(fā)射、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)讀入、自動(dòng)關(guān)機(jī)等。MCS-51系列單片機(jī)串行口主要由發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器、發(fā)送控制器、輸出控制門、接收控制器、輸入移位寄存器、接收數(shù)據(jù)緩沖器等組成。 圖11是MCS-51系列單片機(jī)的引

21、腳圖（40腳DIP封裝）及總線結(jié)構(gòu)圖。其中有2條主電源引腳，2條外接晶體引腳，4條控制或與其他電源復(fù)用的引腳，32條I/O引腳。a.引腳圖 b.引腳功能分類圖10. MCS-51系列單片機(jī)的引腳及總線結(jié)構(gòu)圖3.2.鍵盤輸入電路鍵盤輸入電路是操作人員與儀器對話的輸入口，當(dāng)操作人員按下任一按鍵時(shí)，該電路產(chǎn)生相應(yīng)的編碼，送至微處理器，微處理器對該編碼進(jìn)行識別，執(zhí)行所規(guī)定的指令，完成預(yù)定的功能。 圖11. 矩陣式鍵盤接口電路本方案采用矩陣式鍵盤。確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下通常采用 “行掃描法”，行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法。具體的識別及編程方法如下所述：判斷鍵盤中有

22、無鍵按下 將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。8031單片機(jī)的P1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的列線接到P1口的低4位，鍵盤的行線接到P1口的高4位。列線分別接有4個(gè)上拉電阻到正電

23、源+5V，并把列線設(shè)置為輸入線，行線設(shè)置為輸出線。4根行線和4根列線形成16個(gè)相交點(diǎn)。檢測當(dāng)前是否有鍵被按下。檢測的方法是輸出全“0”，讀取的狀態(tài)，若為全“1”，則無鍵閉合，否則有鍵閉合。為了去除鍵抖動(dòng)，當(dāng)檢測到有鍵按下后，延時(shí)一段時(shí)間再做下一步的檢測判斷。若有鍵被按下，應(yīng)識別出是哪一個(gè)鍵閉合。方法是對鍵盤的行線進(jìn)行掃描。按下述4種組合依次輸出 ：P1.7 1 1 1 0P1.6 1 1 0 1P1.5 1 0 1 1P1.4 0 1 1 1 在每組行輸出時(shí)讀取，若全為“1”，則表示為“0”這一行沒有鍵閉合，否則有鍵閉合。由此得到閉合鍵的行值和列值，然后可采用計(jì)算法或查表法將閉合鍵的行值和列值

24、轉(zhuǎn)換成所定義的鍵值為了保證鍵每閉合一次CPU僅作一次處理，必須去除鍵釋放時(shí)的抖動(dòng)。 是否初始化地址參數(shù)輸出行掃描信號行掃描信號移位讀入列信號返回按照行列計(jì)算鍵值查表得鍵碼等待按鍵釋放返回開始該列有鍵輸入？四行掃描完？ 圖12、鍵盤掃描程序的流程圖鍵判斷子程序和鍵處理子程序見附錄13.3.液晶顯示LCD33（1）液晶顯示模塊(LCD Module LCM)是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCQ線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。主要分為數(shù)顯液晶模塊、點(diǎn)陣字符液晶模塊、點(diǎn)陣圖形液晶模塊等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用的是點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊。點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊具有低功耗、低電壓驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)空間小

25、、有效、面積大、構(gòu)造簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，另外能顯示各種字符、圖形和漢字，因此點(diǎn)陣式液晶顯示器得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)采用LCM16032ZK點(diǎn)陣圖形液晶模塊，設(shè)計(jì)方案靈活，可移植性強(qiáng)，點(diǎn)陣式液晶顯示模塊主要包括點(diǎn)陣液晶顯示控制器、液晶顯示屏及相關(guān)的電路。LCM16032ZK的液晶屏幕為160x32點(diǎn)陣，顯示內(nèi)容10x2行，可顯示兩行，每行可顯示10個(gè)漢字或20個(gè)字符。像素。. 55x0. 56mm2，點(diǎn)間距0. 04mm。采用ST7920控制器，芯片COB封裝。字型ROM內(nèi)含8192個(gè)16x16點(diǎn)中文字型和128個(gè)16x8半寬的字母符號字型。另外繪圖顯示畫面提供一個(gè)64x256點(diǎn)的繪圖區(qū)

