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Autor Tópico: Aparelho para teste de cabos elétricos  (Lida 2367 vezes)

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Offline artur36

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Aparelho para teste de cabos elétricos
« em: 19 de Dezembro de 2014, 23:45 »
Estou a abrir este tópico para "discutirmos" o circuito para um dispositivo capaz de testar cabos em ambiente industrial.

Long Story Short:
Hoje no trabalho perdi uma tarde inteira a resolver um problema que se devia a um cabo com problemas, o problema que parecia fácil tornou-se um verdadeiro pesadelo.
Tratava-se de um cabo de 4 condutores rigidos com cerca de 50 metros em que um dos condutores se encontrava algures partido a meio do cabo, uma vez que estava sozinho tive de fazer uma data de viagens entre as duas pontas do cabo, sendo que o acesso a uma das pontas era um tanto ou quanto dificil.
Após uma esfrega destas decidi tentar criar um gadget que me ajuda-se em futuras situações,  o objectivo não é criar um produto certificado\comercial, mas pretendo criar algo mais que um protótipo em perfoboard, quero uma ferramenta perfeitamente funcional que possa usar em ambiente industrial e que aguente os "tombos" de andar constantemente numa caixa de ferramentas.

A ideia incial que tenho seriam dois módulos, um para cada ponta do cabo, alimentados a bateria, cada módulo teria um PIC com um protocolo de teste implementado de modo a testar continuidades nos cabos, curtos ou eventuais cabos cruzados em ligações mais complexas que envolvam cabos emendados, adicionalmente se possível gostaria de testar a "qualidade de transmissão" de modo a descartar cabos partidos mas que aparentemente façam contacto, continuidades intermitentes.

O esboço mental que preparei seria o módulo Master ao ser activado colocaria a primeira linha a High durante 50mS para "acordar" o Slave passando depois o pino a entrada para aguardar igual comportamento por parte do Slave a confirmar funcionamento.
Após isto o Slave iria iniciar o teste propriamente dito enviando em cada uma das linhas 2 Bytes de informação por comunicação síncrona (de modo a permitir o teste de uma linha apenas caso seja necessário), do lado do Master a informação seria recolhida e comparada com os valores pré definidos para validar o teste.

Até agora o único problema com que me deparo seria referenciar os sinais digitais a um plano de massa comum nos dois módulos, posso ligar os planos de massa destes módulos (funcionaram a pilhas\bateria) à terra (em obras numa fase avançada terei essa facilidade através de esteiras, condutas etc.) ficando assim os planos de massa minimamente equipotencializados? As eventuais diferenças "entre Terras" poderiam ser minimizadas com recurso a sinais de 12/24V a circular nas linhas, usando por exemplo um optoisolador capaz de aguentar estes níveis de tensão mas reconhecendo níveis lógicos de 5V por exemplo?

Offline senso

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Re: Aparelho para teste de cabos elétricos
« Responder #1 em: 20 de Dezembro de 2014, 00:05 »
Basicamente um tester de cabos de rede, mas com mais voltagem pico?
Podes sempre fazer TDR básico enviando um pulso por cada cabo, assim tens uma estimativa mais ou menos decente do comprimento do condutor, e assim sabes se está partido e onde, tens aparelhos da Fluke que fazem precisamente isso.

Um dos métodos dos testers de cabos de rede é meter todos os cabos á massa e depois meter voltagem um a um, assim tens passagem de massa(ou não se estiver partido), e sabes logo se tens cruzamentos entre vários cabos, acho que seria boa ideia procurar ideias nesses sistemas.
Avr fanboy

Offline dio123

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Re: Aparelho para teste de cabos elétricos
« Responder #2 em: 20 de Dezembro de 2014, 11:58 »
Um amplifier probe não te ajudaria?


Offline artur36

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Re: Aparelho para teste de cabos elétricos
« Responder #3 em: 20 de Dezembro de 2014, 15:40 »
Basicamente um tester de cabos de rede, mas com mais voltagem pico?

Seria algo similar sim, no entanto algo mais versátil, que permita testar um cabo com entre uma e oito linhas pelo menos, a tensão maior de pico seria no caso dois 5V terem uma elevada queda de tensão em cabos compridos (a obra que estou a iniciar agora tem vários cabos de troca de sinal com mais de 100 metros) e no "problema" que referi anteriormente de usar a terra como referencial do plano de massa, neste caso possui ter uma diferença de alguns volts entre as "terras" dos dois módulos, dando assim maior margem para o sinal lógico 1.


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Podes sempre fazer TDR básico enviando um pulso por cada cabo, assim tens uma estimativa mais ou menos decente do comprimento do condutor, e assim sabes se está partido e onde, tens aparelhos da Fluke que fazem precisamente isso.

Já li um pouco sobre o tdr, não aprofundei muito mas fiquei com algumas dúvidas, é possível usar apenas com uma linha ou necessito de uma de ida e outra de retorno? Como é medido o comprimento? Pelo que percebi é enviado um pulso curto e medido o tempo entre o pulso e o eco certo? Como existe o eco do pulso, é uma característica intrínseca dos condutores eléctricos ou necessito de algum processamento na outra ponta do cabo.

