摘要：介紹了一種以單片機和FPGA為核心的ADSL線纜測試儀。通過采用嵌入式計算機技術，硬件電路模塊化設計技術，方便了測量通道的擴展，實現了ADSL線纜的導通，絕緣，電壓，電容測試。闡述了該系統(tǒng)的工作原理、設計方案和硬件、軟件實現方法。試用結果表明，該測試儀能夠對ADSL線纜的絕緣，電壓等電氣性能參數進行自動測量，能及時快速地檢測ADSL線纜存在的故障隱患，縮短檢測時間，提高檢測效率。
關鍵詞：ADSL線纜；FPGA；單片機；便攜

0 引言
    近幾年來，不對稱數字用戶線(ADSL)作為網絡“最后一公里”問題解決方案在世界范圍內得到了廣泛運用。在我國，ADSL業(yè)務已成為運營商收入的主要增長點之一。
    其直接采用的是現有的市話銅纜線路傳輸信息，市內電話線纜線路同時還擔負著傳遞長途電話、市內電話和其他通信業(yè)務的重要任務，是保證通信業(yè)務暢通無阻的關鍵環(huán)節(jié)。如果市話線路發(fā)生障礙，少則十幾個用戶，多則上千個用戶會同時發(fā)生阻斷；如果是多局制的中繼線纜出現障礙，會使兩個局的全體用戶都不能相互通信。因此，無論是ADSL業(yè)務還是市話業(yè)務的開通，還是正常的運營維護，都需進行一系列的測試工作，而自動化的測試儀表是提高測試效率及準確度的關鍵。針對傳統(tǒng)儀表設備不便攜帶，自動化程度不高等特點設計了此型ADSL線路測試儀。

1 系統(tǒng)工作原理
    線纜測試儀由MCU控制器電路、控制驅動電路、A／D采集電路、通道切換電路、絕緣，環(huán)阻，電壓，電容，通斷測量電路、系統(tǒng)電源電路、顯示電路、人機鍵盤接口電路等部分組成。線纜測試儀系統(tǒng)原理組成方框圖如圖1所示。

    MCU主控制器電路完成系統(tǒng)測試程序的運行控制，進行計算機控制、地址、數據命令的接收、發(fā)送、驅動控制，進行人機接口命令交互，與上位機通訊命令傳送，接收與之聯網的上位計算機發(fā)送的測試命令字，執(zhí)行測試過程及將測試結果顯示、通過串口輸出上傳等。
    驅動控制電路完成總線信號的驅動和各種用戶功能接口板的地址譯碼、控制、通道切換、功能實現等工作。
    絕緣阻抗測試單元：實現被測電纜的絕緣阻抗測試。將絕緣測試所需的高壓源或標準電阻通過通道切換電路切換到相應的測量電路。
    環(huán)路電阻測試單元：實現被測電纜的環(huán)路電阻測試。將環(huán)阻測試所需的電壓源或標準電阻通過通道切換電路切換到相應的測量電路。
    通斷測試單元：實現被測電纜的通斷測試，以及斷點位置的確定。
    電壓測試單元：實現被測線纜A，B線之間的電壓測量。
    電容測試單元：實現被測線纜A，B線之間的電容測量。
    通道切換電路實現將被測電纜的被測點接通切換到相應的測試線路通道。
    人機接口單元接收面板鍵盤的命令，完成相應的控制操作，并將信息送到LCD顯示屏顯示。
    顯示電路實現開機畫面、系統(tǒng)主菜單、測試項目子菜單、自檢和校準結果、測試結果、數據管理、電氣性能參數值等顯示信息。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 通斷測試單元
2．1．1 通斷測試原理
    測試原理：測試時向電纜一端注入低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播(傳播速度與光速為同一級別)，當遇到阻抗不匹配的地方，如短路點、故障點、中間接頭等，脈沖產生反射，反射信號回到測量點時被儀器記錄下來，波形發(fā)射脈沖與反射脈沖的時間差，脈沖在電纜中的波速度v，很容易得到阻抗不匹配點距離L。
2．1．2 通斷測試電路
    測試時通過人機鍵盤設置脈沖寬度，由單片機發(fā)送測試開始指令和脈寬控制字，FPGA接收到測試指令，根據脈寬控制字產生脈沖的同時開始計數，脈沖經發(fā)射電路到被測線纜。在遇到斷點后，脈沖原路返回，再經過接收電路后產生下降沿，使FPGA停止計數，將計數值傳給單片機，計算出斷點位置后通過顯示電路顯示出來，MCU通過串口與PC機通信，可導出所測數據。
    為防止因信號損耗過大導致回波幅值較小不易辨別，FPGA產生的脈沖通過放大電路放大到+50 V；同時為了避免因測試點阻抗不平衡導致發(fā)射脈沖幅度減小，在放大電路與線纜之間加入高頻脈沖隔離器，以求電路與線纜更好的耦合。在遇到斷點后，脈沖原路返回，經耦合電路后再經過放大處理后，由光電隔離電路產生下降沿，傳給FPGA。如圖2所示。

