動力電纜斷點檢測與定位裝置的設(shè)計與實現(xiàn)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　電力電纜斷線故障測距技術(shù)己經(jīng)基本成熟，架空線路在線故障測距技術(shù)也日趨成熟并開始得到廣泛地推廣應用，雖然電力電纜在線故障測距技術(shù)還不成熟，但是電力系統(tǒng)對電力電纜在線故障測距的需求卻越來越急迫。要實現(xiàn)電力電纜的在線故障測距，必須考慮的幾個難題是:中性點非直接接地系統(tǒng)是否能產(chǎn)生有效的故障暫態(tài)行波；故障信息在傳播過程中的特性；故障點的特

2、性對故障行波的影響；故障信息在測量點的變化特性；如何準確確定故障行波到達時刻等。</p><p>　　本文分析了行波故障測距方法的特點，明確了各類行波故障測距方法的優(yōu)缺點。在比較了行波測距法與阻抗測距法的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)行波測距法優(yōu)于阻抗測距法，因此采用低壓脈沖法實現(xiàn)故障測距。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力電纜；行波；故障測距</p><p><b>　　

3、ABSTRACT</b></p><p>　　Off-line fault location for power cable and on-line fault location for overhead transmission line have been accomplished in the past several decades. Nowadays power cable systems

4、are in great need of on-line fault location technologies .Before achieving. this goal, several important and difficult problems should be thought of carefully .First, whether or not can effective traveling wave due to ca

5、ble fault be found to locate the fault point in cable system whose transformer neutral point not dire</p><p>　　This paper analyses the traveling wave the characteristics of fault location ,and we know lines

6、of the various methods of wave fault location advantages and disadvantages。In comparing the line-ranging law and the impedance ranging law, on the bast of we found in the power cable fault location in line-ranging metho

7、d is better than the impedance ranging law ,we decision used to low-voltage pulse method to achieve fault location.</p><p>　　Key words: power cables; traveling wave; fault location</p><p><b&

8、gt;　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章引言1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義1</p><p>　　1.2 電力電纜發(fā)生故障的原因與類型2</p><p>　　1.2.1 故障原因2</p><p>　　1.2.2 故障類型3

9、</p><p>　　1.3 電纜故障測距概述的現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.1 阻抗法4</p><p>　　1.3.2 行波法5</p><p>　　1.3.3 其他方法7</p><p>　　1.4 本章小結(jié)7</p><p>　　第2章低壓脈沖回波法的原理及液晶顯示LC

10、D16029</p><p>　　2.1 低壓脈沖回波法的原理9</p><p>　　2.2 液晶顯示模塊LCD160210</p><p>　　2.3 本章小結(jié)12</p><p>　　第3章555定時器及其單穩(wěn)態(tài)電路13</p><p>　　3.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)及其功能13</p>

11、;<p>　　3.2 555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器15</p><p>　　3.3 本章小結(jié)16</p><p>　　第4章系統(tǒng)的實現(xiàn)17</p><p>　　4.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計17</p><p>　　4.1.1 單片機最小系統(tǒng)與串口通信17</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)電源電路2

12、2</p><p>　　4.1.3 鍵盤與顯示模塊電路24</p><p>　　4.1.4 發(fā)射接收電路25</p><p>　　4.1.5 PCB板的制作26</p><p>　　4.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計30</p><p>　　4.2.1 T0（T1）16位工作模式初值計算30</p><

13、;p>　　4.2.2 T2作為波特率發(fā)生器時的初值計算32</p><p>　　4.2.3 軟件的流程34</p><p>　　4.2.4 斷點距離的計算37</p><p>　　4.3 本章小結(jié)38</p><p>　　第5章硬件測試結(jié)果39</p><p><b>　　結(jié)束語40<

14、;/b></p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p><b>　　致謝42</b></p><p><b>　　附錄43</b></p><p><b>　　外文資料原文45</b></p><p&g

15、t;<b>　　翻譯文稿48</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　課題研究的背景及意義 </p><p>　　在“發(fā)展經(jīng)濟，電力先行”宗旨的指引下，中國的電力事業(yè)蓬勃發(fā)展，新的輸配電架空線路和電纜線路不斷建成。在城市配電網(wǎng)中，架空線路占用過多地上空間，同時受惡劣天氣影響而發(fā)生故障的機率比

16、較高，而電力電纜線路在這方面有較大的優(yōu)勢，電力電纜多鋪設(shè)在地下，不占用地上空間，有利于城市規(guī)劃，得到廣泛應用。</p><p>　　雖然電力電纜運行可靠性比架空線路高，但是由于各種因素的影響，在運行中，電力電纜也會發(fā)生故障。造成故障的主要原因大致可歸結(jié)為:機械損傷，絕緣受潮，絕緣老化變質(zhì)，過電壓，設(shè)計和制造工藝不良，材料缺陷，護層的腐蝕和電纜的絕緣物流失等。由于電力電纜都有厚的絕緣層，又多埋于地下，一旦發(fā)生故障，

17、尋找起來十分困難，往往需要花費大量的人力、物力，修復時間過長還會造成額外的停電損失。因此，尋求準確、迅速、經(jīng)濟的電力電纜故障測距方法非常重要。</p><p>　　目前現(xiàn)場使用的電力電纜故障測距裝置，都為電力電纜故障停電后，解開電力電纜，通過相關(guān)的設(shè)備離線測量故障距離，即離線測距。這樣的故障測距方法存在很多弊端，例如測距時間過長；電力電纜在運行中發(fā)生的故障有相當一部分是瞬時性的故障，利用離線故障測距方法查找故障點

18、前，要用高壓設(shè)備將故障點擊穿，高電壓對測試設(shè)備、電纜和工作人員造成安全隱患等。因此迫切需要電力電纜在線故障測距方法來彌補離線測距的缺陷和不足[9]。</p><p>　　若能實現(xiàn)電力電纜的在線故障測距，將具有重大意義：</p><p>　　① 當電力電纜發(fā)生故障時，迅速找到故障點，減小停電時間，提高經(jīng)濟效率。由于利用的是電力電纜故障瞬間產(chǎn)生的暫態(tài)信號實現(xiàn)故障測距，一旦發(fā)生故障就能算出故障

19、距離，利于相關(guān)工作人員迅速趕到故障現(xiàn)場，并通過相關(guān)故障定點設(shè)備找到實際的故障點，根據(jù)故障情況或作接頭，或拋棄一部分電纜并迅速恢復供電。這對單線供電的用戶非常重要。</p><p>　?、?利用運行中故障缺陷能通過暫態(tài)信號反映出來的特點，可迅速找到離線故障測距裝置難以找到的瞬時性故障發(fā)生處，大大提高故障測距裝置 的適用范圍。</p><p>　?、?提高運行中的電力電纜整體質(zhì)量水平，及

