基于网络的绝缘导通电阻自动测试系统

　　宋仔标，崔洪亮，高倩，刘宁

　　（火箭军士官学校，山东 青州，262500）

　　摘要：在导弹测试之前，需要对使用的电缆进行绝缘导通测试，目前人工手动操作耗时长，各型号的自动测试设备结构复杂，且不具备通用性。基于此，设计了基于网络的绝缘导通电阻自动测试系统。该系统由上位机、下位机和继电器阵列组成，各设备之间均通过网络进行通信控制，在VC#平台下完成了软件系统的开发。实验表明，该套系统具有结构简单，控制方便，结果准确，兼容性强，易于扩容等优点。

　　关键词：绝缘电阻测试；导通电阻测试；网络通信；自动测试系统

　　基金项目：军内科研预研基金资助项目（编号不公开）

　　0 引言

　　在导弹测试之前，需要对使用的电缆进行绝缘导通测试 ^[1] ，目前人工手动操作耗时长，各型号的自动测试设备结构复杂，通常需要各种总线的DO模块对继电器进行控制，如PCI，CPCI ^[2] ，PXI ^[3] 总线等。基于此，设计了一套基于网络的绝缘导通电阻自动测试系统。该系统由上位机、下位机和继电器阵列组成，各设备之间均通过网络进行通信，可直接通过上位机对继电器控制。

　　上位机发送控制指令控制绝缘导通测试电路的切换及继电器的通断，并对采集的信号进行处理、显示、保存及打印；下位机采集状态开关量和电压信号并送给上位机处理；继电器阵列通过网络接收控制指令，根据控制指令完成相应的继电器的吸合或断开，将不同的测试点接入测试电路。在VC#平台下开发了软件系统，整套系统在该软件控制下运行。实验表明，该套系统具有结构简单，控制方便，结果准确，兼容性强，易于扩容等优点。

　　1 绝缘导通电阻自动测试电路设计

　　1.1 自动测试电路设计

　　在绝缘导通电阻自动测试时，需要自动将电缆插头的某两个点接入测试回路。根据需要，设计了绝缘导通电阻自动测试电路，电路原理如图1所示。

　　自动测试电路由继电器阵列A和继电器阵列B，绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路组成，绝缘测试电路和导通测试电路的切换通过继电器JK1完成。如需测量电缆3点和29点之间的电阻值，需要通过网络控制继电器阵列A的继电器JKA3及继电器阵列B的继电器JKB29吸合，此时测试电路形成通路。

　　1.2 绝缘导通电阻测试电路 ^[4]

　　采用分压法对接入的电阻进行测试，通过下位机ARM控制器PA5引脚采集回路上的电压值，通过采集到的电压值可计算得到接入的电阻值。绝缘导通电阻测试电路如图2所示。

　　由于使用的ARM控制器能采集到电压模拟量最大值为3.3 V，同时保证在绝缘电阻测试测量大于20 MΩ的阻值时具有足够的分辨率。根据需求计算，分压电阻的大小分别为R1=2.8 MΩ，R2=0.2 MΩ，R3=100 Ω，R4=200 Ω。

　　2 系统硬件设计

　　基于网络的绝缘导通电阻自动测试系统由工控机，ARM板，物联网I/O继电器阵列，网络交换机及电缆转接箱组成，系统整体设计如图3所示。

　　该自动测试系统需要实现的功能如下：

　　（1）能自动判断当前插入的电缆数量。当没有插入电缆或插入电缆的个数多于1个时，上位机程序发出警示信息，只有当插入电缆的个数为1，才允许测试；

　　（2）能自动判断出当插入电缆的节点个数；

　　（3）在上位机上根据“导通测试”和“绝缘测试”选项自动接通导通测试回路或绝缘测试回路；

　　（4）具备“循环测试”和“点对点测试”功能。当进行循环测试时，依次测出各节点之间的电阻值，并判断测试结果；当进行点对点测试时，根据输入的两个节点，自动测出输入节点之间的电阻值并判断测试结果。

　　根据以上功能要求，系统各设备的功能如下：

　　2.1 工控机

　　工控机为研华工控机610L，安装有上位机测试程序，测试程序通过网络接收ARM板的开关量和模拟量信号，并根据测试任务发出继电器阵列的控制信号，控制继电器的接通和关闭。

　　2.2 电缆转接箱

　　电缆转接箱用于待测试电缆接入。按照需求，设计了32种不同类型的插座，可对32种接口的电缆进行绝缘导通电阻测试，在每个插座旁边安装有1个按键，当插入某个电缆后，需要操作人员手动按下对应的按键，该按键可产生开关量，通过ARM板采集后送给上位机，在上位机上可对插入的电缆数量，类型和电缆节点数量进行判断。电缆转接箱外形如图4所示。