2．2 絕緣阻抗測試
    絕緣電阻測量采用漏電流法測量原理，通過外加直流電壓源測量無源回路的絕緣電阻。如果被測回路某一根芯線與其它芯線、電纜殼體、地絕緣，給該芯線施加直流電壓，則其余芯線對地就不會有漏電流，否則，就會檢測到漏電電壓。絕緣測試的工作原理如圖3所示。

    絕緣電阻：Rl=URo／Uo一Ro。
    根據IEC61010-2001標準及測試要求，絕緣電阻的測試回路需施加3種直流電壓信號(250 V，500 V，1 000 V)。直流高壓源在直流控制信號的作用下，將單片機系統(tǒng)通過DA轉換提供的0 V～5 V直流信號轉變成0 V～1 000 V的直流高壓信號。為了保障單片機系統(tǒng)的測量范圍，同時實現絕緣電阻的全量程測量，必須采用分壓網絡進行量程自動切換。單片機系統(tǒng)發(fā)出直流信號控制開關K的動作以選中分壓網絡3個電阻中任一個，當回路中所加直流高壓信號一定時，測試回路因分壓網絡所選中電阻不同而分出的檢測信號不一樣，當檢測信號低于單片機的采集范圍時，分壓網絡向小電阻檔切換；反之，向高電阻檔自動轉換。
2．3 環(huán)路電阻，電壓測試設計
    環(huán)路電阻測試，電壓測試均采用與絕緣電阻測試相同的設計原理，在此不再贅述。
2．4 電容測試設計
    通過將電容轉化為頻率測試的方法來測量線對間的電容。采用555時基振蕩電路。線對間電容與儀表內部電阻和555構成振蕩電路，輸出脈沖，通過對脈沖頻率的測量，來計算電容。
    用555定時器構成多諧振蕩器的電路和工作波形如圖4所示。

    振蕩周期，由此即可計算出電容。
2．5 通道切換，驅動控制電路設計
    通道切換電路由地址譯碼電路、通道譯碼電路、驅動電路、繼電器開關電路等部分組成。經測試總線送來的控制信號經譯碼電路譯碼，選中相應的端口并經驅動電路放大，驅動繼電器開關相應的通道接點吸合，從而將被測點切換到相應通道上。

3 系統(tǒng)軟件設計
    測試儀系統(tǒng)軟件采用模塊化設計。系統(tǒng)軟件主要由用戶接口管理模塊、測試項目管理模塊和數據管理模塊組成。數據管理模塊完成實時數據，告警數據的存盤及測試參數告警閥值的設定等功能。測試項目管理模塊完成電纜測試儀系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)校準、被測回路的導通測試和絕緣測試等電氣參數性能測試。系統(tǒng)軟件功能如圖5所示。

    各種軟件功能模塊實現硬件功能板的地址識別、通道切換和程控增益控制，完成相應被測通道的測試、計算、結果判斷、存儲、顯示、通訊、退出等功能。

4 結束語
    測試儀具有以下特點：
    (1)本產品集成度高。硬件和軟件設計采用模塊化設計，各種功能板和功能模塊相對獨立，根據用戶需求可構建不同功能、不同規(guī)模的用戶系統(tǒng)，通過轉接電纜(組合)完成與用戶系統(tǒng)的對接測試。測試通道可根據需要靈活配置，各種功能模塊可以靈活組合。既可以像小型臺式儀器設備一樣使用，也可以配合系統(tǒng)上機架。
    (2)測試儀采用嵌入式主控制器，可實現單機測試，也可以與測控系統(tǒng)聯網測試，進行系統(tǒng)設備、ADSL線纜的導通測試、絕緣測試、短路測試、開路測試，并將測試結果實時存盤和屏幕顯示，也可以通過遠程控制打印電纜測試結果。
    通過實際測量，滿足測試需要，能夠檢測ADSL線纜存在的故障，提高了測試速度，縮短了使用前的檢測時間。