20、時淘汰絕緣受損嚴重的電力電纜，避免重要用戶的停電。由于測出運行中的電力電纜的絕緣局部放電，監(jiān)測絕緣受損情況，一旦發(fā)現(xiàn)絕緣局部放電嚴重，而且局部放電位置較多，就需要考慮更換這條電纜，以免該電力電纜真的發(fā)生事故，造成重要用戶的停電。</p><p>　?、?可減少停電測試時間，大大提高供電可靠系數(shù)。實現(xiàn)電力電纜在線狀態(tài)監(jiān)測后，可以使目前現(xiàn)場普遍采用的停電測試周期大大延長，當在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)有必要停電檢修時才停電檢修。這

21、樣，該線路持續(xù)供電時間增大，供電可靠系數(shù)大大提高。</p><p>　?、?逐漸同國際慣例接軌，取代定期停電測試，進一步提高供電可靠系數(shù)。國外供電可靠系數(shù)高是因為他們常用的辦法是：一條線路平時不進行定期停電測試，只是在線路運行中發(fā)生故障后再停電處理。這樣的好處是：避免了定期停電測試由于加入交、直流高壓給電力電纜絕緣造成的不必要的傷害，使該電力電纜使用壽命更長，提高供電可靠系數(shù)。</p><

22、p>　?、?傳統(tǒng)的電力電纜離線故障測距裝置需附加高壓脈沖發(fā)生器，出于各種因素考慮，如人身安全，絕緣性能等，所加電壓只有30—40kV，達不到測量110kV以上電壓等級電力電纜故障點擊穿的要求，無法實現(xiàn)110kV以上電壓等級電力電纜故障測距。在線故障測距裝置的引入，完全利用電力電纜故障瞬間產(chǎn)生的信息，能夠克服這方面的缺點。</p><p>　　電力電纜發(fā)生故障的原因與類型</p><p

23、>　　任何設(shè)備都有正常運行期，電纜都有也有正常運行起，一般來講，通信、電力電纜正常運行時間大約為20年。由于電纜要么架設(shè)在野外，要么深埋地下，絕緣橡膠會受到不同程度的腐蝕，造成電纜因故障而造成設(shè)備不能正常工作。本節(jié)將討論電纜在非人力破壞情況下發(fā)生故障的原因及其分類[6]。</p><p><b>　　故障原因</b></p><p>　　電力、通信電纜線路故障率

24、和多數(shù)電力設(shè)備一樣，投入運行初期(1～5年內(nèi))容易發(fā)生運行故障，主要原因是電纜及附件產(chǎn)品質(zhì)量和電纜敷設(shè)安裝質(zhì)量問題；運行中期(5～25年內(nèi))，電纜本體和附件基本進入穩(wěn)定時期，線路運行故障率較低，故障主要原因是電纜本體絕緣樹枝狀老化擊穿和附件呼吸效應進潮而發(fā)生沿面放電；運行后期（25年后)，電纜本體絕緣樹枝老化、電熱老化以及附件材料老化加劇，電力電纜運行故障率大幅上升[16]。</p><p>　　1） 絕緣老化

25、變質(zhì)。</p><p>　　2） 過熱，電纜絕緣內(nèi)部氣隙游離造成局部過熱，使絕緣炭化。</p><p><b>　　3） 機械損傷。</b></p><p>　　4） 護層的腐蝕。</p><p><b>　　5） 絕緣受潮。</b></p><p>　　6） 過電

26、壓，主要指大氣過電壓和內(nèi)過電壓。</p><p><b>　　故障類型</b></p><p>　　電力電纜故障的分類方法比較多，本文采用開路故障、低阻故障、高阻故障的分類方法[11]。</p><p><b>　?、匍_路故障：</b></p><p>　　電纜相間或相對地絕緣電阻在要求的規(guī)范值范圍

27、內(nèi)，但工作電壓不能傳輸?shù)浇K端；或者雖然終端有電壓，但是負載能力很差。開路故障的典型例子就是斷線故障。</p><p><b>　?、诘妥韫收希?lt;/b></p><p>　　電纜相間或相對地絕緣受損，其絕緣電阻小到能用低壓脈沖法測量的一類故障。故障電阻一般小于10Zc(Zc為電纜的波阻抗，一般不超過40Ω)。短路故障是低阻故障的特例。</p><p&

28、gt;<b>　　③高阻故障：</b></p><p>　　與低阻故障相對而言，電纜相間或者相對地絕緣受損，但是絕緣電阻較大，不能用低壓脈沖法測量的一類故障。故障電阻一般大于10Zc。它又包括泄露性高阻故障和閃絡性高阻故障兩類。</p><p>　　表1.1電纜故障類型</p><p>　　注：表中Zc為電纜的特性阻抗值，電纜的特性阻抗值一般為

29、10～40之間。</p><p>　　電力電纜故障分析主要有以下三方面的內(nèi)容:</p><p>　?、俟收显\斷：通過測量電纜的導電性能和絕緣性能來檢測故障是否存在，分辨故障和非故障電纜芯線，初步確定故障的類型。</p><p>　　②故障粗測(故障測距)：在故障電纜芯線上施加測試信號或者在線測量、分析故障信息，初步確定故障的距離，為精確定點提供足夠精確的信息。<

30、;/p><p>　　③精測定點：在粗測距離的基礎(chǔ)上，精確地確定故障點所在實際位置，以便于立即進行檢修。精測定點方法主要有聲測定點法、感應定點法、時差定點法以及同步定點法等[12]。</p><p>　　本課題主要探討故障測距即故障粗測方法。</p><p>　　電纜故障測距概述的現(xiàn)狀</p><p>　　電力電纜的故障測距方法很多，總的來看，分為

31、阻抗法和行波法兩類。目前實際應用的大多是離線測距[4]。</p><p><b>　　阻抗法</b></p><p>　　阻抗法通過測量和計算故障點到測量端的阻抗，然后根據(jù)線路參數(shù)，列寫求解故障點方程，求得故障距離[13]。該方法多以線路的集中參數(shù)建立模型，原理簡單，易于實現(xiàn)，多年來是人們關(guān)注的熱點。在實際的阻抗法電纜故障測距中，一般都是應用電橋法來實現(xiàn)的。阻抗法中最

