电缆故障自动定位系统的设计方案与实现.docVIP

电缆故障自动定位系统的设计与实现 随着现代电信事业的发展，常常由于自然灾害或人为因素发生电缆中断事帮[1]。传统的电缆监测设备[2-3]存在测量速度慢、信号处理手段落后、报警方式单一、有虚报漏报现象、用户接口不友好、使用不便、不能对机房环境进行监测、不能输出故障地图等严重弊端，因此急需一种新型的适用电缆维护需要的电缆故障自动定位系统，以提高电缆维护的自动化水平。 　　1系统硬件电路设计及工作原理 　　1.1系统组成 　　系统组成框图如图1所示，由放置于各支局的电缆监控装置和放置于省或市局监控中心的计算机组成两级结构，并通过调制解调器和电话网将它们联接起来，进行报警信息的数据通信。监控中心计算机通过调制解调器和电话网络接收报警数据，完成故障电缆的电子地图定位、打印、报警和数据存档等工作;电缆监控装置以嵌入式处理器芯片Atmega138[4]为系统的控制核心，采用交流在线切换供电方式，完成实时监测、电话语音处理、人机交互和数据通讯等工作，并且还可以通过电话机进行参数查询与修改。 　　 　　1.2监控装置组成 　　电缆监控装置结构如图2所示，可分为三个部分，下面分别进行介绍。 　　1.2.1实时监测模块 　　由于电缆所处环境复杂恶劣，每条电缆采用压敏保护元件、阻容滤波电路、二极管保护电路、TLP521-4光电隔离电路和继电器切换电路等，将电缆状态送入Atmega128的ADC中，来完整地记录线路的状态渐变情况;采用NE555电容测量电路、LM331电阻测量电路、标准电阻电容继电器切换电路和6N137光电隔离电路等，自动实现电缆故障点长度的测量;采用环境监测模块完成机房的温度、烟雾、湿度等的监测。 　　1.2.2电话语音处理模块 　　电话语音处理模块包括HT9200A电话拨号电路、HT9170收号电路、LM567信号音识别电路、振铃电路、ISD25120语音录放电路等，实现电缆故障验证和语音报警、远程参数修改和信息查询等功能。 　　1.2.3人机交互和数据通讯模块 　　人机交互模块采用Atmega16作为CPU，配以24键键盘和8位LED显示器，通过串行口同Atmega128通讯。数据通讯模块采用MODEM电路同监控中心进行数据传输。 　　 　　1.3电缆监测电路设计原理 　　电缆监测电路可以对八根电缆进行实时监测。通过监视电缆的一对备用线，实现电缆通断状态的监视。选取的一对备用线，一端接监测电路，另一端短接，从而构成一回路。电缆监测电路可以巡回监视电缆线路的状态，若发生故障，则根据线路的通或断状态，采用电容或电阻测量方法，确定故障点的位置。 　　1.3.1线路监视电路 　　在电缆没有发生故障的状态下，通过对继电器的控制，将被测线路与监视电路相连，完成线路状态的实时监视。如图3所示，监视回路由+24V电源、1kΩ和510Ω电阻、被测线路和TLP521-4组成。系统允许测量电缆长度为20km，则线径为0.4mm的铜线电阻值为0～5.6kΩ，发光二极管电流为3～11mA,ADCx的电压范围为0～2.4V。考虑到实际电缆存在一事实上误差，可设其阈值为2.4+0.6V，当线路接触不良或断路时，其回路间电阻会迅速增加，ADCx端电压值大大高于阈值3V。由于引起异常的原因复杂且不可预测，通过调用通断检测函数，在一定时间内对异常电缆进行多次监测。若多次监测结果均超出阈值范围，即表明电缆存在故障。另外，电路采用330V的压敏电阻和TLP521-4可避免雷击或其它大电流对系统的危害，采用1kΩ、510Ω电阻、二极管和10μF电解电容，可减少被测电缆中的干扰信号对监视电路的影响。 　　 　　1.3.2电容测量电路 　　电容测量电路如图4所示，当进行电缆的电容/电阻测量时，控制继电哭开关，将被测电缆两端分别连接CAP-RES1、CAP-RES2端。当被测线路断路时，CAP-RES1和CAP-RES2分别同图4中的CAP1和CAP2相连，断开后的长线对相当于一个电容器的两个极板，其长度与电容值成正比。电容测量采用NE555电路，将电容量转化为频率量。测量电路分别对0.1μF标准电容和被测电容Cx进行测量，得到相应的频率值Fo和Fx。按照公式Cx=Co×Fo/Fx，计算出被测电缆的电容值。电路中采用高速光耦6N137芯片，使电路与MCU隔离。 　　1.3.3电阻测量电路 　　电阻测量电路如图5所示，当进行电缆的电容/电阻测量时，控制继电器开关，将被测电缆两端分别连接CAP-RES1、CAP-RES2端。当被测线路在故障点短路时，CAP-和CAP-RES2分别同图5中的RES1和GND相连，短路后的长线对相当于一个电阻器，其长度与电阻值成正比。通过+9V电源、1kΩ电阻和被测线路电阻组成的分压电路，将被测线路电阻上的电压经过LM331V/F电路转换为相应的频率信