　　2.3 ARM控制器

　　ARM控制器使用正点原子公司的STM32F407系列开发板 ^[5,6] ，板载有一个以太网（RJ45）接口。ARM控制器完成的功能为：

　　（1）采集外部电缆接头插入的状态。当电缆接头插入时，通过ARM板GPIO端口发出“0”，否则发出“1”。根据设计需要，选用ARM共32个GPIO端口采集开关量，GPIO端口工作方式为上拉电阻输入，共可对32种不同型号的电缆接插件进行绝缘导通电阻测试。

　　（2）采集测试回路的电压值，该电压模拟量通过端口PA5采集，每次采集时，共采集5次，取其平均值以保证精度。

　　（3）将采集到的开关量和电压模拟量以预定的数据帧格式通过网络接口发送到上位机。

　　2.4 物联I/O继电器控制板

　　物联网I/O继电器板使用深圳智嵌物联有限公司生产的继电器控制板，型号为ZQWL-IO-1BNRC32-I。该控制板为 32 路继电器输出的工业级 IO 控制板。具有1路以太网口和1路 RS485 通讯接口，可以通过 ModbusTCP/RTU 或自定义协议实现对该控制板的控制。

　　在本系统中，为满足电缆接点的测试需求，共使用了8块继电器板，组成两个继电器阵列，每个继电器阵列可接入128个接点，因此最多能满足128芯的接插件电缆的绝缘导通电阻测试。如果需要对系统进行扩容以满足更多芯的电缆测试需求，只需相应增加继电器控制板的数量。

　　3 系统软件设计

　　根据系统功能需要，在上位机上设计了绝缘导通电阻自动测试程序，程序在VC#平台下开发，程序界面如图5所示。

　　操作人员在电缆转接箱上将需要检测的电缆插入对应的插座后，按下对应的按键，在程序界面按下“新建测试”按键，激活输入信息区，在输入相关的信息后，激活测试项目选择区，同时关闭输入信息区。

　　在测试项目选择区选择“导通检查”或“绝缘检查”，根据选择，发出控制指令，切换导通测试电路和绝缘检查电路，同时激活测试方式选择区。

　　根据需要选择“循环测试”或“点对点测试”，激活对应的测试结果显示区和功能按键。

　　如激活循环测试，点击“开始循环测试”按键，此时按照插入电缆的接点个数，依次测出所有接点之间阻值，并在结果显示区显示测试结果。如激活点对点测试，则需在文本框内输入要测量的两个接点的编号，点击“开始点对点测试”，此时自动测量出两个接点之间的阻值，并在结果显示区显示测试结果。

　　如果没有插入电缆或插入电缆个数多于1个，系统给出错误提示；在点对点测试时，如果没有输入接点编号，输入的两个编号相同，或者输入的编号超过插入的电缆接点的总数，系统给出相应的错误提示。

　　当某根电缆测试完毕后，可点击“保存结果”按键将本次测试结果保存在本地磁盘，或点击“打印结果”按键将测试结果通过打印机打印。

　　如需更换测试电缆，必须点击“新建测试”激活下次测试。

　　4 结论

　　本测试系统能够完成不同类型电缆的绝缘导通电阻自动测试任务，缩短测试时间。在硬件设计上使用网络对继电器进行控制，与传统DO板卡的控制相比，简化了硬件系统的设计，节约了经费，并且在系统扩容上更加方便。在软件设计上，充分考虑了测试流程和要求及各种可能出现的错误，降低对操作人员要求。实验表明，该套系统具有结构简单，控制可靠，结果准确，兼容性强，易于扩容等优点。

　　参考文献

　　[1] 刘海光，李伟，张永．多路绝缘、导通检测仪的研制[J]．水雷战与舰船防护，2011，19（4）：56~59.

　　[2] 王玉龙．基于CPCI 总线的电缆网自动测试系统的设计与研究[D]．北华航天工业学院，2018.

　　[3] 李丽双．基于PXI总线平台的继电器控制盒综合测试系统设计[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.

　　[4] 齐利芳，刘虎，贺占庄．智能化绝缘/导通电阻测试系统的研制[J]．微机发展 2005，15（11）：82~84.

　　[5] 张洋，刘军，严汉宇. 等．精通STM32F4库函数版[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2015.

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第6期第35页，欢迎您写论文时引用，并注明出处