32、常用的就是經(jīng)典電橋法。將被測電纜故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相。調(diào)節(jié)電橋兩臂上的一個可調(diào)電阻器，使電橋平衡，利用比例關(guān)系和己知的電纜長度就能得出故障距離。電橋法的優(yōu)點是比較簡單，精度較高，但是它的適用范圍小，一般的高阻和閃絡性故障，由于故障電阻很大，電橋電流很小，不易探測。電橋法必須已知電纜準確長度，當一條電纜線路內(nèi)由導體材料或截面不同的電纜組成時還要進行換算。電橋法不能測量三相短路故障。經(jīng)典的阻抗法以線路的集中參

33、數(shù)，進行計算，當故障電阻比較大時，就無能為力了。為解決這個問題，提出一種計算高阻故障的方法，它以分布參數(shù)線路理論為基礎(chǔ)，推導出故障測距方程，原理簡述如下：對帶有高阻故障的電纜施加正弦高壓信號，使高阻故障點閃絡，此時故障點的高阻故障就變?yōu)殡娀‰娮?。因電弧呈現(xiàn)電阻性，流過故障點的電流和故障點兩端的電壓同相位，采集到</p><p>　?、?故障距離與電纜測試端的電壓相量和電流相量差密切相關(guān)，如果相量差為零，說明故

34、障距離為零，相量差越大，故障距離越大。這樣，當故障接近測試端時，相量差很接近于零，相對誤差是很大的。另外，現(xiàn)場工頻電場的干擾是不可忽略的，使得測量精度得不到保證。</p><p>　?、?該方法的出發(fā)點是電弧為純電阻，事實上電纜故障點的電弧是非線性的(特別是對小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障來說)，受其影響，用穩(wěn)態(tài)電氣量的方法進行故障測距會引起較大誤差。</p><p><b>

35、　　行波法</b></p><p>　　行波測距法，就是確定行波傳播速度后，通過測量行波的傳播時間來確定故障位置[2]?？偟膩碚f，行波離線測距法有如下四類：</p><p>　　低壓脈沖反射法：此方法乃本文的所采用的主要方法在這里不做介紹,將在后面做詳細介紹和分析。</p><p>　　脈沖電壓法：又稱閃測法，利用直流高壓或脈沖高壓信號擊穿電纜故障點，由

36、放電電壓脈沖在觀察點與故障點之間往返一次的時間來測距，適用于高阻和閃絡故障。該方法的優(yōu)點是不必把高阻或閃絡性故障永久性燒穿，利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號，測試速度快。</p><p><b>　　缺點是：</b></p><p>　?、?安全性差，儀器與高壓回路有電禍合，易發(fā)生高壓信號竄入，損壞儀器。</p><p>　?、?用該方法測距

37、時，高壓電容對脈沖信號呈短路狀態(tài)，需要串入電阻或者電感以便產(chǎn)生電壓信號，這樣就降低了高壓電容放電時加在電纜上的電壓，使故障點不容易擊穿。</p><p>　?、?故障放電時，分壓器禍合的電壓波形變化不尖銳，不易分辨。</p><p>　　脈沖電流法：脈沖電流法采用線性電流禍合器采集電纜中的電流行波信號，將電纜故障點用高電壓擊穿，使用儀器采集并記錄下故障點擊穿產(chǎn)生的電流行波信號，通過分析判

38、斷電流行波信號在測量端與故障點往返一次所需時間來計算故障距離[5]。</p><p>　　與脈沖電壓法比較，脈沖電流法使用線性電流禍合器，與高壓回路無直接電氣連接，這樣對試驗儀器和試驗人員比較安全[14]。線性電流禍合器產(chǎn)生的電流脈沖信號也比較容易分辨。所以相比脈沖電壓法而言，該方法得到了更為廣泛的應用。</p><p>　　脈沖電流法有直流高壓閃絡法和沖擊高壓閃絡法兩種測試方法。<

39、/p><p>　　直流高壓閃絡法(直閃法)適用于測量閃絡擊穿性故障，該類故障的故障電阻很高，用高壓設(shè)備把電壓升高到一定數(shù)值時就會產(chǎn)生閃絡擊穿。通過調(diào)壓器和一個高壓試驗變壓器對儲能電容器充電，電容器串一電阻與電纜連接形成回路，線性電流禍合器與該回路禍合，檢測信號。當電容器電壓增加到一定數(shù)值時，電纜故障點被高壓擊穿，形成短路電弧，故障點電壓迅速接近于零，產(chǎn)生一個突跳電壓和突跳電流，從故障點向兩端傳播。在電纜的一端檢測電流

40、脈沖在測量端和故障點之間往返一次的時間就能獲得故障距離。直閃法波形簡單、容易理解，準確度較高。但是由于電容器本身以及電纜存在雜散電感，使得本來應該是負脈沖的波形上出現(xiàn)一個小的正脈沖，影響測距精度。而且，故障經(jīng)過幾次直閃法后，故障電阻下降，不能再用該方法，所以前幾次的試驗非常重要。</p><p>　　沖擊高壓閃絡法(沖閃法)適用于測試大部分閃絡故障。沖閃法試驗電路與直閃法基本相同，只是在充電電容器與電纜之間增加一

41、個球型放電間隙。對充電電容充電，電壓到達一定數(shù)值后，球型放電間隙就會擊穿放電，電纜線路得到一個瞬時高壓，當該高電壓大于故障點臨界擊穿電壓時，就使故障點擊穿放電，產(chǎn)生電流電壓信號向兩端傳播。捕捉到該信號就可以實現(xiàn)故障測距。與直閃法相比沖閃法波形比較復雜，辨別難度較大，準確度較低，但是適用范圍更廣一些。</p><p>　　二次脈沖法：二次脈沖法(SIM)是最新發(fā)展的電纜故障預定位方法。特點是易操作、多功能，回波圖形

42、解釋簡單。原理是:由回波儀釋放一個發(fā)射脈沖，在高阻或間歇性電纜故障點不能被反射，儀器將顯示整個電纜長度的波形存儲起來，此波形圖叫“完好軌跡獷設(shè)備高壓電容器放電，使電纜故障點發(fā)生閃絡，故障點的電弧表現(xiàn)為阻值非常低的電阻。同時回波儀被觸發(fā)送出第二個發(fā)射脈沖(低壓脈沖)，這個加在高壓信號上的脈沖將從故障點反射。這樣，帶自動數(shù)據(jù)處理的回波儀存儲故障點反射波形，并將完好軌跡和故障軌跡進行疊加，兩條軌跡將有一個清楚的發(fā)散點。這個發(fā)散點就是故障點的反

