基于低压脉冲反射法的电线长度单端测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电线长度测量装置及方法，尤其是涉及一种基于低压脉冲反射法的电线长度单端测量系统。
【背景技术】
[0002]传统的测量采用常用工具测量和计算。普通测量法:直接用尺进行测量，需要将线轴上的电线全部摊开进行测量，此测量方法过于笨重。电阻测量法:千分卡尺，通过测量导线线径，计算出导线横截面积；万用表，材料导线电阻来判断电气导线的性能，利用公式进行计算长度，但是此方法过于复杂。轮式测量仪，通过摩擦力带动轮子，计算电线长度，需要两轴同步进行线束，时间较长；采用线两端的电阻和线间的分布电容来换算成长度，需要连接电线两端，测量条件有限。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种基于低压脉冲反射法的单端测量电线长度的系统，并通过实验验证了此方法的有效性和合理性。
[0004]为实现上述目的，本发明提供一种基于低压脉冲反射法的电线长度单端测量系统，其特征在于:
一个控制面板，给单片机供电，给测量工作下达指令，测量过程进行控制；
一个单片机，控制、协调其他各个功能模块，上电后对脉冲发射模块以脉冲；采集计数电路给予的数据，并根据数据计算出电线长度；
一个脉冲发射模块，负责将单片机的脉冲进行放大，传送到电线上，给电线以脉冲信号;
一个信号接收模块，负责接收电线传回来的脉冲，并给D触发器信号；
一个D触发器，负责记录来回脉冲之间的时间间隔，并触发计数电路与高频脉冲产生电路进行计算；
一个高频脉冲产生电路，负责在向发射和返回脉冲之间的时间间隔插入高频脉冲，通过测量时间间隔内高频脉冲的个数，得到被测时间间隔的精确值；
一个计数电路，连接高频脉冲产生电路，为其进行计数；
一个显示器，用于显示测量情况。
[0005]所述的脉冲发射电路包括单片机电路、驱动芯片电路、开关芯片电路，开关芯片电路的单刀单掷开关的切换速度为50ns到75ns ;开关芯片电路采用单电源供电，电源范围是10.8V到16.5V ;因为单片机电路引脚无法直接驱动开关芯片电路，增加驱动芯片电路用于增加引脚的驱动能力。
[0006]所述的信号接收模块包括电压跟随器电路、比较器电路、D触发器电路，电压跟随器参考电压作为反射回来脉冲的阈值，对反射回来的脉冲进行整形；比较器输入电源和输出电源可分别设定，比较器出来的是经过整形的发射和反射脉冲；来回的脉冲作为D触发器的输入时钟信号，D触发器输出的是一段高电平，高电平的脉宽即为来回脉冲之间的时间间隔，高电平控制后端计数器工作。
[0007]所述的高频脉冲产生电路，单片机和ADF4360-6进行SPI通信，向ADF4360-6中写命令字，控制ADF4360-6输出不同频率高频，高频产生源于锁相倍频原理。
[0008]所述的计数电路，ADF4360-6输出的高频采用MC100ΕΡ016来计数，利用MC100EP016r TC端，当计数器计满时，即Q输出端从0x00到Oxff时，TC端由I变为0，会产生下降沿，且变化频率为1.2G经过256分频，为4.68M，可以送给单片机通过外部中断计数；因为Q端输出电平为PECL电平，需经过电平转换为TTL电平来给单片机读取，这里采用MC100LVELT23 ;因为ADF4360-6输出频率低，且为模拟信号，MC100EP016的输入为差分PECL电平，故需要时钟分配芯片AD9515提高ADF4360-6的输出功率，且转为PECL电平。
[0009]本发明的优点:
1、测量方式简单:采用单端测量方式，保证在只有单端电线的时候，仍可进行测量；
2、运行可靠:此系统已通过试运行，在电线单端测量方法的模拟方案成立，减少了后续类似研究；
3、测量精度高；此系统采用高频脉冲产生电路进行来计算来回脉冲时间，提高了测量精度，可广泛用于电线长度测量。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的原理框图；
图2是脉冲发射模块的电路图；
图3是信号接收模块的电路图；
图4是高频脉冲产生电路的电路图；
图5是计数电路的电路图。
【具体实施方式】
[0011]参照图1，本发明包括控制面板、单片机、脉冲发射模块、D触发器、信号接收模块、高频脉冲产生电路、计数电路和显示器。从控制面板给单片机指令，单片机给脉冲发射电路一个脉冲，在脉冲发射电路中将脉冲进行放大，给电线一个放大后的脉冲，同时脉冲发射电路给D触发器一个脉冲，D触发器向计数电路输出高电平信号，同时高频脉冲产生电路进行脉冲计数，将时间精度测定。当电线中的脉冲反射回来后，信号接收电路进行接收，给D触发器一个低电平信号，计数电路接到低电平之后，计算高频脉冲电路产生的脉冲信号数，然后将脉冲信号数发给单片机，在单片机进行计算，然后将结果发给显示器。
[0012]参照图2，所述的脉冲发射电路包括单片机电路、驱动芯片电路、开关芯片电路，ADG201HS为开关芯片，ADG201HS是一个单刀单掷开关，开关切换速度为50ns到75ns。SI所接电压为发射脉冲幅值，外接电阻为负载电阻，阻值选择不宜过大，影响发射脉冲下降沿延迟，根据ADG201HS内阻和可输出最大电流以及发射脉冲下降沿最快，外接负载电阻为200欧姆。ADG201HS采用单电源供电，电源范围是10.8V到16.5V ;因为单片机引脚无法直接驱动开关芯片，需要增加引脚的驱动能力，采用74LVC245芯片。
