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基于双核心嵌入式平台的便携式多线检测仪
摘要：本设计就手工查线效率低下和现有测线仪灵活性、通用性较差的问题，提出了多线检测的设计方案，以两片STM32L073单片机为核心控制部件，可对正反接口的1到50路数据线进行短路和断路测试，并通过液晶屏进行交互操作、实时显示测试结果。 关键词：STM32L073单片机；多线检测；数据处理；触摸屏。 基于双核心嵌入式平台的便携式多线检测仪研制报告
一、选题背景现在的工程项目中有许多调试涉及线路检测操作，如电子产品生产调试中对机柜内电气连接情况的检测、雷达系统对布设电缆的查线、网络布线后的线路检测等，线路线序正确与否、连接是否良好（是否存在短路、断路故障）直接影响到系统网络的可靠性。传统的检测方法是采用万用表、对照导线表进行手工查线，对于连线较多的复杂设备，手工查线受到空间约束、耗时长、效率低；在导线表未给出或不准确时，难以查清各种隐蔽的端点间连接情况；另外，一些传统的检测项目没有考虑到接线端点的扩展问题，不具备灵活性。 结论：在近似设计项目的检索中，没有发现与本设计相同的具备检测效率高、扩展性强、便携式低成本等特点的多线测试仪，充分说明了本研究的必要性，进一步进行方案设计。
二、目的与思路通过查阅相关的技术资料和论文，有采用万用表人工检测线路通断的测线方式，对于设备复杂、被测线数庞大的情况，工作效率低；有采用查线器检测线路通断的测线方式，设计为专用仪器，只能检测固定的接口，且只能对每根连线进行一对一的检测，其应用受限、不能灵活扩展，工业成本较高。 在对实际工程操作需求进行充分调研的前提下，形成设计方案，研制一种查线效率高、接线端点数目可灵活扩展、便携式低成本的多线检测仪。被测线路测试过程独立进行、互不影响，设备不受空间约束、可随身携带至任何场合工作。 本设计研制目的是： ① 对正反接口的1到50路数据线都能够进行短路和断路测试，能够检测一对一、一对多等不同类型的连线情况； ② 利用ARM芯片灵活的控制技术，保证检测的准确性，设备便于携带； ③ 弥补传统人工测线的缺陷，提高工作效率，检测结果直观可见； ④ 通过两个主控芯片协同工作，大大降低了整体系统的成本； ⑤ 使用240X128液晶与7寸触摸屏组成方便操作的人机界面，易用性高。
三、研究过程3.1发现问题学习电子技能训练课时，最初只需要对单线进行检测，用万用表检测就能满足要求；随着课程实践操作要求的提高，要对多线、排线进行检测，仍然使用万用表操作，同学们往往出现漏测、误判等问题，对短路故障排查不彻底、导致装配成品出现故障。由此联想到，在实际生产调试中进行多线检测时，同样会存在类似问题。 问题一：人工查线方式效率低，准确率不能保证 通过对实际生产中线路检测流程的研究发现，传统的查线调试基本都是通过手工方式进行，主要检测对象是线路的通断情况和相应接插口直接的对应关系，工作量大，工作效率低。另外，对检测结果需要人工给出判断，对连线之间的短路问题不能直接判断到位，检测的准确性不能保证。 问题二：现有的电子测线仪，不具备通用性和可扩展能力 目前也有已经在研制的电子测线仪，但其设计具有专用性，比如网线测线仪，能够检测的接插件端点数目是固定的，在检测中只能进行单线（一对一）的检测，不具备通用性和可扩展能力。而工程生产中，不同设备的接插件端点数各不相同，端口间互连结构千差万别，每种设备都配一套专用测线仪器，会提高生产成本。如果研制的测线仪器能适用于不同接插件端点间的不同连线方式的检测，能使其应用不受限制，节约生产成本。
3.2收集资料通过查阅相关的技术资料和论文，有采用万用表人工检测线路通断的测线方式，对于设备复杂、被测线数庞大的情况，工作效率低；有采用查线器检测线路通断的测线方式，设计为专用仪器，只能检测固定的接口，且只能对每根连线进行一对一的检测，其应用受限、不能灵活扩展，工业成本较高。 结论：在近似设计项目的检索中，没有发现与本设计相同的具备检测效率高、扩展性强、便携、低成本等特点的多线测试仪，充分说明了本研究的必要性，进一步进行方案设计。
3.3设计方案