43、射波形點。</p><p>　　二次脈沖法的優(yōu)點是，可以避開故障點閃絡時引起強烈的電磁干擾；低壓脈沖寬度可以調(diào)節(jié)；較長線路也能記錄到清晰的信號波形，提高測量精度。缺點是：所用儀器較多；由于故障點電阻要降到很小的數(shù)值，如果故障點受潮嚴重，故障點擊穿過程較長，測試時間相應增加；故障點維持低阻狀態(tài)的時間不確定，施加二次脈沖的控制有難度。</p><p><b>　　其他方法</b

44、></p><p>　　除上述行波法和阻抗法之外，還有利用分布式光纖溫度傳感器監(jiān)測電纜沿線的溫度變化情況來進行故障定位的方法。</p><p>　　目前大部分電纜故障測距方法主要為離線進行，但在線故障測距方法也已出現(xiàn)。其出發(fā)點是將環(huán)形線路開路或在線路末端設(shè)置開路點，利用故障時產(chǎn)生的浪涌電壓或電流在開路點發(fā)生正的或負的全反射，通過設(shè)于開路點附近的傳感器得到脈沖信號，然后測出其脈沖間隔時

45、間實現(xiàn)測距。另外采用脈沖電流法，由光纖電流互感器測量故障時產(chǎn)生的浪涌電流信號，利用快速A/D技術(shù)實現(xiàn)測距，但也僅實現(xiàn)了不帶分支出線電纜的在線故障測距，在線測距在實際應用中并未得到推廣，其原因在于電纜線路在檢修與維護方面的特殊性，而且在線方法相對于離線方法并無明顯優(yōu)勢。在電纜故障測距方法上，離線與在線測距方法將會長期并存，但從長遠來看，在線測距才是未來的發(fā)展方向。</p><p><b>　　本章小結(jié)&l

46、t;/b></p><p>　　電力電纜的離線故障測距發(fā)展己經(jīng)較成熟且意義深遠，對低阻和斷路故障而言，電橋法和低壓脈沖反射法能很好地解決問題，同時達到很高的測距精度而直閃法、沖閃法以及二次脈沖法用于解決高阻和閃絡故障，效果較理想。但是離線測距意味著斷電和較長的故障修復時間，所以，在線故障測距是發(fā)展的趨勢。為了保證電力系統(tǒng)能安全、經(jīng)濟運行，除了要求迅速測定故障距離外，還要求能夠?qū)收线M行預測，以便降低故障發(fā)生

47、的幾率，減少經(jīng)濟損失，這就要求將電力電纜的在線狀態(tài)檢測和在線故障診斷、故障測距應該結(jié)合起來，組成實時的專家系統(tǒng)，使得這些故障檢測技術(shù)能最大限度地發(fā)揮作用。</p><p>　　低壓脈沖回波法的原理及液晶顯示LCD1602</p><p>　　低壓脈沖回波法的原理</p><p>　　在均勻傳輸線中，由傳輸電報方程的穩(wěn)態(tài)解可得終端和始端的電壓和關(guān)系，

48、 （2-1）</p><p>　　式中、為終端及始端的電壓矢量，、為終端及始端的電流矢量， 為線路的傳輸常數(shù)，為線路長度，為傳輸線的特性阻抗[2]。</p><p>　　根據(jù)上述關(guān)系，當一個外加脈沖信號從電纜的始端向終端傳輸時，在終端會反射回一列波，它與發(fā)射端的入射波相遇，在Ｘ軸上這列波方向相反，當傳輸線終端開路時，反射系數(shù)的模為1，也稱全反射。</p>&

49、lt;p>　　低壓脈沖法是測試時向電纜注入一低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如斷路點、短路點、中間接頭等，通過故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖的時間差原理來測距。根據(jù)波形極性還可判斷故障性質(zhì)，如短路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反，斷路故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性向同（如圖2.1和圖2.2)，因此低壓脈沖法適用于測試交聯(lián)電纜低阻、短路、斷路故障[8]。</p><p>　　圖2.1 電纜末端短路時首端理想測

50、量波形</p><p>　　圖2.2 電纜末端開路時首端理想測量波形</p><p>　　由于電纜本身存在著損耗，行波在電纜中傳輸會發(fā)生畸變現(xiàn)象，實際波形與理想波形相比會有一定差距。</p><p>　　低壓脈沖法測距公式為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　其

51、中L為故障距離，為入射行波和反射行波之間的時間差，v為行波在電纜中的傳播速度。低壓脈沖反射法具有操作簡單、故障信號的波形直觀、對電纜線路技術(shù)資料的依賴性小等優(yōu)點，并可測試電纜的全長和行波在電纜中的傳播速度。[15]</p><p>　　液晶顯示模塊LCD1602</p><p>　　1602采用標準的16腳接口，其中：</p><p>　　第1腳：VSS為地電源。&

52、lt;/p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10KΩ的電位器調(diào)整對比度</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。</p><p>　　第

53、5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p&

54、gt;　　第15～16腳：空腳。</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如表2.1所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”</p>&l

55、t;p>　　表2-1 CGROM與CGRAM中字符代碼與字符圖形對應關(guān)系</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2-2所示:</p><p>　　表2.2 LCD1602指令表</p><p>　　它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）</p><p>

56、　　指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。</p><p>　　指令2：光標復位，光標返回到地址00H。</p><p>　　指令3：光標和顯示模式設(shè)置I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。</p><p>　　指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示

57、，低電平表示關(guān)顯示。C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　指令5：光標或顯示移位S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標</p><p>　　指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線。N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F：低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示

58、5x10的點陣字符。</p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令8：DDRAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令9：讀忙信號和光標地址BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。</p><p><b>　　指令10：寫數(shù)據(jù)。</b><

59、/p><p><b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。</p><p>　　表2-3 DM-1602的內(nèi)部顯示地址</p><p>

60、<b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　綜上所述，本章對低壓脈沖回波法的原理做了闡述，為系統(tǒng)的實現(xiàn)做好了準備；對液晶顯示LCD1602做了詳細的介紹。通過本章的研究，我們對低壓脈沖回波法檢測電纜斷點位置有了初步了解，對LCD1602的使用有了一定的了解與認識。下一章我們將介紹555定時器及其單穩(wěn)態(tài)電路。</p><p>　　555定時器及其單穩(wěn)態(tài)電路<

