基于Nios软核的电缆故障检测仪设计

基于Nios软核的电缆故障检测仪设计,第1张

 

  本文设计了一种以嵌入式微处理器Nios为核心的电缆故障检测仪,应用A/D器件和FPGA组成可变频率的高速数据采集系统,利用低压脉冲反射法原理来实现线缆的断路短路、断路点、短路点的检测与定位。该仪器可广泛应用于通信维护、工程施工和综合布线,对市话电缆、同轴电缆等各种线缆进行测试和障碍维护。

  1 系统总体结构

  利用低压脉冲反射法检测电缆故障。主要原理是:向电缆发送一个电压脉冲,当发射脉冲在传输线上遇到故障时,由于故障点阻抗不匹配,产生反向脉冲,通过计算二者的时间差△T,并分析反射脉冲的特性来进行故障的定性与定位。该方法适用于断线、接触不良、低电阻或短路故障的测试。

  故障点距离L为:L=V·△T/2。式中,V是脉冲在电缆中的传播速度。根据反向脉冲的极性可判断故障性质:断线或接触不良引起的反向脉冲为正,低电阻或短路故障引起的反向脉冲为负。

  该仪器是一个便携式电缆故障检测设备,可利用现代电子技术(如高速A/D技术、异步FIFO技术、现场可编程逻辑阵列FPGA等)来提高集成度和灵活性。系统总体结构如图1所示。

  

基于Nios软核的电缆故障检测仪设计,a.jpg,第2张

 

  脉冲发生电路产生探测脉冲,高速的A/D转换器对脉冲及其反射回波信号进行采样,使用异步FIFO作为A/D采样数据的缓存。软核Nios作为系统核心,控制检测任务的启动和结束、脉冲发送接收模式的选择、A/D采样数据的处理计算、故障性质和位置的判断及显示等。其中,软核处理器和逻辑功能都是在现场可编程逻辑器件中编程实现的。

  2 功能及性能指标

  短路测试:检测电缆芯线之间是否有不必要的连接及其位置。

  断路测试:检测电缆中某芯线是否断路及其位置。

  显示:显示测试结果,即测量中开路及短路的位置。

  测量范围:2~1000 m。

  测试精度:可选择2 m和10 m两种精度。

  脉冲振幅:负载开路5 V。

  脉冲宽度:20 ns,100 ns。

  最大采样速率:100 MHz。

  波形记录长度:1024点。

  

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