26、域GDRAM:而目_內(nèi)含CGRAM提供4組軟件可編程的16x16點(diǎn)陣造字功能?？蓪?shí)現(xiàn)漢字、ASCII碼、點(diǎn)陣圖形的同屏顯示。模塊具有上/下/左/右移動(dòng)當(dāng)前顯示屏幕及清除屏幕的命令，具有光標(biāo)顯示/閃爍控制命令及液晶睡眠/喚醒/關(guān)閉顯示等命令。預(yù)留多種可靈活使用的控制線，如復(fù)位、串并選擇、亮度調(diào)整等。電源操作范圍寬，有3V或5V電壓供用戶選擇，電流3V/1. 2mA, 5V/2mA,低功耗設(shè)計(jì)可滿足產(chǎn)品的省電要求。同時(shí)與單片機(jī)等微控制器的接口界面靈活，可以有不同的模式，如并行8位/4位，串行3線/2線。系統(tǒng)中液晶顯示模塊采用8位數(shù)據(jù)、并行方式。模塊的引腳說明見附錄2。其中VCC為模塊電壓，在購買時(shí)

27、可以選擇3V或5V; VR和VO兩個(gè)引腳是液晶背光亮度調(diào)整端，之間須接可變電阻(5K S) );LEDA和LEDK為背光電壓正端和負(fù)端，背光電壓范圍為4. 0-v4. 4V。主控制系統(tǒng)將配合(RS, RW, E, DB0- DB7)來完成數(shù)據(jù)傳輸動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)了字符、漢字、圖形的同屏顯示。LCM16032ZK與8155的并行接口如圖14所示。圖13、LCM16032ZK與8155的并行接口圖33（2）工作原理點(diǎn)陣式LCD是通過對內(nèi)部RAM寫入不同的數(shù)據(jù)來顯示字符或圖形。內(nèi)部RAM有三個(gè)，分別是顯示RAM ( DDRAM )、繪圖RAM ( GDRAM )和造字RAM(CGR AM)。液晶顯示模

28、塊LCM16032ZK提供一系列的操作命令，構(gòu)成了指令系統(tǒng)。包括基本指令集和擴(kuò)充指令集，通過功能設(shè)定的RE位來確定。RE=0，選擇基本指令集動(dòng)作;RE=1，選擇擴(kuò)充指令集動(dòng)作?；局噶罴饕瓿芍T如設(shè)定模塊功能、DDRAM位址、CGRAM位址、顯示狀態(tài)、光標(biāo)狀態(tài)、讀寫RAM值、清除顯示、讀取忙標(biāo)志等功能。擴(kuò)充指令集主要包括待命、睡眠模式、反白顯示及GDRAM地址設(shè)定等。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)要初始化液晶顯示模塊，初始化程序主要包括:清液晶顯示屏、設(shè)置緩沖區(qū)的起始地址、設(shè)置顯示模式，光標(biāo)的形狀及顯示方式等。在LCM的初始化過程中，需要寫入一系列的命令字。向LCD寫入命令時(shí)，根據(jù)模塊數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖，要求相應(yīng)