61、/p><p>　　555定時器是一種模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，其產(chǎn)品有雙極性和CMOS型兩類。按照集成電路內(nèi)部定時器的個數(shù)又可以分為單定時器和雙定時器；雙極型單定時器電路的型號為555，雙定時器電路的型號為556，其電源電壓的范圍為5～18V。CMOS單定時器電路的型號為7555，雙定時器電路的型號為7556，將四個定時器電路集成在一個芯片上的四定時器店里型號為7558，其電源電壓的范圍為2～18V。

62、CMOS型定時器的最大負載電流要不雙極型的小，兩種類型的定時器管腳型號及其功能均一致[10]。</p><p>　　555定時器的電路結(jié)構(gòu)及其功能</p><p>　　圖3-1（a）是555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架圖，圖3-1（a）中1～8是引腳號。圖3-1（b）為555定時器外引腳圖。555定時器含有兩個電壓比較器、一個基本RS觸發(fā)器、一個放電三極管、一個反相器以及由三個電阻組成的分壓器。組成

63、分壓器的三個電阻的阻值均為5K，“555”由此得名。比較器的參考電壓為，加在同相輸入端，比較器的參考電壓為，加在反相輸入端。比較器、的輸出端分別接基本RS觸發(fā)器的輸入端、，基本RS觸發(fā)器的輸出即為555定時器的輸出。反相器的作用是提高負載能力，并隔離負載對555定時的影響。</p><p><b>　　b)</b></p><p>　　圖3-1 555邏輯電路圖和引

64、腳圖</p><p><b>　　各引腳功能如下：</b></p><p>　　引腳6為高觸發(fā)輸入端，由此輸入觸發(fā)脈沖時，為高電平觸發(fā)。在管腳5不外加高電平的情況下，當輸入電壓低于時，比較器輸出1；當輸入電壓高于時，比較器輸出0；使RS觸發(fā)置0。555定時器輸出為0。</p><p>　　引腳2為低觸輸入端，由此輸入觸發(fā)脈沖時，為低電平觸發(fā)。在

65、管腳5不外加高電平的情況下，當輸入電壓高于時，比較器輸出1；當輸入電壓低于時，比較器輸出0；使RS觸發(fā)置1。555定時器輸出為1。</p><p>　　引腳3為輸出端，輸出電流一般為50mA，最大可達200mA，可直接驅(qū)動小型繼電器、發(fā)光二極管、指示燈、揚聲器等。輸出高電壓約低于電壓1~3V。</p><p>　　引腳4為直接復位端，低電平有效，通常情況下，應為高電平。</p>

66、<p>　　引腳5為電壓控制端，若在該端外加一個電壓，就可以改變比較器的參考電壓，高、低觸發(fā)端的觸發(fā)電壓也隨之改變。此端不用時，一般經(jīng)0.01的電容接地，以提高比較器參考電壓的穩(wěn)定性。</p><p>　　引腳7為放電端，當555定時器輸出為1時，即RS觸發(fā)器的輸出=1，=0時，三極管V截至；定時器輸出為0；即=0，=1時，三極管V導通，外接電容即可通過三極管V放電。</p><

67、p><b>　　引腳8為電源端。</b></p><p><b>　　引腳1為接地端。</b></p><p>　　555定時器的功能表如表3-1所示.</p><p>　　表3-1 555定時器的功能表</p><p>　　555定時器具有電源范圍寬、定時精度高、帶負載能力強等特點，能與T

68、TL電路和CMOS電路兼容。將555定時器外接一些電阻、電容和其他器件就可以組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器三種基本應用電路。由于使用靈活、方便、因而555定時器在脈沖信號產(chǎn)生電路、整形電路、定時延時電路、仿真電路、報警電路、檢測電路、電源變換電路等都得到極為廣泛的應用。</p><p>　　555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　圖3-2（a）所示為由555定時器和外接定

69、時元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。接通電源，未加觸發(fā)信號時>，這時=1。若觸發(fā)器初始狀態(tài)為0，則三極管V迅速導通，≈0，=1，電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出=0，為低電平。若觸發(fā)器初始狀態(tài)為1，則三極管V截止，經(jīng)R對電容C充電；當>時，=0，使觸發(fā)器輸出=0，=1，三極管V迅速放電，=1，電路進入穩(wěn)態(tài)，輸出為低電平。也就是說，無論觸發(fā)器狀態(tài)如何，未加觸發(fā)脈沖時，電路始終為穩(wěn)態(tài)，使輸出為低電平。當負脈沖觸發(fā)信號出現(xiàn)時，<，使=0，觸發(fā)

70、器置1，輸出為高電平，三極管V截止，電容C開始充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。當>時（在此之前，已超過，=1），=0，使觸發(fā)器輸出=0， =1，三極管V迅速放電，=1，電路進入穩(wěn)態(tài)，輸出為低電平。</p><p>　　圖3-2（b）為該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間就是電容C從0充電至所需時間，由外接電阻、電容的大小決定。RC電路零狀態(tài)響應為：</p><p><b>　?。?/p>

71、3-1）</b></p><p><b>　　式中：=RC。</b></p><p>　　將=代入上式，可得脈沖寬度：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　調(diào)整外接電阻R、電容C的值，可調(diào)整輸出的正脈寬，從而可用于定時控制，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可以使用

72、復位端（4腳）接低電平的方法來中止暫穩(wěn)態(tài)，重新計時。</p><p>　　圖3-2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)和可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)態(tài)期間，外界的觸發(fā)信號不起作用，只有在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后才能接受觸發(fā)信號?？芍赜|發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在電路的暫穩(wěn)態(tài)期間，加入一個新的觸發(fā)脈沖，會使暫穩(wěn)態(tài)延續(xù)，如果下一個觸發(fā)脈沖與新觸發(fā)

73、脈沖的時間間隔超過暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間，那么，延續(xù)的時間為原觸發(fā)脈沖與新觸發(fā)脈沖。的時間間隔，否則，暫穩(wěn)態(tài)會一直延續(xù)下去，直到后一個觸發(fā)脈沖與前一個觸發(fā)脈沖相距的時間間隔超過暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間，電路才返回穩(wěn)態(tài)。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章在充分理解555定時器內(nèi)部電路的基礎(chǔ)上，重點分析了555單穩(wěn)態(tài)電路的工作原理，詳細介紹了其工作電路

74、、工作原理及其脈沖寬度的計算方法等內(nèi)容。</p><p>　　下一章將介紹系統(tǒng)的實現(xiàn)。</p><p><b>　　系統(tǒng)的實現(xiàn)</b></p><p>　　動力電纜的鋪設(shè)一般為地下掩埋。由于我們考慮的是電力電纜線，其本身就是信號的良好載體，所以我們可以選擇低壓脈沖回波法的方式進行測試。簡單地說，就是利用電力電纜線，在傳送電力的同時，又可傳送弱電

