通信电缆故障探测仪的设计

论文摘要

通信电缆是指用于近距离音频通信和远距离高频载波数字通信及信号传输的电缆。广泛应用于通信线路传输、仪器仪表、电力等重要领域。由于多种因素可引起通信电缆发生短路、断线等故障。如何快速准确探测通信电缆故障,减少故障历时,提高通信电缆的工作稳定性,是当前通信线路领域一项重要的研究课题。本文首先阐述了通信电缆故障发生原因,并进行故障分类。同时,深入分析通信电缆检测技术在国内外发展现状,介绍了通信电缆故障检测的经典检测方法和国外新型检测方法。本设计基于时频域反射(TFDR)原理,采用魏格纳时频分布和交叉相关检测技术对发射信号和反射信号进行处理。利用片上可编程系统(SOPC)设计了新型的通信电缆故障探测仪,给出系统设计的技术指标及总体设计方案,并完成了系统的整体设计。对于模拟部分,利用DDS技术产生正弦波作为发射信号,设计了波形发生电路与合理的信号调理电路;同时运用新型高速A/D芯片采样反射信号,设计反射信号接收电路与合理的信号调理电路。对于数字部分,在FPGA内构建SOPC系统,嵌入Nios II软核处理器对整个系统进行控制。选用Altera公司Cyclone II系列FPGA的EP2C8芯片,搭建外围配置电路,在EDA开发软件Quartus II环境下进行FPGA的设计和使用,完成顶层模块的设计实现系统的配置功能。本设计基于硬件SOPC的实现方法,结合TFDR检测理论,可产生良好的探测发射波形并能够采集到良好的故障反射信号,可快速准确探测通信电缆故障点,实现通信电缆故障定位和类型判断。具有便携式和低成本协调统一的特点,可完成对通信电缆的故障检测。研究内容明确,面向工程实践,具有较强的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外检测方法的发展现状
• 1.3 通信电缆的故障种类
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 总体设计方案
• 2.1 通信电缆故障检测理论
• 2.1.1 时域反射法（TDR）
• 2.1.2 频域反射法（FDR）
• 2.2 时频域联合反射法（TFDR）
• 2.3 系统方案的确定
• 2.4 功能和技术指标
• 2.5 本章小结
• 第3章 模拟前端设计
• 3.1 信号发射模块
• 3.1.1 硬件框图
• 3.1.2 DDS 原理和特点
• 3.1.3 信号发生电路
• 3.1.4 发射信号调理电路
• 3.2 信号接收模块
• 3.2.1 硬件框图
• 3.2.2 反射信号调理电路
• 3.2.3 A/D 转换电路
• 3.3 本章小结
• 第4章 数字系统设计
• 4.1 微处理器设计
• 4.1.1 NiosⅡ处理器的定制过程
• 4.1.2 构建Nios II 软核
• 4.2 系统配置
• 4.2.1 PLL 模块
• 4.2.2 按键去抖动模块
• 4.2.3 复位模块
• 4.2.4 数据存储FIFO 模块
• 4.2.5 数据传输接口
• 4.3 FPGA 及外围配置电路
• 4.3.1 FPGA 硬件电路
• 4.3.2 存储器的扩展
• 4.3.3 调试配置及下载电路
• 4.3.4 系统电源电路
• 4.3.5 串口通信
• 4.4 Nios II 软核控制程序
• 4.4.1 主控程序
• 4.4.2 DDS 启动程序
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