29、的控制線RS=0, RW=0，當(dāng)讀寫數(shù)據(jù)使能端有效(E=1)時(shí)，實(shí)現(xiàn)功能的設(shè)定。因此，將向LCD寫入命令的程1字段設(shè)計(jì)為子程序，可以簡化程序，方便多次寫入命令字。寫命令子程序傳遞參數(shù)為R7，用于存放不同命令的命令字，LCM初始化寫命令子程序見附錄。液晶顯示模塊內(nèi)部帶有字型ROM, LCD初始化后，通過查詢字型碼表便可以容易地實(shí)現(xiàn)16x8點(diǎn)陣半寬字型(英文、希臘、標(biāo)點(diǎn)、數(shù)字等)和16x16點(diǎn)陣中文字型的顯示。不同的字型碼，用十區(qū)分半寬字型和中文字型。半寬字型的編碼為02H-7FH，中文字型編碼為AlAOH-F7FEH。在軟件程序中，只需設(shè)定了DDRAM的位址和字型編碼，就可實(shí)現(xiàn)在液晶顯示屏上的任

30、意位置顯示字符或中文字型。圖形的顯示同字型的顯示一樣，都是通過對RAM寫入不同的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的。LCD屏幕上的每一個(gè)像素(點(diǎn))與GDRAM繪圖區(qū)域的一個(gè)二進(jìn)制位一一對應(yīng)，位為1開顯示，位為0關(guān)顯示。3.4.打印機(jī)串行口儀器將指令送到串行口電路，由其轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)逐位送到外部打印機(jī)，控制打印機(jī)工作，將液晶顯示器上的信息打印出來。這里采用TpuP-40A/16智能打印機(jī)，其控制電路由單片機(jī)構(gòu)成，在輸入電路中有鎖存器，在輸出電路中有三態(tài)門控制。因此可以不通過I/O口直接與單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的總線相接，即打印機(jī)的數(shù)據(jù)線可以以外部I/O口的形式與MCS-51系列單片機(jī)的P0口相連，如圖15所示。TpuP-40

31、A/16A沒有讀、寫信號線，只有一對握手線、BUSY，因此，用一根地址線（圖中使用P2.7）來控制讀、寫信號選通和讀取打印機(jī)的BUSY狀態(tài)。 圖14.TpuP-40A/16A與MCS-51單片機(jī)數(shù)據(jù)總線接口圖15接口示例配套軟件的空表打印程序,打印式樣見附錄2.3.5.脈沖發(fā)射電路圖15. 脈沖發(fā)射電路該電路用于產(chǎn)生一個(gè)預(yù)定寬度的矩形脈沖，并通過耦合變壓器發(fā)送到電纜上去。脈沖發(fā)射電路框圖如圖16所示 圖16中定時(shí)器電路為一可預(yù)置數(shù)的減法計(jì)數(shù)器。例如，按要求微處理器向定時(shí)器預(yù)先置一個(gè)數(shù)，電路接收到微處理器發(fā)出啟動(dòng)發(fā)射的命令后，輸出一個(gè)5V的電平，此時(shí)定時(shí)器在時(shí)鐘信號控制下進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，即每來一個(gè)

32、時(shí)鐘脈沖，定時(shí)計(jì)數(shù)器減1，經(jīng)過幾個(gè)脈沖后，計(jì)數(shù)器減到0，定時(shí)器輸出一個(gè)0V的電平，這樣就形成了具有一定寬度的5V矩形脈沖。根據(jù)測量范圍的不同改變預(yù)置的數(shù)值，定時(shí)器就輸出不同寬度的脈沖。定時(shí)器輸出的5V的矩形脈沖，經(jīng)過放大電路放大為30V的電壓脈沖，施加到脈沖變壓器T1上去，此時(shí)發(fā)送脈沖通過脈沖變壓器T1的原邊L1,在其副邊L2、L3上產(chǎn)生大小相同極性相反的電壓脈沖，分別加到被測線路和內(nèi)部阻抗平衡電路，如內(nèi)部平衡電路阻抗與被測電路波阻抗相近，則在發(fā)射脈沖的作用下，在L4、L5 上產(chǎn)生一個(gè)大小相近，極性相反的電流信號，L6收到的信號極弱，達(dá)到了壓縮發(fā)射脈沖的目的。而當(dāng)線路上反射脈沖到來時(shí)，在L3與