图1 系统简易框图 多线测试仪系统硬件由控制及检测模块、电源模块、和显示模块构成，如图1所示。由于研制目的是能对最多50路线进行检测，连接端点数较大，检测仪的控制进行主从结构设计，使用两块单片机芯片，主机模块主要实现人机交互以及检测结果的显示和处理；从机模块主要控制线路的通断检测、并采集数据将检测结果上传给主机模块；主机模块与从机模块之间的数据传输通过串口进行；电源模块使用外接电源和1600mah的锂电池双路结构，当外接电源时使用外电源供电，没有外接电源时自动切换为由锂电池提供电能，以便携带，且可进行充电、配有充电指示LED；显示模块使用液晶触摸屏，可进行交互操作、省去了机械按键，能进行检测设置、显示检测结果，检测完成后蜂鸣器鸣响提示。
3.4硬件设计与制作从原理准备到仿真实验，再到模块硬件电路的搭建，整整准备了近两个星期的时间，才进入到实物制作阶段。 3.4.1 硬件框架设计设计研制的第一要务，就是选择单片机芯片，需要功能合适、资源足够，且价格在研制成本能承担的范围内，通过对占用I/O口的个数的计算，确定选用STM32L073ZET6和STM32L073RBT6这两款单片机。功能与价格都能满足设计需求。 确定好核心元器件单片机，接下来完成整体电路的设计，生成PCB板进行制作，焊接元器件、搭建电路，并完成实物的装配。电路总原理图如图2所示，各模块详细原理图见附录。
图2 电路总原理图 3.4.2 电源供电设计本系统为手持设备，所以需要内置电池并增加内置电池的充电管理芯片。本方案中使用TP4057作为电源管理芯片。TP4057是一款完整的单节锂离子电池充电器，带电池正负极反接保护，采用恒定电流/恒定电压线性控制。其SOT封装与较少的外部元件数目使得TP4057便携式应用的理想选择。TP4057可以适合USB电源和适配器电源工作。 引脚功能： CHRG（引脚1）：漏极开路输出的充电状态指示端。当充电器向电池充电时，CHRG管脚被内部开关拉到低电平，表示充电正在进行；否则CHRG管脚处于高阻态。 GNG（引脚2）：地。 BAT（引脚3）：充电电流输出。该引脚向电池提供充电电流并将最终浮充电压调节至4.2V。该引脚的一个精准内部电阻分压器设定浮充电压，在停机模式中，该内部电阻分压器断开。 VCC（引脚4）：正输入电源电压。该引脚向充电器供电。VCC的变化范围在4V至9V之间，并应通过至少一个1uF电容器进行旁路。当VCC降至BAT引脚电压的30mV以内，TP4057进入停机模式，从而使IBAT降至2uA以下。 STDBY（引脚5）：电池充电完成指示端。当电池充电完成时STDBY被内部开关拉到低电平，表示充电完成。除此之外，STDBY管脚将处于高阻态。 PROG（引脚6）：充电电流设定、充电电流监控和停机引脚。在该引脚与地之间连接一个精度为1%的电阻器RPROG可以设定充电电流。当在恒定电流模式下进行充电时，引脚的电压被维持在1V。 TP4057有两个漏极开路状态指示输出端，CHRG和STDBY。当充电器处于充电状态时，CHRG被拉到低电平，在其它状态，CHRG处于高阻态。当电池没有接到充电器时，CHRG输出脉冲信号表示没有安装电池。当电池连接端BAT管脚的外接电容为10uF时，CHRG闪烁周期约0.5-2秒。
图3 电源模块 3.4.3 显示模块设计显示模块使用240*128液晶四线电阻式触摸屏，可进行交互操作，省去了机械按键。该屏触摸芯片输出AD参数为12位数据，所以相对精度比较高，从而使手感更舒适。显示模块主要工作是进行线路检测端口数的设置和检测结果的显示，并通过蜂鸣器进行报警提示。显示模块的电路原理图如图4所示。
图4 显示模块 CH240128D-6点阵绘图型液晶显示模块(LCM)采用240x128点阵液晶显示屏(LCD)与低功耗LED背光和四线电阻式触摸屏组成,是一款邦定工艺4.9寸的240128带触摸液晶屏。内置T6963C控制器,全屏可显示8排汉字，每排显示15个（16X16点阵）汉字,可完成图形方式,文本方式以及图形与文本混合显示。Intel8080系列微处理器接口,可与MCU单片机直接连接,广泛应用于各类仪器仪表与电子设备上。引脚功能如表1所示。 表1 引脚功能图 3.4.4 硬件电路设计小结经过多日的设计与修改，终于完成整体电路的设计，生成PCB板进行制作，焊接元器件、搭建电路，并完成实物的装配。PCB板如图5所示，电路板焊接完成图如图6所示。硬件电路完成后，可以进行软件部分的编程调试。
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