基于MCU船用多芯仪表电缆测试系统设计

胡彩霞 张广来

摘   要：船用仪表电缆具有芯线量大、敷设与端接前后测试频繁等特点，常规仪表无法快速、准确完成导通测试与绝缘测试。文章提出了一套基于主控MCU与从控MCU架构的船用多芯仪表电缆测试系统，能准确、快速地完成仪表电缆功能性测试，系统操作简单、运行稳定，具有较高的应用前景。

关键词：仪表电缆;导通测试;绝缘测试;微控制单元

在船只制造过程中，多芯仪表电缆已大规模使用，电缆敷设前、敷设后、与仪表端接后均需进行绝缘测试与导通测试，以确保电缆启用前无故障[1]。常规方法为使用绝缘测试仪完成绝缘测试，使用万用表完成导通测试，主要缺点为测试误差大、测试结果无法自动保存和打印输出且人工消耗量大，再加之船用仪表电缆具有芯线数多、测试频率高等特点，严重制约了施工现场电缆测试进度[2]。通过介绍船用仪表电缆测试仪，设计基于主控微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）和从控MCU架构的测试系统，实现了最大32芯电缆导通与绝缘阻值的自动测量，既保证了测试的质量和效率，又降低了人工测量消耗，有效降低了生产成本。

1    系统简介

多芯船用儀表电缆测试系统主要由电缆导通测试电路、线圈绝缘电阻测试电路、模式控制电路、32芯电缆选通电路、主控MCU、从控MCU、上位机配置和数据采集存储软件、数据自动化处理软件等组成，如图1所示。

2    工作原理

主控MCU负责与上位机软件进行通信，接收上位机软件的控制信息，并对从控MCU模式控制电路、多芯选通电路等进行配置[3];从控MCU接收主控MCU的配置指令，对电缆通断测试电路、线圈绝缘电阻测试电路进行控制，配合主控MCU，完成电缆通断测试盒线圈绝缘电阻测试[4]。总体工作流程如图2所示。

3 电缆测试控制电路设计

3.1  导通测试电路设计

电缆导通采用开尔文四线检测方法进行检测，相比于传统的两线测量方法，四线测量方法能够消除测量仪本身由于线缆等引起的内阻问题，测量精度更高[5]，测试方法如图3所示。

四线制测量方法，将电压测量回路与电流传输回路进行了分离，在线缆电阻R1和R4上没有电流通过，测量到的电压为被测电阻R两端的电压值，电压测量的结果V=I×R，解算得到的电阻R=V/I，消除了线缆电阻的影响，提高了测量精度。

3.2  绝缘测试电路设计

线圈绝缘电阻测试电路需要用到50 V，100 V直流电压，为保证测试的安全性、准确性，选用成熟的绝缘电阻测试仪作为线圈绝缘电阻的测试电路。多芯仪表电缆测试系统通过从控MCU对线圈绝缘电阻测试电路进行控制。

3.3  主控、从控MCU

多芯仪表电缆测试系统内部由于需要进行控制的电路较多，采用主控和从控MCU的架构。主控MCU负责与PC机进行通信，接收PC机下发的控制指令，解析后，按照测试项目，生成自动化测试序列，实现对从控MCU、模式控制电路、32芯电缆选通电路的自动控制;从控MCU接收主控MCU的指令，对绝缘电阻测试仪、电缆导通测试电路进行控制，采集绝缘电阻测试仪、电缆导通测试电路的测量结果，打包组帧传输给主控MCU;主控MCU接收到从控MCU的测试指令后，按照测试项目的要求将测试结果传输给PC机，直到需要测试的项目全部完成。

3.4  模式控制电路

在进行测试时，模式控制电路用于切换不同的工作模式，提供测试电路的电路接口，同时需要响应上位机软件的配置指令。由于线圈绝缘电阻测试存在高压，模式控制电路需要对高压和低压电路进行隔离[6]，本系统采用耐高压的开关进行隔离。

4    测试结果分析

选用FLUKE 287和多芯仪表电缆测试仪分别对标准电阻值（10 Ω）的测量，测试结果如表1所示。

从表1数据对比可知，FLUKE 287和多芯仪表电缆测试仪平均误差均小于1%，且数值相近，但多芯电缆测试仪数据分布较为集中，而FLUKE 287因受制于人为误差，数据分布较为分散，对测试结果影响较大。

选用FLUKE 1508和多芯仪表电缆测试仪，均使用50 V直流电分别对同一根芯线对地绝缘电阻进行测试，测试结果如表2所示。

该仪表电缆绝缘合格的验收标准为在50 V直流电下对地绝缘阻值大于10 MΩ，从测试结果分析，均满足要求。但由于FLUKE1508采集数据稳定期较长，且人为误判概率高，测试精准度要低于电缆测试仪;FLUKE1508和多芯仪表电缆测试仪电缆端接时间为2 s，但FLUKE1508测试数据稳定期大于10 s，而测试仪测量时间不足1 s，效率远高于FLUKE1508。

5    结语

从测试结果可以看出，船用多芯仪表电缆测试仪测试效率和精度远高于现有测试仪表，实现了测试、记录、判断一键操作，降低了人工成本，极大地提高了测试效率。

[参考文献]

[1]孙启飞.电缆检测技术的应用与提高[J].低压电器，2010（1）：49-53.

[2]蒋雪花，郭春育.电线电缆绝缘电阻及测量方法的探讨[J].科学创新论坛，2011（2）：149.

[3]黄正谨，徐坚，章小丽，等.CPLD系统设计技术入门与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

[4]苏静，孟上，李文海.基于单片机的电缆测试设计[J].光纤与电缆及应用技术，2005（2）：24-26.

[5]魏书宁.电力电缆故障检测的方法与分析[J].计算机技术与自动化，2005（3）：125-126.

[6]何志远.通信电缆断电单片机控制系统设计[J].电子与自动化，2000（3）：6-8.