[0013]参照图3，所述的信号接收电路包括电压跟随器电路、比较器电路、D触发器电路，电压跟随器采用运放LM358，起到缓冲隔离作用，且提供参考电压，参考电压作为反射回来脉冲的阈值，对反射回来的脉冲进行整形；比较器采用EL5185，输入电源和输出电源可分别设定，比较器工作时间为4ns，比较器出来的是经过整形的发射和反射脉冲；D触发器采用NL17SZ74，来回的脉冲作为D触发器的输入时钟信号，D触发器输出的是一段高电平，高电平的脉宽即为来回脉冲之间的时间间隔，高电平控制后端计数器工作。其中NL17SZ74针脚3与200欧姆电阻相连。
[0014]参照图4，所述的高频脉冲产生电路，单片机和ADF4360-6进行SPI通信，向ADF4360-6中写命令字，控制ADF4360-6输出不同频率高频，高频产生源于锁相倍频原理。Pl针脚2与P3针脚I分别于MC100EP016的针脚22、23。
[0015]参照图5，所述的计数电路，ADF4360-6输出的高频，一般计数器计数频率达不到，故采用MC100EP016来计数，计数频率可达1.6G，计数电路图如图所示，采用一个MC100EP016，利用其TC端，当计数器计满时，即Q输出端从0x00到Oxff时，TC端由I变为0，会产生下降沿，且变化频率为1.2G经过256分频，为4.68M，可以送给单片机通过外部中断计数。因为Q端输出电平为PECL电平，需经过电平转换为TTL电平来给单片机读取，这里采用MC100LVELT23。因为ADF4360-6输出频率低，且为模拟信号，MC100EP016的输入为差分PECL电平，故需要时钟分配芯片AD9515提高ADF4360-6的输出功率，且转为PECL电平。
【主权项】
1.一种基于低压脉冲反射法的电线长度单端测量系统，其特征在于包括: 一个控制面板，给单片机供电，给测量工作下达指令，测量过程进行控制； 一个单片机，控制、协调其他各个功能模块，上电后对脉冲发射模块以脉冲；采集计数电路给予的数据，并根据数据计算出电线长度； 一个脉冲发射模块，负责将单片机的脉冲进行放大，传送到电线上，给电线以脉冲信号; 一个信号接收模块，负责接收电线传回来的脉冲，并给D触发器信号； 一个D触发器，负责记录来回脉冲之间的时间间隔，并触发计数电路与高频脉冲产生电路进行计算； 一个高频脉冲产生电路，负责在向发射和返回脉冲之间的时间间隔插入高频脉冲，通过测量时间间隔内高频脉冲的个数，得到被测时间间隔的精确值； 一个计数电路，连接高频脉冲产生电路，为其进行计数； 一个显示器，用于显示测量情况。2.根据权利要求1所述的基于低压脉冲反射法的电缆长度单端测量系统，其特征在于:所述的脉冲发射电路包括单片机电路、驱动芯片电路、开关芯片电路，开关芯片电路的单刀单掷开关的切换速度为50ns到75ns ;开关芯片电路采用单电源供电，电源范围是10.8V到16.5V ;因为单片机电路引脚无法直接驱动开关芯片电路，增加驱动芯片电路用于增加引脚的驱动能力。3.根据权利要求1所述的基于低压脉冲反射法的电缆长度单端测量系统，其特征在于:所述的信号接收模块包括电压跟随器电路、比较器电路、D触发器电路，电压跟随器参考电压作为反射回来脉冲的阈值，对反射回来的脉冲进行整形；比较器输入电源和输出电源可分别设定，比较器出来的是经过整形的发射和反射脉冲；来回的脉冲作为D触发器的输入时钟信号，D触发器输出的是一段高电平，高电平的脉宽即为来回脉冲之间的时间间隔，高电平控制后端计数器工作。4.根据权利要求1所述的基于低压脉冲反射法的电缆长度单端测量系统，其特征在于:所述的高频脉冲产生电路，单片机和ADF4360-6进行SPI通信，向ADF4360-6中写命令字，控制ADF4360-6输出不同频率高频，高频产生源于锁相倍频原理。5.根据权利要求1所述的基于低压脉冲反射法的电缆长度单端测量系统，其特征在于:所述的计数电路，ADF4360-6输出的高频，采用MC100EP016来计数，利用MC100EP016的TC端，当计数器计满时，即Q输出端从0x00到Oxff时，TC端由1变为0，会产生下降沿，且变化频率为1.2G经过256分频，为4.68M，可以送给单片机通过外部中断计数；因为Q端输出电平为PECL电平，需经过电平转换为TTL电平来给单片机读取，这里采用MC100LVELT23 ；因为ADF4360-6输出频率低，且为模拟信号，MC100EP016的输入为差分PECL电平，故需要时钟分配芯片AD9515提高ADF4360-6的输出功率，且转为PECL电平。
【专利摘要】一种基于低压脉冲反射法的电线长度单端测量系统，包括控制面板、单片机、脉冲发射模块、D触发器、信号接收模块、高频脉冲产生电路、计数电路和显示器，控制面板给单片机指令，单片机给脉冲发射电路一个脉冲，脉冲发射电路将脉冲放大，传给电线，同时给D触发器一个脉冲，D触发器向计数电路输出高电平信号，高频脉冲产生电路脉冲计数，时间精度测定。当电线中的脉冲反射回来后，信号接收电路进行接收，给D触发器一个低电平信号，计数电路接到低电平之后，计算脉冲信号数，发给单片机进行计算。本系统测量方式简单，运行可靠，测量精度高，可广泛用于电线长度测量。
【IPC分类】G01B7/02
【公开号】CN105300263
【申请号】CN201510792584
【发明人】高畅, 于兴伟, 陈彦澄
【申请人】长春轨道客车股份有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月18日