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Um dos métodos dos testers de cabos de rede é meter todos os cabos á massa e depois meter voltagem um a um, assim tens passagem de massa(ou não se estiver partido), e sabes logo se tens cruzamentos entre vários cabos, acho que seria boa ideia procurar ideias nesses sistemas.
N percebi esta parte, LIGO o pino de input com pullup e a outra extremidade do cabo a medir à massa e espero num cabo bom um sinal 0 no input é isso?

Offline artur36

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Re: Aparelho para teste de cabos elétricos
« Responder #4 em: 20 de Dezembro de 2014, 17:18 »
Um amplifier probe não te ajudaria?
O conceito talvez fosse o ideal para testar a "qualidade" da transmissão e eventuais interferências em cabos para sinais analógicos. Talvez criando uma onda de frequência e amplitude conhecidas e na outra ponta testar o sinal para verificar de se encontra distorcido, a ideia será usar módulos que ligaria às pontas do cabo e não uma caneta ou similar.
As situações onde penso utilizar seriam em casos já instalados em esteiras em que eu conheço a localização exacta do cabo mas os sinais recebidos pelo PLC/controlador não são o esperado, ou seja, sei qual é o cabo mas quero testar as diferentes linhas para verificar a sua integridade e garantir que numa eventual emenda a meio do cabo não foram trocadas linhas, quem já trabalhou com cabos de por exemplo 18 linhas sabe o quão difícil é nalguns fabricantes identificar a numeração de algumas linhas.

Offline artur36

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Re: Aparelho para teste de cabos elétricos
« Responder #5 em: 26 de Dezembro de 2014, 10:14 »
UP
Alguém me consegue confirmar se posso usar ou não a "terra" para ligar os planos de massa dos dois módulos?

Offline artur36

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Re: Aparelho para teste de cabos elétricos
« Responder #6 em: 26 de Dezembro de 2014, 23:58 »
Entretanto encontrei alguns links que tenho estudado sobre medições de TDR (Time Domain Reflectometry):

http://www.epanorama.net/circuits/tdr.html

http://www.ecnmag.com/articles/2009/07/low-cost-high-resolution-time-measurement-application

O primeiro explica o "fenómeno" e propõe um circuito para fazer as medições com recurso a um osciloscópio.
Basicamente para a medição é necessário um circuito capaz de criar um sinal bastante rápido, com uma subida de tensão quase imediata e com uma duração muito curta (micro ou nanosegundos) que ao ser propagado pela linha "ecoa" ao encontrar a extremidade do cabo ou falhas na continuidade destes, sendo as características do eco identificativas do tipo de anomalia encontrada.

O circuito proposto é este:

Ainda não consegui simular o circuito com schmitt triggers (e as 50 horas de electrónica que tive não deu para chegar aí) mas pelo que percebi é apenas um gerador de ondas quadrangulares com a possibilidade de seleccionar a duração do pulso, como não consegui ainda simular o esquema não sei se ele emite apenas um pulso ou gera uma onda constante.

O primeiro link apresenta também os resultados que se podem observar nas várias situações, nomeadamente:
Cabo não terminado

e linha com curto à massa


Até aqui tudo fixe, já sei como gerar o sinal de medida e quais os resultados esperados. Faltava-me então como medir o sinal de "eco" com um microcontrolador uma vez que estamos a falar de um microsegundo para 100 metros de cabo, a pesquisa por uma solução para medir intervalos tão curtos com um PIC levou-me ao segundo link.

O segundo link apresenta uma solução lowcost com um circuito muito mais simples e fazendo a medição directa num PIC.



Esta abordagem usa um novo periférico dos PIC o CTMU (Charge Time Measurement Unit) que foi criado para ser usado para aplicações de touch sense, basicamente usa uma fonte de corrente para carregar um condensador num periodo variável de tempo cujos "edge's" podem ser acionados através de input's externos. A tensão do condensador pode depois ser medida pelo ADC do PIC sendo directamente proporcional ao tempo decorrido.

Já alguem usou este módulo que possa dar feedback? O seu uso é fácil, qual a maneira mais correcta de estruturar o programa para o seu uso? Ainda ando de volta das DataSheet's lol.

Este circuito em vez de usar os schmit triggers para gerar a onda quadrada usa o lmh6559, um buffer de alta velocidade, ligado directamente a uma saída do PIC, com esta solução o tempo mais curto de pulso que posso ter seria um ciclo de instrução do PIC certo?
Isto acho pode trazer problemas pois a 32 MHz seriam 125 uS logo o sinal enviado iria bloquear o sinal de "eco", existe algum circuito que possa desenhar que com um rising edge de um pino do PIC produza um pulso quadrado com duração na escala dos nanosegundos, e de preferência regulável?

Pelo primeiro link se tiver um curto à massa o "eco" será de polaridade inversa ao pulso enviado, nesta situação o circuito do segundo link não funcionaria certo? O comparador ligado a CTED2 apenas detectará tensões "positivas", para detectar tensões "negativas" teria de adicionar outro comparador com o sinal na entrada inversora e a massa na entrada não inversora certo?


Desculpem o testamento lol