朱 彬，范梦恒，修小旭
（中国船舶集团有限公司第八研究院，江苏 南京 210000）
机柜是雷达装备产品的重要组成部分，机柜线缆又可被比喻为雷达的神经系统，承载着雷达的电能输送、信号传递及各系统间的数据传输，而电性能的稳定、可靠是雷达有序运转的前提。目前，机柜线缆的检测方法通常是采用蜂鸣器、万用表和系统接线原理图，对每一根芯线进行逐个测试，从而排除线缆故障［1］，这种检测方法效率低、检测时间长且过程无记录。
许多专家学者研究过各类线缆的检测方法，刘生攀［2］提出一种通用的电缆测试方法，在特定条件下10 000个点的测量时间仅需11秒；
王艳丽［3］阐述了CAN总线再线缆检测中的应用，实现线缆通断、绝缘和电容测试；
胡媛元［4］提出基于ARM处理器的便携式机载线缆故障检测系统，实现对线缆的短路、断路测试，以及导通电阻和绝缘电阻的测量。可见，线缆检测系统扮演着越来越重要的角色［5］。
据统计，某型产品的信号接收和处理机柜接插件有16种，共66件，单个接插件芯线数量最多74芯，单台机柜的接线关系总数共计1 265组，平均单台机柜线缆的人工检测时间约2个小时，检验员每测一根芯线都需要对照图纸、接线表及芯线号，工作精细、烦琐、量大、易疲劳。为提高机柜线缆的检测效率、保证系统的可靠性及检验过程的可追溯性，现提出开发一套基于ARM处理器的机柜线缆自动测试系统。
机柜线缆自动测试系统由测试仪、转接工装、测试软件及PC机组成，测试仪与测试软件之间采用网口通信，测试仪的设计以平台的开放性、灵活性为原则，且具有二次开发能力，允许根据不同测试对象灵活地减少、增加测试接口；
测试软件采用模块化设计思路，并为系统的二次开发提供软件编程接口。
线缆测试原理如图1所示。
图1 线缆测量原理
初始电压5V，流经保护电阻R1、在R2和被测线缆处分流，最后通过共地形成回路。通过ARM采样获取被测线缆两端的电压U1，可以计算被测线缆与R2的并联电阻，再通过并联电阻的公式，即可算出被测线缆的电阻R。具体公式如下：
2.1 测试模块
因各型机柜的待测芯线数量大，接插件种类多，整个测试系统如果用单块PCB板实现，会造成PCB板体积大且布线困难，不利于后期的调试、维护及拓展。因此，系统硬件采取模块化设计，共包含8个测试模块，每个测试模块可完成一组512根芯线的测试。单个测试模块又细分为8个接口，每个接口可同时连接的最大芯线数为64。从成本及系统复杂程度的角度出发，每个测试模块的512个输出接口对应8块64路输出的开关电路板，从优化硬件体积因素，整个模块采用背板加8块开关电路板的形式来实现。
测试模块原理框图如图2所示。
图2 模块原理框
ARM处理器(Advanced RISC Machines）是RISC微处理器，具有体积小、低功耗、低成本、高性能的特点，ARM处理器是线缆自动测试系统的核心控制模块。本系统的ARM处理器采用TI公司的TM4C129XNCZAD芯片，基于Cortex-M4构架拥有丰富的集成能力和开发工具，提供了包含浮点运算器的120 MHz Cortex-M内核以及一系列的集成存储器和多种可编程通用的I/O接口［6］。其特征如下：
(1）采用以指令和数据总线分离的哈佛体系；
(2）具有出色的快速中断处理能力；
(3）包括10/100以太网MAC带高级IEEE1588 PTP硬件；
(4）提供集成在片上的模拟功能，包括2个12位ADC模块，共带24路共享的采样速度为100万次/秒的模拟输入通道。
2.2 背板设计
背板是整个测试模块信息交互的枢纽，通过ARM处理器来实现信息的发送与接收。ARM通过网口与上位机通信，接收上位机发送来的线缆连接指令，获取输入/输出通道，并将对应的指令发送给开关电路板。同时，ARM自带的ADC模块会根据上位机的指令，采集对应通道的电压值，并将其回送给上位机。
在结构上，背板与开关电路板采用接插件互连的形式。类似于电脑主板和显卡的结构，所有开关电路板均垂直插于背板的对应接口上。此类设计可以兼顾外观、体积及盒体设计等要求，背板包括一片ARM、8个相同的32芯插座及相关电路。
2.3 开关电路板设计
开关电路板以开关芯片TP0164为核心，主要实现不同输出管脚的片选，开关电路板功能如图3所示。
图3 开关电路板框
输出端采用64芯插座，对应开关芯片的64路输出。该芯片为64选1双向开关，芯片的驱动电压为2.5 V～5.5 V，本设计采用5 V驱动，最大可承受电流不超过150 mA，其导通内阻典型值为27Ω。
机柜线缆自动测试系统需要一种安全、稳定和高效的语言环境，.Net是一种具有极高安全性的面向对象程序Windows平台上编程架构，C＃语言是专门为.NET程序框架而创造的语言，是微软公司发布的一种精确、简单、安全、面向对象的程序设计语言。
3.1 开发工具及运行环境
(1）开发工具。
软件的开发工具包括系统软件开发工具和数据库开发工具。系统软件采用Microsoft Visual Stadio2012作为开发工具，基于.NET Framework 4.0平台，数据库采用Microsoft SQL Server 2008 R2。
(2）运行环境。
软件环境：Windows操作系统，.NET Framework 4.0，Microsoft SQL Server 2008 R2，Microsoft Office 2010；
硬件环境：Intel i5以上的处理器、4G以上内存、1T以上可用硬盘空间、键盘和鼠标。
3.2 软件功能设计
软件共分为5个模块，接线表管理、系统自检、线缆测试、测试结果管理、系统管理，功能如下。
(1）接线表管理，实现接线表的新增、删除、导入等操作，系统根据导入的接线表，可自动识别接线规则。
(2）系统自检，实现测量硬件的自检，包括电池电压检测及测试模块的检测，保证线缆自动测试系统的正常运行。
(3）测试模块，用户选择指定接线表，输入相关信息并根据系统提示连接工装，连接完毕后开始测试，系统同步显示自动测试结果。
(4）测试结果管理，用户根据检测时间、检测人员等要素查看机柜线缆的测试结果，可对不合格项进行手动归零，测试结果亦可按指定格式进行报表导出。
(5）系统管理，包括用户管理、系统配置、权限管理、日志管理等，实现用户信息、权限的增删改查等操作，系统管理员可查看全部操作日志。
系统硬件电路如图4所示，图中详细描述了测试仪背板及开关板的PCB设计原理图，图5展示了系统主界面及接线表管理界面。
图4 背板和开关板PCB原理
图5 部分软件界面
该系统目前已投入使用，以某型机柜为例，待测接线关系共1 265组，自动检测939组，手动检测326组，自动检测接线数量是手动检测数量的3倍，自动检测时长9 s，加上工装连接及系统自检等时间总时长约为10分钟，手动检测部分时间约为50分钟，再对比原先的检测方法单台机柜检测时长约2.5小时。由此可见，机柜线缆自动测试系统的使用大大提高了检测效率，保证检测结果准确性的同时，实现线缆检测的测试结果可追溯、测试过程自动化、数字化以及信息化。
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