33、L5上產(chǎn)生的電壓大小相等，方向相反，回路電壓代數(shù)和為0，內(nèi)部平衡電路不起作用，反射脈沖電壓通過T2的線圈L4全部變換到L6上，加到信號接收電路上。3.6.信號接收電路用于接收并放大來自信號組合電路中線圈的信號，放大增益通過一旋鈕調(diào)整。在脈沖電流工作方式下，來自線性電流耦合器的脈沖電流信號通過T2的線圈L4全部變換到圖16中L6上；加到信號接收電路上去。3.7.超高速數(shù)據(jù)采集電路按照一定的頻率對模擬信號進(jìn)行取點(diǎn)抽樣并將抽取的幅值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存貯，記錄脈沖反射或脈沖電流波形。設(shè)計(jì)獨(dú)特的超高速100MHz數(shù)據(jù)采集電路，它不用CPU的干涉，自動(dòng)完成脈沖反射波形的抽樣、轉(zhuǎn)換并暫存在一數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。在一次

34、波形記錄完成后，CPU通過接口電路取出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的脈沖反射或脈沖電流波形的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理。A/D轉(zhuǎn)換接口是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).數(shù)據(jù)采集是模擬信號源中采集信號,并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送計(jì)算機(jī)的過程.因此,完成數(shù)據(jù)采集應(yīng)具備下述基本部件:模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和信號調(diào)節(jié)電路,采樣/保持放大器,模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器,通道控制電路.前向通道中,被測物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號,而每一種傳感器都有與之配套的接口電路,接口電路再將這一電信號轉(zhuǎn)換成電壓信號.多路轉(zhuǎn)換開關(guān)用來完成多路模擬信號的切換,信號調(diào)節(jié)則是將模擬微弱信號轉(zhuǎn)換成能滿足A/D轉(zhuǎn)換器需要的電平信號.為了減少動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集的孔徑誤差

35、,需要加入采樣/保持電路.因此,數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)不僅僅限于是單純A/D轉(zhuǎn)換芯片的接口設(shè)計(jì),還必須考慮到傳感器到CPU的全過程.這里采用MC14433A/D轉(zhuǎn)換器,MC14433是廉價(jià)型3(1/2)雙積分A/D轉(zhuǎn)換器,因其廉價(jià),抗干擾性好,在一些非快速過程的前向通道中仍有著廣泛的應(yīng)用,轉(zhuǎn)換速度約1-10次/s.MC14433上電后，即對外部模擬輸入信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由于EOC與DU端相連，每次轉(zhuǎn)換完畢都有相應(yīng)的BCD碼及相應(yīng)的選通信號出現(xiàn)在Q0Q3和DS1DS3上。但8031開放CPU中斷，允許中斷申請，并置外部中斷為邊沿觸發(fā)方式，因此，執(zhí)行程序后，每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，都將把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

36、數(shù)據(jù)送入片內(nèi)RAM中的2EH、2FH單元，該兩單元均可位尋址。程序清單見附錄3.3.8.電源電路圖16. 電源電路電源由可充電鎘鎳電池組供給，它包含電壓變換、充電、自動(dòng)關(guān)機(jī)電路等，如圖17所示。電壓變換電路：用于產(chǎn)生儀器工作所需的+5V 、+30V、-12V電壓，由相應(yīng)的直流電壓變換器件來完成。充電電路：由變壓器把220V的交流電壓變成15V電壓，經(jīng)整流濾波并通過恒流電路給電池組充電，用一發(fā)光二極管作為充電器的工作指示。自動(dòng)關(guān)機(jī)電路：電池通過磁保持繼電器的接點(diǎn)J與電路相連。正常的開機(jī)、關(guān)機(jī)由開/ 關(guān)鍵完成。磁保持繼電器有使接點(diǎn)閉合與打開的兩個(gè)線圈，開機(jī)時(shí)按動(dòng)開/ 關(guān)鍵，電源通過阻容電路對接點(diǎn)閉

