【正文】 由于時(shí)間和客觀條件的限制，提出如下幾點(diǎn)： 戶外工作所需電源； 外界環(huán)境因素引起測量的誤差補(bǔ)償； 平衡阻抗網(wǎng)絡(luò)電阻的精度要求。所設(shè)計(jì)的測距電路采用 100MHz 的高頻記數(shù)脈沖，并結(jié)合單片機(jī)處理程序，用程序控制低壓測距脈沖的發(fā)射和接收計(jì)算，大大提高了故障點(diǎn)定位的精度，發(fā)揮了低壓測距法的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了地下通訊線路故障的可靠、精確定位。該方法程序?qū)崿F(xiàn)簡單，計(jì)算量小，用戶使用方便，能克服中間接頭的反射等干擾因素的影響，提高了電纜故障測距儀器的智能化水平。致使程序可讀性下降 [17]。 圖 72 定時(shí)器 0T 中斷子程序框圖 中斷 0INT 中斷子程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主控電路中的 BCD撥碼盤輸入，計(jì)時(shí)裝置的計(jì)時(shí)結(jié)果讀入，輸入數(shù)據(jù)的處理，測量實(shí)際距離的計(jì)算。由于此次設(shè)計(jì)沒用到串行口，所以 ES=0，設(shè)為禁止。 當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生中斷時(shí)，為避免引起其它中斷，還需設(shè)中斷優(yōu)先級。 M1M0工作方式控制位，用戶無論選擇計(jì)數(shù)器方式還是定時(shí)器方式，均有 4 種工作方式組合對應(yīng)， D5D4 位 M1M0=00，即選用 13 位計(jì)數(shù)器方式； D1D0 位 M1M0=11，即此方式下 T0分成兩個(gè) 8位計(jì)數(shù)器， T1 停止計(jì)數(shù)。下面簡要介紹 其工作原理： 表 71 TMOD定時(shí)器方式控制字的格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 ``` 26 由上表可見， TMOD的高 4位控制 T低 4位控制 T0。 第 7 章 系統(tǒng)部分軟件的設(shè)計(jì) 要完成本次測試儀的設(shè)計(jì)，除對系統(tǒng)主 控部分和發(fā)射電路、接收電路的硬件設(shè)計(jì)，還必須對系統(tǒng)主控單元進(jìn)行主程序的設(shè)計(jì)和中斷程序的設(shè)計(jì)。所以還必須配合軟件設(shè)計(jì)，即利用定時(shí)器中斷來加以判別。 M19 發(fā)生瞬時(shí)變化（由“ 0”到“ 1”）時(shí)， D 觸發(fā)器在時(shí)鐘的控制下工作， M13 為 0 時(shí)M22 為 1，綠燈亮，顯示為短路故障； M13 為 1 時(shí)， M22 為 0，紅燈亮，顯示為斷路故障。 當(dāng) M0為 1時(shí)， M2為 0， M6為 1，三態(tài)門 2不滿足條件， M9輸出無； M2為 0， M7位0，三態(tài)門 1滿足條件， M10輸出為 1。圖 42 畫出低壓脈沖波對短路、斷路故障的反射波形 [15]。 發(fā)送脈沖以后， INT1引腳保持高電平“ 1”，在附錄 C 中的中 1單穩(wěn)觸發(fā)器的 Q 引腳也保持高電平“ 1”，經(jīng)過一非門，變?yōu)椤?0”，使得 Q1 三極管處于截止?fàn)顟B(tài)以脈沖不能加到被測線路上。而 17 14 16*M M M? ，當(dāng) M16 發(fā)生瞬間變化（由“ 1”到“ 0”），則 M17 也瞬間變化（由“ 0”變到“ 1”）；由于 74121 是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，所以M16 又發(fā)生瞬時(shí)變化（由“ 0”變到“ 1”），由于 M14 的狀態(tài)不定，因而 M17 的狀態(tài)也不定。此時(shí)各個(gè)部件都處于待發(fā)狀態(tài)，不引起任何的動(dòng)作。 