75、信號，這樣就不需要再鋪設(shè)信號電纜了。泄洪閘閥門供電是由專用的電力變壓器供給的，不作其他用途，電力線上的雜波或干擾比較少，因此應用脈沖回波法是一種可行的、簡便的方法。</p><p>　　本論文的主要目的在于研究電纜斷點檢測及其斷點定位，能夠?qū)崿F(xiàn)斷點離發(fā)射端的距離測量，誤差在2%以內(nèi)。</p><p>　　本章將分別介紹動力電纜斷點檢測與定位系統(tǒng)的硬件電路和軟件實現(xiàn)。</p>

76、<p><b>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計</b></p><p>　　動力電纜斷點檢測與定位系統(tǒng)硬件電路主要由以下幾部分組成：單片機最小系統(tǒng)與串口通信電路，系統(tǒng)電源電路，鍵盤與顯示模塊，以及發(fā)射接收電路。下面將分別予以介紹。</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)與串口通信</p><p><b>　　1. 單片機的選型</b&

77、gt;</p><p>　　動力電纜斷點檢測與定位系統(tǒng)是由單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)，為此單片機的選型就顯得尤為重要。</p><p>　　AT89C52單片機是MCS51系列的8位單片機[3]。它具有40引腳，片內(nèi)帶4KB閃爍存儲器EPROM，一般作程序存儲器；片內(nèi)帶256BRAM；提供32條I/O引腳，大部分引腳都可作數(shù)字和脈沖輸入或輸出；2個16位定時計數(shù)器，對外脈沖數(shù)可使用單片機的P

78、3.4或P3.5；6個中斷源，其中直接提供外部中斷處理可使用P3.2或P3.3；1個可編程標準串口，其引角為P3.0和P3.1；時鐘頻率可達0～24MHz；具有睡眠狀態(tài)，指令系統(tǒng)與8031指令系統(tǒng)完全兼容。除上述技術(shù)性能外，還有價格低廉，保密性強，功耗低，應用靈活、方便等特點，故選擇AT89C52單片機為該系統(tǒng)的核心是較佳的選擇。</p><p><b>　　2. 串行通信</b></

79、p><p>　　串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上，以每次一個二進制位移動的。它的優(yōu)點是只需一對傳輸線進行傳送信息，因此其成本低，適用于遠距離通信；它的缺點是傳送速度低。</p><p>　　串行通信有異步通信和同步通信兩種基本通信方式。同步通信適用于傳送速度高的情況，其硬件復雜。而異步通信應用于傳送速度在50到19200波特之間，是比較常用的傳送方式。在異步通

80、信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀傳送的，每一串行幀的數(shù)據(jù)格式由一位起始位，5-8位的數(shù)據(jù)位，一位奇偶校驗位(可省略)和一位停止位四部分組成。在串行通信前，發(fā)送方和接收方要約定具體的數(shù)據(jù)格式和波特率(通信協(xié)議)。</p><p>　　PC機采用可編程串行異步通信控制器8250來實現(xiàn)異步串行通信。通過對8250的初始化編程，可以控制串行數(shù)據(jù)傳送格式和速度。在PC機中一般有兩個標準RS-232C串行接口COM1和COM2。MCS～

81、51系列單片機片內(nèi)含有一個全雙工的串行接口，通過編程也可實現(xiàn)串行通信功能。</p><p>　　RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industry Association)于1969年正式公布的在異步串行通信中應用最為廣泛的標準總線接口，它的全稱是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”，適合于短距離通信或帶調(diào)制解調(diào)器的通信應用場合。RS-23

82、2C標準規(guī)定在碼元畸變小于4的情況下，傳輸電纜長度應為15m，其實這個4的碼元畸變是很保守的在實際應用中，約有99％的用戶是按碼元畸變10～20的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會超過15m。采用RS-232標準進行數(shù)據(jù)傳輸時，最大傳輸速率為19.2kbits。另外傳輸速率與傳輸距離之間具有相關(guān)性，適當降低傳輸速率就可加大傳輸距離，反之，適當減少傳輸距離就可提高傳輸速率。</p><p>　　RS-232C采用

83、負邏輯，用-5～-15V表示邏輯“l(fā)”，用+5～+15V表示邏輯“0”。噪聲容限為2V，即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“1”。RS-232C只能進行一對一的通信，RS-232C可使用9針或25針的D型連接器，表4-1列出了RS-232C接口各引腳信號的定義以及9針與25針引腳的對應關(guān)系。</p><p>　　RS-232是早期為促進公共電話網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信制定的接口標準，

84、其邏輯電平對地呈對稱性，與TTL、CMOS邏輯電平完全不同。RS-232C的邏輯“0”電平為</p><p>　　a)9芯DB9插座 b)25芯DB25插座</p><p>　　圖4-1 RS-232串口插座</p><p>　　+5V～+15V，邏輯“l(fā)”電平為-5～-15V，采用負邏輯，而TTL，CMOS采用正邏輯。兩種邏輯電

85、平的比較見表4-2。</p><p>　　表4-1 RS-232C接口引腳信號定義</p><p>　　表4-2 RS-232與TTL、CMOS邏輯電平比較</p><p>　　由于PC機串行口使用的是RS-232C邏輯電平，而AT89C52單片機串行口的輸入輸出均為TTL電平，因此，當PC機與單片機通信時必須進行電平轉(zhuǎn)換。常見的電平轉(zhuǎn)換方法有以下3種：<

86、/p><p>　?、?使用MC1488和MC1489電平轉(zhuǎn)換器。由于MC1488和MC1489需要15V或12V供電，所以使用不方便，而且工作穩(wěn)定性和可靠性也不高。</p><p>　?、?使用2個三極管構(gòu)成準RS-232C電平轉(zhuǎn)換器。采用此方法串行通信只能工作于半雙工狀態(tài)，而且程序設(shè)計復雜。</p><p>　?、?使用雙向電平轉(zhuǎn)換集成芯片。此方法優(yōu)點是只需單一

87、+5V電源供電，可靠性高，無需增加程序設(shè)計的復雜性，常用的芯片有ICL232，MAX232，TSC232等。</p><p>　　本文采用最后一種方法，芯片選用MAX232。</p><p>　　MAX232的組成框圖如圖4-2所示。MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的一種新型的電平轉(zhuǎn)換芯片，其內(nèi)部有電壓倍增電路和電壓轉(zhuǎn)換電路，只需單一+5V電源供電。它含有4個反向器，可實現(xiàn)2路