37、合線圈充電，使繼電器接點(diǎn)J閉合，接通儀器電源。關(guān)機(jī)時(shí)再次按動(dòng)開/ 關(guān)鍵，或者儀器在預(yù)定的15分種內(nèi)沒有任何按鍵操作，CPU發(fā)出一關(guān)機(jī)脈沖信號，經(jīng)三極管放大，驅(qū)動(dòng)繼電器的接點(diǎn)打開線圈動(dòng)作，使接點(diǎn)J斷開，切斷儀器電源。關(guān)機(jī)后，繼電器將保持接點(diǎn)斷開狀態(tài)。4.電力電纜故障檢測儀的軟件結(jié)構(gòu)電力電纜故障檢測儀的軟件程序如圖18所示。該程序流程如下：圖18.電力電纜故障檢測儀軟件程序框圖1.開機(jī)復(fù)位編制好的程序是以一條條指令的形式固化于儀器的程序存儲(chǔ)器ROM中的，開機(jī)復(fù)位，使CPU找到程序入口，執(zhí)行第一條命令。復(fù)位時(shí)，還同時(shí)完成必要的集成電路芯片的初始電平設(shè)置。2.自檢與初始化復(fù)位后，儀器要做的第一件事就是

38、自檢，即對硬件電路進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤則停止運(yùn)行，自檢無誤后，便進(jìn)行儀器的初始化工作。儀器中有可通過指令選擇其功能的可編程集成電路，初始化就是按要求對這些芯片進(jìn)行設(shè)置。初始化的另一個(gè)作用就是設(shè)定CPU工作中所應(yīng)用的參數(shù)的初值。3.鍵操作儀器初始化完成后，便不斷地查詢鍵盤，等待鍵操作，當(dāng)有鍵按下時(shí)，CPU便讀進(jìn)鍵碼，執(zhí)行相應(yīng)的鍵功能。4.電池欠壓檢查及欠壓關(guān)機(jī)當(dāng)電池電壓低于正常工作電壓時(shí)，電池電壓監(jiān)測電路輸出一高電平，該電平被CPU檢查到后，在LCD上顯示“電池欠壓”信息。5.自動(dòng)關(guān)機(jī)在儀器等待鍵操作時(shí)，不斷檢測自上次按鍵起時(shí)間是否已到十五分鐘，若時(shí)間到，CPU則發(fā)出一關(guān)機(jī)脈沖，切斷儀器電源，以

39、防忘記關(guān)機(jī)，造成儀器電池過放電。 電力電纜故障測距儀提供了記憶與比較功能，以供進(jìn)行波形比較。在進(jìn)行比較前必須先記錄一個(gè)波形，在LCD上按“記憶”鍵時(shí)，顯示“記憶？”提示符，根據(jù)讀取的鍵值知道要存貯一個(gè)波形，再次按動(dòng)“記憶”鍵時(shí)，CPU則把當(dāng)前顯示波形的數(shù)據(jù)送到記憶波形緩沖區(qū)內(nèi)保存，當(dāng)重新測得一波形后，按“比較”鍵，CPU便把新測得波形的數(shù)據(jù)與已存貯的數(shù)據(jù)同時(shí)送往LCD顯示，并顯示“比較”提示符。如再記憶新的波形，將沖掉原先的記憶波形緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)。它的一個(gè)重要特點(diǎn)就是能夠處理脈沖電流波形，自動(dòng)地在波形上定出兩次光標(biāo)的位置，并自動(dòng)計(jì)算顯示出故障距離。5總 結(jié)本文通過基于對電纜故障的定點(diǎn)分析，首先

