毕业设计（论文）-电力电缆绝缘故障定点测试技术设计

a.引脚图b.引脚功能分类图10.MCS-51系列单片机的引脚及总线结构图3.2.键盘输入电路键盘输入电路是操作人员与仪器对话的输入口，当操作人员按下任一按键时，该电路产生相应的编码，送至微处理器，微处理器对该编码进行识别，执行所规定的指令，完成预定的功能。图11.矩阵式键盘接口电路本方案采用矩阵式键盘。确定矩阵式键盘上何键被按下通常采用“行扫描法”，行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法。具体的识别及编程方法如下所述：判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。8031单片机的P1口用作键盘I/O口，键盘的列线接到P1口的低4位，键盘的行线接到P1口的高4位。列线P1.0-P1.3分别接有4个上拉电阻到正电源+5V，并把列线P1.0-P1.3设置为输入线，行线P1.4-P.17设置为输出线。4根行线和4根列线形成16个相交点。检测当前是否有键被按下。检测的方法是P1.4-P1.7输出全“0”，读取P1.0-P1.3的状态，若P1.0-P1.3为全“1”，则无键闭合，否则有键闭合。为了去除键抖动，当检测到有键按下后，延时一段时间再做下一步的检测判断。若有键被按下，应识别出是哪一个键闭合。方法是对键盘的行线进行扫描。P1.4-P1.7按下述4种组合依次输出：P1.71110P1.61101P1.51011P1.40111在每组行输出时读取P1.0-P1.3，若全为“1”，则表示为“0”这一行没有键闭合，否则有键闭合。由此得到闭合键的行值和列值，然后可采用计算法或查表法将闭合键的行值和列值转换成所定义的键值为了保证键每闭合一次CPU仅作一次处理，必须去除键释放时的抖动。是是否初始化地址参数输出行扫描信号行扫描信号移位读入列信号返回按照行列计算键值查表得键码等待按键释放返回开始该列有键输入？四行扫描完？图12、键盘扫描程序的流程图键判断子程序和键处理子程序见附录13.3.液晶显示LCD3．3．（1）液晶显示模块(LCDModuleLCM)是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCQ线路板、背光源、结构件装配在一起的组件。主要分为数显液晶模块、点阵字符液晶模块、点阵图形液晶模块等。本系统设计时选用的是点阵图形液晶显示模块。点阵式图形液晶显示模块具有低功耗、低电压驱动、结构空间小、有效、面积大、构造简单、成本低等优点，另外能显示各种字符、图形和汉字，因此点阵式液晶显示器得到了越来越广泛的应用。本系统采用LCM16032ZK点阵图形液晶模块，设计方案灵活，可移植性强，点阵式液晶显示模块主要包括点阵液晶显示控制器、液晶显示屏及相关的电路。LCM16032ZK的液晶屏幕为160x32点阵，显示内容10x2行，可显示两行，每行可显示10个汉字或20个字符。像素。.55x0.56mm2，点间距0.04mm。采用ST7920控制器，芯片COB封装。字型ROM内含8192个16x16点中文字型和128个16x8半宽的字母符号字型。另外绘图显示画面提供一个64x256点的绘图区域GDRAM:而目_内含CGRAM提供4组软件可编程的16x16点阵造字功能。可实现汉字、ASCII码、点阵图形的同屏显示。模块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令，具有光标显示/闪烁控制命令及液晶睡眠/唤醒/关闭显示等命令。预留多种可灵活使用的控制线，如复位、串并选择、亮度调整等。电源操作范围宽，有3V或5V电压供用户选择，电流3V/1.2mA,5V/2mA,低功耗设计可满足产品的省电要求。同时与单片机等微控制器的接口界面灵活，可以有不同的模式，如并行8位/4位，串行3线/2线。系统中液晶显示模块采用8位数据、并行方式。模块的引脚说明见附录2。其中VCC为模块电压，在购买时可以选择3V或5V;VR和VO两个引脚是液晶背光亮度调整端，之间须接可变电阻(5KS));LEDA和LEDK为背光电压正端和负端，背光电压范围为4.0-v4.4V。主控制系统将配合(RS,RW,E,DB0DB7)来完成数据传输动作，从而实现了字符、汉字、图形的同屏显示。LCM16032ZK与8155的并行接口如图14所示。