88、TTL/CMOS電平+5V到RS-232C電平10V的轉(zhuǎn)換和2路RS-232C電平±10V到TTL/CMOS電平+5V的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　在實際應用中，MAX232器件對電源噪聲敏感，因此，電源VCC應加上l的去耦電容，圖4-2中C1，C2，C3，C4取1．0／16V的鉭電解電容，安裝時盡量靠近器件，以提高干擾能力。</p><p>　　MAX232的引腳排列如圖4-3

89、所示。</p><p>　　圖4-2 MAX232的組成框圖 圖4-3 MAX232的引腳排列圖</p><p>　　如前所述，本文采用MAX232作為PC機與單片機的串行通信接口芯片。硬件連接時，可從MAX232中的2路發(fā)送器和接收器中任選一路，只要注意發(fā)送與接收的引腳對應關(guān)系即可。接口電路如圖4-4所示。</p><p>　　圖4

90、-4 單片機與PC機串行通信接口電路</p><p>　　3. 單片機最小系統(tǒng)與串口通信電路</p><p>　　結(jié)合上述兩節(jié)的知識，可將單片機最小系統(tǒng)與串口通信電路原理圖繪制如圖4-5所示：</p><p>　　電容C4、C5，晶振Y1構(gòu)成單片機的時鐘電路；電容C3、電阻R6、R6'，及復位按鍵S2構(gòu)成點單片機的手動復位電路；三極管T1、電阻R7、蜂鳴器L

91、S1組成音頻報警電路，以提示是否出現(xiàn)斷點；上述電路與單片機一起組成最小系統(tǒng)。串口接口芯片MAX232（U12）及接插件DC Connector（P4）等構(gòu)成單片機與PC機的串行通信接口電路。</p><p>　　圖4-5 單片機最小系統(tǒng)與串口通信電路圖</p><p><b>　　系統(tǒng)電源電路</b></p><p>　　在計算機和通信領(lǐng)域

92、，為了降低系統(tǒng)功耗提高電源效率，系統(tǒng)工作電壓越來越低；另外，隨著信息技術(shù)和微電子工藝技術(shù)的高速發(fā)展，器件的特征尺寸越來越小，集成電路的電源電壓也越來越低。因為低電壓器件的成本更低，性能更優(yōu)。對于一個實際的電子系統(tǒng)，要認真的分析它的電源需求。不僅僅是關(guān)心輸入電壓，輸出電壓和電流，還要仔細考慮總的功耗，電源實現(xiàn)的效率，電源部分對負載變化的瞬態(tài)響應能力，關(guān)鍵器件對電源波動的容忍范圍以及相應的允許的電源紋波，還有散熱問題等等。功耗和效率是密切相

93、關(guān)的，效率高了，在負載功耗相同的情況下總功耗就少，對于整個系統(tǒng)的功率預算就非常有利了，對比LDO和開關(guān)電源，開關(guān)電源的效率要高一些。同時，評估效率不僅僅是看在滿負載的時候電源電路的效率，還要關(guān)注輕負載的時候效率水平。至于負載瞬態(tài)響應能力，對于一些高性能的CPU應用就會有嚴格的要求，因為當CPU突然開始運行繁重的任務時，需要的啟動電流是很大的，如果電源電路響應速度不夠，造成瞬間電壓下降過多過低，造成CPU運行出錯。一般來說，要求的電源實際

94、值多為標稱值的正負5%，所以可以據(jù)此計算出允許的電源紋波，當然要預留余量的。散熱問題對于那些大電流電源</p><p>　　嵌入式控制系統(tǒng)的MCU一般都需要一個穩(wěn)定的工作電壓才能可靠工作。而設(shè)計者多習慣采用線性穩(wěn)壓器件（如78xx系列三端穩(wěn)壓器件)作為電壓調(diào)節(jié)和穩(wěn)壓器件來將較高的直流電壓轉(zhuǎn)變MCU所需的工作電壓。這種線性穩(wěn)壓電源的線性調(diào)整工作方式在工作中會大的“熱損失”（其值為V壓降×I負荷)，其工作效

95、率僅為30％～50％。加之工作在高粉塵等惡劣環(huán)境下往往將嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)置于密閉容器內(nèi)的聚集也加劇了MCU的惡劣工況，從而使嵌入式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變得更差。而開關(guān)電源調(diào)節(jié)器件則以完全導通或關(guān)斷的方式工作。因此工作時要么是大電流流過低導通電壓的開關(guān)管、要么是完全截止無電流流過。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源的功耗極低，其平均工作效率可達70％～90％。在相同電壓降的條件下，開關(guān)電源調(diào)節(jié)器件與線性穩(wěn)壓器件相比具有少得多的“熱損失”。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電

96、源可大大減少散熱片體積和PCB板的面積，甚至在大多數(shù)情況下不需要加裝散熱片，從而減少了對MCU工作環(huán)境的有害影響。</p><p>　　一個開關(guān)電源一般包含有開關(guān)電源控制器和輸出兩部分，有些控制器會將MOSFET集成到芯片中去，這樣使用就更簡單了，也簡化了PCB設(shè)計，但是設(shè)計的靈活性就減少了一些。</p><p>　　開關(guān)控制器基本上就是一個閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，所以一般都會有一個反饋輸出電

97、壓的采樣電路以及反饋環(huán)的控制電路。因此這部分的設(shè)計在于保證精確的采樣電路，還有來控制反饋深度，因為如果反饋環(huán)響應過慢的話，對瞬態(tài)響應能力是會有很多影響的。而輸出部分設(shè)計包含了輸出電容，輸出電感以及MOSFET等等，這些的選擇基本上就是要滿足一個性能和成本的平衡，比如高的開關(guān)頻率就可以使用小的電感值（意味著小的封裝和便宜的成本），但是高的開關(guān)頻率會增加干擾和對MOSFET的開關(guān)損耗，從而效率降低。使用低的開關(guān)頻率帶來的結(jié)果則是相反的。&l

98、t;/p><p>　　對于輸出電容的ESR和MOSFET的Rds_on參數(shù)選擇也是非常關(guān)鍵的，小的ESR可以減小輸出紋波，但是電容成本會增加，好的電容會貴嘛。開關(guān)電源控制器驅(qū)動能力也要注意，過多的MOSFET是不能被良好驅(qū)動的。一般來說，開關(guān)電源控制器的供應商會提供具體的計算公式和使用方案供工程師借鑒的。</p><p>　　采用開關(guān)穩(wěn)壓電源來替代線性穩(wěn)壓電源作為MCU電源的另一個優(yōu)勢是：開關(guān)

