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引言

校线工作是电力系统二次回路检修中不可缺少的环节，二次线在接线前和接线后都应进行校线，以保证导线能正确的接入端子。目前常用的校线方法有：电话听筒校线法、绝缘电阻校线法、信号灯校线法、电缆校对器校线法。现场普遍采用的方法是利用万用表测量线缆是否配对，还会使用对讲机辅助进行校对。这些方法至少需要两名工作人员配合，不仅费时费力而且容易出错，校线效率较低。

校线检测一直是困扰现场检测人员的难题。假定有N根待测线缆，采用传统方式需要用万用表测量N(N-1)/2次，工作量很大，并且容易出错，为此需要设计一个具有校线检测功能的对线器，以完成线缆之间的检测工作，并且能够给出所有线路编号，这样可以大大减少现场校线人员的工作量，大幅提高工作效率。

针对上述问题，本文设计的校线仪可快速对现场线路进行校对，操作简便，可单人完成。在设备内部使用有线通信，避免了无线通信的限制。可现场输入、显示线路编号，校对准确率高，是检验线路是否断路、短路、错接的理想仪器。携带方便，操作简单，性价比高，具有很强的市场价值[1]。

1 整体设计

图1 系统框图

如图1所示，本文设计的基于单片机的二次线缆对线器主要由单片机主机、单片机从机、并行通信收发设备、复用器、串行通信设备和LCD显示屏构成。其中，单片机主机用于向不同线缆发送对应的串行数据，并行通信发送设备用于连接线缆，让数据通过线缆传输，并行通信接收设备用于接收线缆上的数据，复用器将并行数据转换为串行数据，并通过串行设备传输到单片机从机，单片机接收到数据后，将数据显示在LCD显示屏上。

2 硬件设计

2.1 单片机控制核心

我们使用的单片机控制核心芯片为ATMEGA328P，这是一种集成电路，核心处理器是AVR，闪存容量为32KB，内含1KB EEPROM，2KB RAM，时钟频率为20MHz，兼容5v和12v外部供电，拥有32个I/O引脚，高性能、低功耗，具有先进的RISC体系结构，抗干扰能力强，内置看门狗复位电路，引脚包含ADC、PWM功能，内置串口、IIC和SPI等多种通信接口，非常适合本设计的功能需求。

我们设计的基于单片机的二次线缆对线器使用Arduino开发平台开发，开发效率高，开发周期短，代码段简洁明了。使用Arduino UNO开发板，产品成熟稳定，性能优异，性价比高。

2.2 并行通信收发模块

并行通信收发模块包含并行通信发送模块和并行通信接收模块。

并行通信发送模块一边与单片机主机相连，一边与需要校线的线缆相连，将单片机主机发送过来的串口数据逐一通过并口向线缆送出。每条线缆中传输的都是一段8位串口数据，且串口数据的内容不同，便于从机进行区分。

并行通信接收模块用于接收单片机主机发送的数据，每个并行接口对应一条线缆，校线时，用户可以先随意连接线缆，等接收到数据后，再根据LCD显示屏的提示进行校线。

2.3 复用器模块

复用器使用的是一个16路高速CMOS 模拟多路复用芯片CD74HC4067。CD74HC4067芯片类似一个单刀多掷开关，其中SIG引脚是接收端口，可以通过地址选择引脚S0-S3选择CH0～CH15中的一路与SIG连通。CD74HC4067芯片适用于数字和模拟信号。我们只需连接4个数字引脚S0-S3，就可以控制16路信号的输出或输入。既可以用作1路分16路，也可以作为16路合1路。

2.4 LCD显示屏模块

LCD显示屏采用LCD5110液晶显示屏，是NOKIA公司生产的可用于其5110、6150，6100等系列移动电话的液晶显示模块，该模块具有84×48的点阵，可以显示4行汉字，采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9条。支持多种串行通信协议，如AVR单片机的SPI协议，传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。采用低电压供电，正常显示时的工作电流在20A以下，且具有掉电模式。屏幕自带背光，可以通过引脚控制背光亮度和点亮方式，即使在晚上光线条件不好的时候也能看清屏幕上的内容[2]。

图2 LCD5110显示效果图

3 软件设计

3.1 单片机主机程序设计

单片机主机主要功能是向每一个线缆发送不同的数据。这里我们编写程序让主机向16个端口发送不同的串口数据。由于ATmega328P芯片只有一个硬件串口，所以我们使用软件串口实现上述功能。

软件串口也叫虚拟串口，不同于硬件串口，软件串口一般是通过单片机时钟和引脚模拟实现的一种串口通信方式。与硬件串口相比，软件串口在通信距离、通信速率上都有所下降，对于低速以及近距离通信是没有任何问题的，但是距离太远、通信频率太高或单片机时钟等资源被占用，都会影响软件串口通信的质量。这里我们选择的通信速率很低，只有4800bps，且通信距离较近，程序功能单一，不会受其他功能影响，因此可以使用软件串口。

3.2 复用器程序设计

为了节省单片机内部资源，我们在从机接收端增加了一个复用器，用于将16路信号逐一输送到单片机从机的硬件串口上。

这里我们需要通过4个引脚来控制复用器的选路，单片机从机逐一选通16路信道，每选择一个信道，单片机从机会等待一定时间，该等待时间会大于单片机主机发送16路信号的周期时间，便于接收信道的数据。若等待时间内没有收到信号，则表示该信道断路，否则，在LCD显示屏上的指定位置，显示该信道收到的数据。

3.3 LCD显示程序设计

为了节约引脚资源，单片机从机与LCD5110的通信方式为SPI通信方式，仅使用4根控制线即可完成通信控制。我们为了整合单片机的引脚资源，采用软件SPI通信方式与液晶屏通信。

通过图形库编程方式，给5110液晶显示屏绘制了校线表格。表格共两行，上方表头使用黑底白字效果，表示正确的线序，也就是单片机主机发送的数据序列，下方表格为黑底白字，表格内容随对应线缆接收到的数据而变化，收到什么数据就显示什么数据，若没收到数据，则会显示“X”，表示断路。若两个线缆显示的数据相同，则表示可能存在短路现象。校线人员可以根据线序重新接线，直到上下两行表格的内容完全一致，表示线序正确[3]。

4 结束语

本文设计的基于单片机的二次线缆对线器，不仅操作方便、小巧便携、价格实惠，而且校线精确，稳定性强，非常适合二次回路校线等场合，具有推广价值。