图13、LCM16032ZK与8155的并行接口图3．3．（2）工作原理点阵式LCD是通过对内部RAM写入不同的数据来显示字符或图形。内部RAM有三个，分别是显示RAM(DDRAM)、绘图RAM(GDRAM)和造字RAM(CGRAM)。液晶显示模块LCM16032ZK提供一系列的操作命令，构成了指令系统。包括基本指令集和扩充指令集，通过功能设定的RE位来确定。RE=0，选择基本指令集动作;RE=1，选择扩充指令集动作。基本指令集主要完成诸如设定模块功能、DDRAM位址、CGRAM位址、显示状态、光标状态、读写RAM值、清除显示、读取忙标志等功能。扩充指令集主要包括待命、睡眠模式、反白显示及GDRAM地址设定等。在系统启动时要初始化液晶显示模块，初始化程序主要包括:清液晶显示屏、设置缓冲区的起始地址、设置显示模式，光标的形状及显示方式等。在LCM的初始化过程中，需要写入一系列的命令字。向LCD写入命令时，根据模块数据传输时序图，要求相应的控制线RS=0,RW=0，当读写数据使能端有效(E=1)时，实现功能的设定。因此，将向LCD写入命令的程1字段设计为子程序，可以简化程序，方便多次写入命令字。写命令子程序传递参数为R7，用于存放不同命令的命令字，LCM初始化写命令子程序见附录。液晶显示模块内部带有字型ROM,LCD初始化后，通过查询字型码表便可以容易地实现16x8点阵半宽字型(英文、希腊、标点、数字等)和16x16点阵中文字型的显示。不同的字型码，用十区分半宽字型和中文字型。半宽字型的编码为02H-7FH，中文字型编码为AlAOH^-F7FEH。在软件程序中，只需设定了DDRAM的位址和字型编码，就可实现在液晶显示屏上的任意位置显示字符或中文字型。图形的显示同字型的显示一样，都是通过对RAM写入不同的数据来实现的。LCD屏幕上的每一个像素(点)与GDRAM绘图区域的一个二进制位一一对应，位为1开显示，位为0关显示。3.4.打印机串行口仪器将指令送到串行口电路，由其转变为串行数据逐位送到外部打印机，控制打印机工作，将液晶显示器上的信息打印出来。这里采用TpuP-40A/16智能打印机，其控制电路由单片机构成，在输入电路中有锁存器，在输出电路中有三态门控制。因此可以不通过I/O口直接与单片机应用系统的总线相接，即打印机的数据线可以以外部I/O口的形式与MCS-51系列单片机的P0口相连，如图15所示。TpuP-40A/16A没有读、写信号线，只有一对握手线、BUSY，因此，用一根地址线（图中使用P2.7）来控制读、写信号选通和读取打印机的BUSY状态。图14.TpuP-40A/16A与MCS-51单片机数据总线接口图15接口示例配套软件的空表打印程序,打印式样见附录2.3.5.脉冲发射电路图15.脉冲发射电路该电路用于产生一个预定宽度的矩形脉冲，并通过耦合变压器发送到电缆上去。脉冲发射电路框图如图16所示图16中定时器电路为一可预置数的减法计数器。例如，按要求微处理器向定时器预先置一个数，电路接收到微处理器发出启动发射的命令后，输出一个5V的电平，此时定时器在时钟信号控制下进行减法计数，即每来一个时钟脉冲，定时计数器减1，经过几个脉冲后，计数器减到0，定时器输出一个0V的电平，这样就形成了具有一定宽度的5V矩形脉冲。根据测量范围的不同改变预置的数值，定时器就输出不同宽度的脉冲。定时器输出的5V的矩形脉冲，经过放大电路放大为30V的电压脉冲，施加到脉冲变压器T1上去，此时发送脉冲通过脉冲变压器T1的原边L1,在其副边L2、L3上产生大小相同极性相反的电压脉冲，分别加到被测线路和内部阻抗平衡电路，如内部平衡电路阻抗与被测电路波阻抗相近，则在发射脉冲的作用下，在L4、L5上产生一个大小相近，极性相反的电流信号，L6收到的信号极弱，达到了压缩发射脉冲的目的。而当线路上反射脉冲到来时，在L3与L5上产生的电压大小相等，方向相反，回路电压代数和为0，内部平衡电路不起作用，反射脉冲电压通过T2的线圈L4全部变换到L6上，加到信号接收电路上。3.6.信号接收电路用于接收并放大来自信号组合电路中线圈的信号，放大增益通过一旋钮调整。在脉冲电流工作方式下，来自线性电流耦合器的脉冲电流信号通过T2的线圈L4全部变换到图16中L6上；加到信号接收电路上去。3.7.超高速数据采集电路按照一定的频率对模拟信号进行取点抽样并将抽取的幅值转换成数字量存贮，记录脉冲反射或脉冲电流波形。