40、分析了電纜故障測試的原理，然后又介紹了電纜故障測試的步驟及方法。而后又就低壓脈沖法設(shè)計(jì)了一種電纜故障檢測儀的。并詳細(xì)介紹了其硬件結(jié)構(gòu)及軟件結(jié)構(gòu)。這種檢測儀可以有效的檢測出電纜的故障，從而對故障進(jìn)行定點(diǎn)分析。這不僅讓我們對單片機(jī)有了進(jìn)一步的認(rèn)識，還啟發(fā)我們利用單片機(jī)去設(shè)計(jì)一些儀器解決更多的電力系統(tǒng)中的故障。謝 辭在本論文完成之際首先要感謝指導(dǎo)老師霍建振的細(xì)心指導(dǎo).從論文的選題、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、分析以及審稿都是霍老師的直接指導(dǎo)和參與下進(jìn)行的，這些都對論文的完成起到了很大作用，讓我受益匪淺。另外，霍老師踏踏實(shí)實(shí)做學(xué)問的態(tài)度更讓我感觸頗深。感謝大學(xué)四年曾對我執(zhí)教的各位老師，是他們的諄諄教導(dǎo)讓我獲得了豐富的

41、知識，充實(shí)了我的大學(xué)生活，懂得了許多做人的道理。感謝物理系為我提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境讓我能夠順利完成學(xué)業(yè)，并走向新的人生起點(diǎn).謹(jǐn)以此論文獻(xiàn)給難忘的大學(xué)生活，希望它是一個(gè)結(jié)束，更是一個(gè)嶄新的開始！附 錄1鍵盤掃描程序如下：SCAN: MOV P1,#0FHMOV A,P1ANL A,#0FHCJNE A,#0FH,NEXT1 ；當(dāng)前有鍵被按下SJMP NEXT3NEXT1: ACALL D20MS ；有鍵按下后，延時(shí)一段時(shí)間再做下一步的檢測判斷MOV A,#0EFHNEXT2: MOV R1,AMOV P1,AMOV A,P1ANL A,#0FHCJNE A,#0FH,KCODE;MOV A,

42、R1SETB CRLC AJC NEXT2NEXT3: MOV R0,#00H RETKCODE: MOV B,#0FBHNEXT4: RRC AINC BJC NEXT4MOV A,R1SWAP ANEXT5: RRC AINC BINC BINC BINC BJC NEXT5NEXT6: MOV A,P1ANL A,#0FHCJNE A,#0FH,NEXT6MOV R0,#0FFHRET 2.打印程序Date:XXXX年XX月XX日No1.程序清單如下: MOV DPTR,#7FFFH ;送打印機(jī)口地址 LP1: MOVX A,DPTR JB ACC 7,LP1 ;查詢打印機(jī)BUSY MO

43、V R4, #ADREL1 ;ADREL1為表PRNTAB的表首偏移量 LP2: MOV A,R4 MOVC A,A+PC ;查代碼串 MOVX DPTR,A ;代碼輸入打印機(jī) LP3: MOVX A,DPTR ;查詢打印機(jī)BUSY忙否 JB ACC 7,LP3 INC R4 ;偏移量加1 MOV A,R4 XRL A,#ADREL2 ;ADREL2為表PRNTAB的表尾偏移量 JNZ LP2 WT: SJMP WT ;等待結(jié)束 PRNTAB: DB 03H,02H,44H,61H,74H,65H,3AH,20H,20H,20H; DB 20H,8CH,20H,20H,3DH,20H,20H,8EH,08H,01H; DB 4EH,4FH,31B,2EH,20H,20H,20H,20H,0DH;3.A/D轉(zhuǎn)換程序清單如下 初始化程序: INT1: SETB IT1 ;選擇邊沿觸發(fā)方式 MOV IE,#10000100B ;CPU開中斷,外部中斷允許 外部中斷服務(wù)程序: PINT1: MOV A,P1 JNB A