系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，各個(gè)狀態(tài)準(zhǔn)備好后，通過對 AT89C51 的 INT1 引腳進(jìn)行控制，來完成測試波的發(fā)送，同時(shí)計(jì)數(shù)裝置開始工作，當(dāng)反射波到來時(shí)，通過電平的變化，至使計(jì)數(shù)裝置停止工作，同時(shí)引起 AT89C51的 INT0中斷，進(jìn)而開始信號處理工作。 ``` 21 表 61 74121功能表 輸 入 輸 出 1A 2A B Q Q? L X H L H X L H L H X X L L H H H X H ↓ H ↓ H H ↓ ↓ H L X ↑ X L ↑ (2)雙上升沿 7474 D觸發(fā)器（有預(yù)置、清除端） 集成 D 觸發(fā)器有很多的定型產(chǎn)品，本次設(shè)計(jì)中采用雙上升沿 D 觸發(fā)器 7474，下面就其邏輯符號和功能作一簡單介紹。若要輸出脈沖寬度較寬，則采用電解電容，電容正極接在 Ce 輸入端（ 10腳）。 74121 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有 3 個(gè)觸發(fā)輸入端，由觸發(fā)信號控制電路分析可知，在下述情況下，電路可由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)： 若 A1A2兩個(gè)輸入中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平， B發(fā)生由 0到 1的正跳變。 正觸發(fā)輸入端（ B）采用了施密特觸發(fā)器，因此，有較高的抗擾度。 脈沖接收電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)接收電路之前，需要熟悉數(shù)字電子、模擬電子及單片微機(jī)原理與接口技術(shù)相關(guān)知識。而當(dāng)線路上反射脈沖到來時(shí)，在L 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。 圖 61 中定時(shí)器電路為一可預(yù)置的減法計(jì)數(shù)器。因此，在本次設(shè)計(jì)中，低壓脈沖波的產(chǎn)生、調(diào)制、發(fā)送、接收、檢驗(yàn)過程是難點(diǎn)，也是重點(diǎn)。所以，可判斷系統(tǒng)所選的計(jì)時(shí)部分。 本次設(shè)計(jì)要求可測量范圍在 ～ 40km 之間，測量誤差為 ，如考慮到技術(shù)要求，決定采用 100MHz 的脈沖源作為計(jì)時(shí)單元的計(jì)數(shù)脈沖；計(jì)數(shù)部分采用一片雙十進(jìn)制74LS390 芯片?？刂泼總€(gè) LED顯示位輪流接地點(diǎn)亮的代碼稱之為 “位選碼 ”。當(dāng)顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管就恒定地導(dǎo)通或截止。因此，通過7段的不同組合控制，可以顯示 0 ～ 9數(shù)字和 A ～ F字母，實(shí)現(xiàn) 16 進(jìn)制顯示。撥碼盤撥到不同的位置時(shí)，輸入控制線 A 分別與 4 根 BCD 碼輸出線中的某根或幾根接通，其接通的 BCD 碼輸出線狀態(tài)正好與撥碼盤指示的十進(jìn)制一致。 常用的信息輸入方式有：按鍵鍵盤輸入 、 BCD撥碼盤輸入。針對本次設(shè) 計(jì)，綜合考慮性能及成品價(jià)``` 16 格， 8 位單片機(jī)完全能滿足需要，所以決定用 8 位的 AT89C51 作為本次設(shè)計(jì)的中央處理單元。而 MCS51 系列結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。 單片機(jī)型號的選擇 單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器、 只讀程序存儲器、輸入 /輸出電路，還有其它的外圍器件等集成到一片芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小而且又完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。