设计独特的超高速100MHz数据采集电路，它不用CPU的干涉，自动完成脉冲反射波形的抽样、转换并暂存在一数据缓冲区内。在一次波形记录完成后，CPU通过接口电路取出数据缓冲区内的脉冲反射或脉冲电流波形的数据，进行处理。A/D转换接口是数据采集系统前向通道中的一个重要环节.数据采集是模拟信号源中采集信号,并将之转换为数字信号送计算机的过程.因此,完成数据采集应具备下述基本部件:模拟多路转换开关和信号调节电路,采样/保持放大器,模拟/数字(A/D)转换器,通道控制电路.前向通道中,被测物理量经传感器转换成电信号,而每一种传感器都有与之配套的接口电路,接口电路再将这一电信号转换成电压信号.多路转换开关用来完成多路模拟信号的切换,信号调节则是将模拟微弱信号转换成能满足A/D转换器需要的电平信号.为了减少动态数据采集的孔径误差,需要加入采样/保持电路.因此,数据采集电路的设计不仅仅限于是单纯A/D转换芯片的接口设计,还必须考虑到传感器到CPU的全过程.这里采用MC14433A/D转换器,MC14433是廉价型3(1/2)双积分A/D转换器,因其廉价,抗干扰性好,在一些非快速过程的前向通道中仍有着广泛的应用,转换速度约1-10次/s.MC14433上电后，即对外部模拟输入信号进行A/D转换，由于EOC与DU端相连，每次转换完毕都有相应的BCD码及相应的选通信号出现在Q0～Q3和DS1～DS3上。但8031开放CPU中断，允许中断申请，并置外部中断为边沿触发方式，因此，执行程序后，每次A/D转换结束时，都将把A/D转换结果数据送入片内RAM中的2EH、2FH单元，该两单元均可位寻址。程序清单见附录3.3.8.电源电路图16.电源电路电源由可充电镉镍电池组供给，它包含电压变换、充电、自动关机电路等，如图17所示。电压变换电路：用于产生仪器工作所需的+5V、+30V、-12V电压，由相应的直流电压变换器件来完成。充电电路：由变压器把220V的交流电压变成15V电压，经整流滤波并通过恒流电路给电池组充电，用一发光二极管作为充电器的工作指示。自动关机电路：电池通过磁保持继电器的接点J与电路相连。正常的开机、关机由开/关键完成。磁保持继电器有使接点闭合与打开的两个线圈，开机时按动开/关键，电源通过阻容电路对接点闭合线圈充电，使继电器接点J闭合，接通仪器电源。关机时再次按动开/关键，或者仪器在预定的15分种内没有任何按键操作，CPU发出一关机脉冲信号，经三极管放大，驱动继电器的接点打开线圈动作，使接点J断开，切断仪器电源。关机后，继电器将保持接点断开状态。4.电力电缆故障检测仪的软件结构电力电缆故障检测仪的软件程序如图18所示。该程序流程如下：图18.电力电缆故障检测仪软件程序框图1.开机复位编制好的程序是以一条条指令的形式固化于仪器的程序存储器ROM中的，开机复位，使CPU找到程序入口，执行第一条命令。复位时，还同时完成必要的集成电路芯片的初始电平设置。2.自检与初始化复位后，仪器要做的第一件事就是自检，即对硬件电路进行检查，若发现错误则停止运行，自检无误后，便进行仪器的初始化工作。仪器中有可通过指令选择其功能的可编程集成电路，初始化就是按要求对这些芯片进行设置。初始化的另一个作用就是设定CPU工作中所应用的参数的初值。3.键操作仪器初始化完成后，便不断地查询键盘，等待键操作，当有键按下时，CPU便读进键码，执行相应的键功能。4.电池欠压检查及欠压关机当电池电压低于正常工作电压时，电池电压监测电路输出一高电平，该电平被CPU检查到后，在LCD上显示“电池欠压”信息。5.自动关机在仪器等待键操作时，不断检测自上次按键起时间是否已到十五分钟，若时间到，CPU则发出一关机脉冲，切断仪器电源，以防忘记关机，造成仪器电池过放电。电力电缆故障测距仪提供了记忆与比较功能，以供进行波形比较。在进行比较前必须先记录一个波形，在LCD上按“记忆”键时，显示“记忆？”提示符，根据读取的键值知道要存贮一个波形，再次按动“记忆”键时，CPU则把当前显示波形的数据送到记忆波形缓冲区内保存，当重新测得一波形后，按“比较”键，CPU便把新测得波形的数据与已存贮的数据同时送往LCD显示，并显示“比较”提示符。如再记忆新的波形，将冲掉原先的记忆波形缓冲区内的数据。它的一个重要特点就是能够处理脉冲电流波形，自动地在波形上定出两次光标的位置，并自动计算显示出故障距离。5．总结本文通过基于对电缆故障的定点分析，首先分析了电缆故障测试的原理，然后又介绍了电缆故障测试的步骤及方法。