99、管的高頻通斷特性以及串聯(lián)濾波電感的使用對來自于電源的高頻干擾具有較強的抑制作用。此外，由于開關(guān)穩(wěn)壓電源“熱損失”的減少，設(shè)計時還可提高穩(wěn)壓電源的輸入電壓，這有助于提高交流電壓抗跌落干擾的能力。</p><p>　　AMC2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件(如78xx系列端穩(wěn)壓集成電路)的替代品，它具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強的輸出電流驅(qū)動能力，從而為MCU的穩(wěn)定、可靠工作提供了強有力的保證

100、。它提供固定輸出電壓為3.3V,5V和一可調(diào)輸出的版本。由于它具有很小的外部結(jié)構(gòu)，不僅可以減少電路板的尺寸，還能減少散熱片的使用。有些情況下，還不需要散熱器。</p><p>　　電源電路如下圖所示：</p><p><b>　　圖4-6 系統(tǒng)電源</b></p><p>　　接插件J34為系統(tǒng)電源輸入口，系統(tǒng)電源為24V直流。直流輸入源經(jīng)AM

101、C2576穩(wěn)壓后向系統(tǒng)各電路提供高質(zhì)量的直流5V電源。</p><p>　　鍵盤與顯示模塊電路 </p><p>　　在測量中，要選擇合適的脈沖寬度值，可以使測量誤差減小。需要選擇的參數(shù)按實踐經(jīng)驗分析，而且與電纜的材料結(jié)構(gòu)有關(guān)。對稱電纜v=220m/us，中同軸電纜 v=287m/us，小同軸電纜v=280m/us，為方便單片機計算，在后面的主程序中通過設(shè)定傳輸速度不同初值來進行運算。最好

102、的辦法是擴展一鍵盤，通過步進（退）的方式來修改計算式中的系數(shù)來達到控制速度的目的。鍵盤采用查詢方式。</p><p>　　顯示模塊采用LCD1602，選擇直接訪問工作方式，其數(shù)據(jù)線DB0～DB7經(jīng)74LS245雙向鎖存器與AT89C52的P0數(shù)據(jù)口連接，CPU的/RD和/WR直接作為液晶模塊的讀、寫控制信號，液晶塊的使能端接P3.7,V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度

103、過高時會產(chǎn)生“鬼影”，通過一個10KΩ的電位器調(diào)整對比度。</p><p>　　圖4-7 鍵盤與顯示模塊電路</p><p><b>　　發(fā)射接收電路</b></p><p>　　發(fā)射接收電路是動力電纜斷點檢測的核心電路。由于單片機發(fā)出的脈沖因受晶體震蕩器最高頻率的限制，其機器周期最小只能為0.5us左右，又考慮到脈沖傳輸速度，要求脈寬在0.1

104、~0.4us之間，故采用555定時器的單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn)脈沖的發(fā)射。</p><p>　　射極跟隨器（又稱射極輸出器，簡稱射隨器或跟隨器）是一種共集接法的連接方式，它從基極輸入信號，從射極輸出信號。動態(tài)電壓放大倍數(shù)小于1并接近1，且輸出電壓與輸入電壓同相但是輸出電阻低，具有電流放大作用，所以有功率放大作用。其特點為輸入阻抗高，輸出阻抗低，輸入信號與輸出信號相位相同，電壓放大系數(shù)略低于1，負載能力強。也可認為是一種電

105、流放大器。常作阻抗變換和級間隔離用[7]。</p><p>　　如圖4-8所示，發(fā)射接收電路由光電耦合、射極跟隨器、單穩(wěn)態(tài)電路及電壓整形限幅電路等組成。射極跟隨器利用高頻三極管開關(guān)電路將脈沖波幅度提高到24V，以提高驅(qū)動能力，避免有脈沖在電纜傳輸中的極快衰減而帶來的反射波幅值極小問題。在斷點處產(chǎn)生的反射脈沖波，通過降壓整形至AT89C52的/INT1端產(chǎn)生中斷請求。CONTROL端接單片機的I/O口P1.7，單片

106、機通過此I/O口每隔一定時間輸出負脈沖觸發(fā)信號，以觸發(fā)555定時器輸出脈沖波。555中控制脈寬的R與C分別取為20KΩ和10pf，以達到脈寬為0.22us的目的。</p><p>　　圖4-8 發(fā)射接收電路</p><p><b>　　PCB板的制作</b></p><p>　　制作PCB板圖時，由于PCB庫中沒有AMC2576的元件的封裝，因

107、此需要自己制作元件庫。</p><p>　　PCB元件封裝圖庫建立的方法：</p><p>　　對于項目中的PCB圖，執(zhí)行design/make PCB library，系統(tǒng)將自動生成與PCB圖同名的.pcblib庫文件，其中包含PCB圖中所有的元件封裝。在新的原理圖庫， 執(zhí)行file/new/PCB library，利用Protel DXP提供的PCB庫編輯器繪制元件封裝。如下圖所示為所

108、畫的AMC2576封裝。</p><p>　　圖4-9 電源芯片AMC2576封裝</p><p>　　在把建立好的元件庫裝入PCB版圖后，裝入網(wǎng)絡表。裝入網(wǎng)絡表后，每一個元件的引腳上都會有一根虛線顯示其與其他元件的連接狀態(tài)，同時，會顯示網(wǎng)絡表狀態(tài)，網(wǎng)絡表狀態(tài)可自動檢查出每個元件的引腳連接是否與原理圖一致，錯誤會顯示出來，如自制元件的引腳位置不對，符號不對，根據(jù)指出的錯誤進行修改，當網(wǎng)絡表

109、狀態(tài)不再有錯誤時，這時，就可以根據(jù)那些虛線的指示，可以安排元件在PCB板上的位置了，安放元件的位置還要考慮布線是否合理，設(shè)備使用是否方便，減少元件之間相互干擾。當元件放置好后，就可以進行布線了，布線可以采用手工布線和自動布線兩種方法，對于布線量較大的PCB圖，可以采用自動步線，這樣做可以減少勞動量，提高布線效率。本系統(tǒng)采用手工布線制作。當布線完成后，再進行設(shè)計規(guī)則檢測(DRC)，如果布線有誤，可根據(jù)錯誤信息和標記進行修改，直至檢測通過，