首先測得一完好電纜芯線的脈沖反射波形，儲存起來，然后再測量故障芯``` 15 線，把先后兩次測量波形比較，在波形起始處，二者有明顯的差別，說明是電纜出頭故障。 圖 410 內(nèi)部平衡網(wǎng)絡(luò)的作用 ``` 14 a. 無內(nèi)部平衡網(wǎng)絡(luò) b. 有內(nèi)部平衡網(wǎng)絡(luò) ,儀器增益過大 圖 411 有無內(nèi)部平衡網(wǎng)絡(luò)的脈沖反射波形比較 圖 中的使用內(nèi)部平衡網(wǎng)絡(luò)的脈沖反射波形是從波形上消除了發(fā)送脈沖后，提高儀器增益測得的。 ``` 13 圖 49 電纜終端開路與短路脈沖反射波形比較 1. 為什么使用內(nèi)部阻抗平衡技術(shù) ? 脈沖反射儀器發(fā)送的脈沖有一定的寬度，由于儀器的輸出阻抗與電纜波阻抗不匹配，電纜上得到的或者是儀器接收電路感受到的發(fā)送脈沖拖了一個(gè)尾巴，故障點(diǎn)反射脈沖與發(fā)射脈沖重疊，會造成顯著的測量盲區(qū)；儀器同時(shí)接收并在顯示器上顯示發(fā)送脈沖與反射脈沖，當(dāng)故障點(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，發(fā)送脈沖的幅值遠(yuǎn)大于故障點(diǎn)反射脈沖，如通過提高放大器增益，來達(dá)到提高故障點(diǎn)反射脈沖幅值的目的，將造成信號放大電路的飽和，出現(xiàn)所謂的“阻塞”現(xiàn)象。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)。根據(jù) ，故障愈遠(yuǎn)，反射脈沖上升愈圓滑，標(biāo)定愈困難。穿過故障點(diǎn)的透射脈沖在電纜的端點(diǎn)被反射， t3 時(shí)刻回到測量端。圖 45 給出了電壓反射系數(shù)與透射系數(shù)隨 K值的變化關(guān)系，可見 K10，即故障電阻大于波阻抗值的 10 倍時(shí)，脈沖反射系數(shù)幅值小于 5%，故障點(diǎn)反射脈沖較難以識別，故低壓脈沖法不適用測量這類故障的距離。 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 43 斷路故障脈沖反射波形 圖 43給出了斷路故障脈沖反射波形。一般來 說，開路與短路故障反射比較強(qiáng)，而中間接頭反射較弱。 圖 給出了一個(gè)有低阻故障的電纜，中間有接頭 J，圖 向電纜注入一低壓脈沖測得的脈沖反射波形。從減小盲區(qū)的角度看，發(fā)送脈沖寬度窄一些好，但脈沖愈窄，它所包含的高頻成分愈豐富，而線路高頻損耗大，使反射脈沖幅值過小，畸變嚴(yán)重，影響遠(yuǎn)距離故障的測量效果。 L?△ t (45) 發(fā)射脈沖的選擇 1. 脈沖的形狀 電纜故障測量儀器使用的電壓脈沖一般有矩形、指數(shù)、鐘形（又叫升余弦）等。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。T/2 (42) 同樣已知電纜全 長，可測出脈沖傳輸速度： V=2L/T (43) 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 41）。另外，聲磁同步定點(diǎn)儀可以將故障定點(diǎn)和電纜路徑探測工作同步進(jìn)行，大大提高故障定點(diǎn)效率。在故障點(diǎn)正上方，聲波信號最大，離開故障點(diǎn)，聲波信號減少，或者無聲波信號。電纜故障磁場預(yù)定點(diǎn)技術(shù)，是一種較新的故障定點(diǎn)手段，其概念的提出時(shí)間較短，儀器的研發(fā)和儀器使用時(shí)間也較短。 3) 跨步電壓法：采用跨步電壓法定點(diǎn)，主要針對對電纜外護(hù)套絕緣有要求的外護(hù)套接地故障定點(diǎn)，現(xiàn)在對部分直埋的無鎧裝的低壓電纜、電線芯線接地 故障、也可以采用跨步電壓法定點(diǎn)。聲測法定點(diǎn)對高壓電纜、低壓電纜、直埋電纜、電纜溝電纜等等均適用。根據(jù)電纜正上方地面接收電磁信號最小的特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地找到電纜埋設(shè)位置。區(qū)別在于探測的電纜長度、探測深度，信號頻率等各不相同。