而后又就低压脉冲法设计了一种电缆故障检测仪的。并详细介绍了其硬件结构及软件结构。这种检测仪可以有效的检测出电缆的故障，从而对故障进行定点分析。这不仅让我们对单片机有了进一步的认识，还启发我们利用单片机去设计一些仪器解决更多的电力系统中的故障。谢辞在本论文完成之际首先要感谢指导老师霍建振的细心指导.从论文的选题、结构、设计、分析以及审稿都是霍老师的直接指导和参与下进行的，这些都对论文的完成起到了很大作用，让我受益匪浅。另外，霍老师踏踏实实做学问的态度更让我感触颇深。感谢大学四年曾对我执教的各位老师，是他们的谆谆教导让我获得了丰富的知识，充实了我的大学生活，懂得了许多做人的道理。感谢物理系为我提供了一个良好的学习环境让我能够顺利完成学业，并走向新的人生起点.谨以此论文献给难忘的大学生活，希望它是一个结束，更是一个崭新的开始！附录1键盘扫描程序如下：SCAN: MOVP1,#0FH MOVA,P1ANLA,#0FHCJNEA,#0FH,NEXT1；当前有键被按下SJMPNEXT3NEXT1: ACALLD20MS；有键按下后，延时一段时间再做下一步的检测判断MOVA,#0EFHNEXT2: MOVR1,AMOVP1,AMOVA,P1ANLA,#0FHCJNEA,#0FH,KCODE;MOVA,R1SETBCRLCAJCNEXT2NEXT3: MOVR0,#00HRETKCODE: MOVB,#0FBHNEXT4: RRCAINCBJCNEXT4MOVA,R1SWAPANEXT5: RRCAINCBINCBINCBINCBJCNEXT5NEXT6: MOVA,P1ANLA,#0FHCJNEA,#0FH,NEXT6MOVR0,#0FFHRET2.打印程序Date:XXXX年XX月XX日No1.程序清单如下:MOVDPTR,#7FFFH;送打印机口地址LP1:MOVXA,@DPTRJBACC7,LP1;查询打印机BUSYMOVR4,#ADREL1;ADREL1为表PRNTAB的表首偏移量LP2:MOVA,R4MOVCA,@A+PC;查代码串MOVX@DPTR,A;代码输入打印机LP3:MOVXA,@DPTR;查询打印机BUSY忙否JBACC7,LP3INCR4;偏移量加1MOVA,R4XRLA,#ADREL2;ADREL2为表PRNTAB的表尾偏移量JNZLP2WT:SJMPWT;等待结束PRNTAB:DB03H,02H,44H,61H,74H,65H,3AH,20H,20H,20H;DB20H,8CH,20H,20H,3DH,20H,20H,8EH,08H,01H;DB4EH,4FH,31B,2EH,20H,20H,20H,20H,0DH;3.A/D转换程序清单如下初始化程序:INT1:SETBIT1;选择边沿触发方式MOVIE,#10000100B;CPU开中断,外部中断允许……外部中断服务程序:PINT1:MOVA,P1JNBACC4,PINT1;等待DS1选通信号JBACC0,Per;查是否过\欠量程,是则转PerJBACC2,PL1;查结果是正或负,1为正,0为负SETB77H;负数,符号位置1,77H为符号位位地址AJMPPL2PL1:CLR77H;正数,符号位置0PL2:JBACC3,PL3;查千位数为0还是1,ACC3=0,千位数为1SETB74H;千位数置1AJMPPL4PL3:CLR74H;千位数置0PL4:MOVA,P1JNBACC5,PL4;等待百位BCD码选通信号DS2MOVR0,#2EH;XCHDA,@R0;百位数送入2EH低4位PL5:MOVA,P1JNBACC6,PL5;等待10位数选通信号DS3SWAPA;高低4位交换INCR0;指向2FH单元MOV@R0,A;10位数送入2FH高4位PL6:MOVA,P1JNBACC7,PL6;等待个位数选通信号DS4XCHDA,@R0;个位数送入2FH低4位RETI;中断返回Per:SETB10H;置过\欠量程标志.RETI;中断返回4.LCM初始化写命令子程序RCOM：LCALLWAITFA；忙标志子程序WRCOM：LCALLWAITFR；忙标志子程序\WR1COM：MOVDPP，#01HMOVDPTR，#0003H；PC口MOVA#00H；E=0RW=0RS=0MOVX＠DPTR，AMOVDPP，#01HMOVDPTR#0003HMOVA，#04H；E=1（*）RW=0