摘要：對于頻繁發(fā)生的電信電纜中斷事故，提出了一種電纜故障自動定位系統(tǒng)的設(shè)計方案。系統(tǒng)將電容檢測法和電阻檢測法相結(jié)合，根據(jù)定期測得的單位長度電容/電阻值，測算出故障電纜長度。報警形式包括故障點地圖輸出報警和語音電話報警。實驗和應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、使用簡單易學(xué)、測量精度高、無誤報、成本低。
關(guān)鍵詞：嵌入式 自動定位 電訊電纜 報警
隨著現(xiàn)代電信事業(yè)的發(fā)展，常常由于自然災(zāi)害或人為因素發(fā)生電纜中斷事幫[1]。傳統(tǒng)的電纜監(jiān)測設(shè)備[2-3]存在測量速度慢、信號處理手段落后、報警方式單一、有虛報漏報現(xiàn)象、用戶接口不友好、使用不便、不能對機房環(huán)境進行監(jiān)測、不能輸出故障地圖等嚴(yán)重弊端，因此急需一種新型的適用電纜維護需要的電纜故障自動定位系統(tǒng)，以提高電纜維護的自動化水平。
1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計及工作原理
1.1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，由放置于各支局的電纜監(jiān)控裝置和放置于省或市局監(jiān)控中心的計算機組成兩級結(jié)構(gòu)，并通過調(diào)制解調(diào)器和電話網(wǎng)將它們聯(lián)接起來，進行報警信息的數(shù)據(jù)通信。監(jiān)控中心計算機通過調(diào)制解調(diào)器和電話網(wǎng)絡(luò)接收報警數(shù)據(jù)，完成故障電纜的電子地圖定位、打印、報警和數(shù)據(jù)存檔等工作；電纜監(jiān)控裝置以嵌入式處理器芯片Atmega138[4]為系統(tǒng)的控制核心，采用交流在線切換供電方式，完成實時監(jiān)測、電話語音處理、人機交互和數(shù)據(jù)通訊等工作，并且還可以通過電話機進行參數(shù)查詢與修改。

1.2監(jiān)控裝置組成
電纜監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，可分為三個部分，下面分別進行介紹。
1.2.1實時監(jiān)測模塊
由于電纜所處環(huán)境復(fù)雜惡劣，每條電纜采用壓敏保護元件、阻容 濾波電路、二極管保護電路、TLP521-4光電隔離電路和繼電器切換電路等，將電纜狀態(tài)送入Atmega128的ADC中，來完整地記錄線路的狀態(tài)漸變情況；采用NE555電容測量電路、LM331電阻測量電路、標(biāo)準(zhǔn)電阻電容繼電器切換電路和6N137光電隔離電路等，自動實現(xiàn)電纜故障點長度的測量；采用環(huán)境監(jiān)測模塊完成機房的溫度、煙霧、濕度等的監(jiān)測。
1.2.2電話語音處理模塊
電話語音處理模塊包括HT9200A電話撥號電路、HT9170收號電路、LM567信號音識別電路、振鈴電路、ISD25120語音錄放電路等，實現(xiàn)電纜故障驗證和語音報警、遠(yuǎn)程參數(shù)修改和信息查詢等功能。
1.2.3人機交互和數(shù)據(jù)通訊模塊
人機交互模塊采用Atmega16作為CPU，配以24鍵鍵盤和8位LED顯示器，通過串行口同Atmega128通訊。數(shù)據(jù)通訊模塊采用MODEM電路同監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)傳輸。

1.3電纜監(jiān)測電路設(shè)計原理
電纜監(jiān)測電路可以對八根電纜進行實時監(jiān)測。通過監(jiān)視電纜的一對備用線，實現(xiàn)電纜通斷狀態(tài)的監(jiān)視。選取的一對備用線，一端接監(jiān)測電路，另一端短接，從而構(gòu)成一回路。電纜監(jiān)測電路可以巡回監(jiān)視電纜線路的狀態(tài)，若發(fā)生故障，則根據(jù)線路的通或斷狀態(tài)，采用電容或電阻測量方法，確定故障點的位置。
1.3.1線路監(jiān)視電路
在電纜沒有發(fā)生故障的狀態(tài)下，通過對繼電器的控制，將被測線路與監(jiān)視電路相連，完成線路狀態(tài)的實時監(jiān)視。如圖3所示，監(jiān)視回路由+24V電源、1kΩ和510Ω電阻、被測線路和TLP521-4組成。系統(tǒng)允許測量電纜長度為20km，則線徑為0.4mm的銅線電阻值為0～5.6kΩ，發(fā)光二極管電流為3～11mA,ADCx的電壓范圍為0～2.4V�？紤]到實際電纜存在一事實上誤差，可設(shè)其閾值為2.4+0.6V，當(dāng)線路接觸不良或斷路時，其回路間電阻會迅速增加，ADCx端電壓值大大高于閾值3V。

由于引起異常的原因復(fù)雜且不可預(yù)測，通過調(diào)用通斷檢測函數(shù)，在一定時間內(nèi)對異常電纜進行多次監(jiān)測。若多次監(jiān)測結(jié)果均超出閾值范圍，即表明電纜存在故障。另外，電路采用330V的壓敏電阻和TLP521-4可避免雷擊或其它大電流對系統(tǒng)的危害，采用1kΩ、510Ω電阻、二極管和10μF電解電容，可減少被測電纜中的干擾信號對監(jiān)視電路的影響。
1.3.2電容測量電路
電容測量電路如圖4所示，當(dāng)進行電纜的電容/電阻測量時，控制繼電哭開關(guān)，將被測電纜兩端分別連接CAP-RES1、CAP-RES2端。當(dāng)被測線路斷路時，CAP-RES1和CAP-RES2分別同圖4中的CAP1和CAP2相連，斷開后的長線對相當(dāng)于一個電容器的兩個極板，其長度與電容值成正比。電容測量采用NE555電路，將電容量轉(zhuǎn)化為頻率量。測量電路分別對0.1μF標(biāo)準(zhǔn)電容和被測電容Cx進行測量，得到相應(yīng)的頻率值Fo和Fx。按照公式Cx=Co×Fo/Fx，計算出被測電纜的電容值。電路中采用高速光耦6N137芯片，使電路與MCU隔離。
1.3.3電阻測量電路
電阻測量電路如圖5所示，當(dāng)進行電纜的電容/電阻測量時，控制繼電器開關(guān)，將被測電纜兩端分別連接CAP-RES1、CAP-RES2端。當(dāng)被測線路在故障點短路時，CAP-和CAP-RES2分別同圖5中的RES1和GND相連，短路后的長線對相當(dāng)于一個電阻器，其長度與電阻值成正比。通過+9V電源