與傳統(tǒng)的測試方法相比 ,二次脈 沖法的先進(jìn)之處，是將沖擊高壓閃絡(luò)法中的復(fù)雜波形簡化為簡單的低壓脈沖短路故障波形。采用的閃測儀從顯像管顯示到液晶顯示，普遍應(yīng)用單片機(jī)電路進(jìn)行控制，使電纜故障的粗測工作進(jìn)入到一個(gè)新境界。 2) 低壓 脈沖反射法：到了上世紀(jì)七八十年代，電纜故障測試普遍采用了閃測法測試，原理為 低壓 脈沖反射法 (也叫雷達(dá)法 )。 ``` 5 1) 電橋法：自從有了地埋電纜以后，電纜故障的檢測工作就成了必須解決的問題。當(dāng)欲快速 定位故障時(shí)，所有這些資料是非常有價(jià)值的。電纜本身的缺陷也會導(dǎo)致在大氣過電壓的情況下發(fā)生故障。在潮濕的氣候條件下做接頭， 使接頭封裝物內(nèi)混入水氣而耐不住實(shí)驗(yàn)電壓，往往形成閃絡(luò)性故障。安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的部分等，都會因本身過熱而使絕緣加速損壞。尤其是油浸紙電纜， 電纜敷設(shè)時(shí)地溝凹凸不平，或處在電桿上的戶外頭，由于電纜的起狀、高低落差懸殊，高處的電纜絕緣油流向低處而使高處電纜絕緣性能下降，導(dǎo)致故障發(fā)生。這方面的損壞主要包括：中間接頭 、終端頭受自然拉力和內(nèi)部絕緣膠膨脹的作用所造成的電纜護(hù)套的裂損。如果通訊電纜埋設(shè)在 附近有強(qiáng)地下電場的地面下（如大型行車、電力機(jī)車軌道附近），往往出現(xiàn)電纜外皮鉛（鋁）護(hù)套腐蝕致穿的現(xiàn)象，導(dǎo)致潮氣侵入，絕緣破壞 [3]。直接受外力作用造成的損傷主要有施工和交通運(yùn)輸所造成的損壞。根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻與高阻故障。 Rf、 G、 Cf 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。 高阻故障可分為兩種故障形式： 1) 高阻泄漏性故障：在做電纜高壓絕緣試驗(yàn)時(shí)，泄漏電流隨試驗(yàn)電壓的升高而增加，試驗(yàn)電壓升高到額定值時(shí)（有時(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到額定值），而泄漏電流超過了允許值。電纜故障的性質(zhì)分類有很多，通常有一下的幾種： 1. 開路路故障 凡是電纜絕緣阻值無窮大或雖與正常電阻的絕緣值想通，單思安呀不能反饋至用用戶端的故障。因此，通訊線路要求有更為精確的測距方法。因此，研究通訊線路故障的測試方法，開發(fā)出行之有效的故障檢測裝置是非常有必要的。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、測距精度較高、應(yīng)用效果良好。``` I 摘要 本文介紹了一種利用低壓脈沖反射法測量通信電纜斷點(diǎn)故障位置的方法，及 89C51 單片機(jī)建立電纜斷點(diǎn)故障的測距系統(tǒng)。 為了體現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容具有現(xiàn)實(shí)意義，能夠?qū)⒗碚撛O(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際，在附錄中對測距電路主控、發(fā)射電路、接收部分 電路用 Protel 99se畫了原理圖及對接收電路做了 PCB設(shè)計(jì)。 今二十年來，國內(nèi)外學(xué)者在通訊線路故障測距，特別是對架空通訊線路故障測距做了大量的研究工作，研究出許多實(shí)用的方法。 本文的任務(wù)就是在現(xiàn)有的通訊線路故障測距方法的基礎(chǔ)上，通過從原理和方法進(jìn)行深入的研究，設(shè)計(jì)出原理上更加準(zhǔn)確、工程上更加實(shí)用的故障測試方法。（低壓脈沖測試時(shí)故障有反應(yīng)，且發(fā)射脈沖和返回脈沖的波形相同）。 2) 高阻閃絡(luò)性故障：試驗(yàn)電壓升至某值時(shí)，泄漏電流突然升高，監(jiān)視泄漏電流的表針閃絡(luò)性擺動(dòng)，電壓稍下降時(shí)，此現(xiàn)象消失，但電纜絕緣仍有極高的阻值 。 間隙擊穿電壓