基于电阻网络的网线故障检测装置研究

0 引言
    随着现代社会的发展，我国已进入数码电子时代。数码电子的产生为人类社会发展提供了强大动力，而数据线和网线在数码电子产品中发挥着极其重要的作用。
    目前市场上所销售的网线检测仪，其原理较为复杂，大多使用数字电路及大量的芯片、程序来实现网线断路或短路的检测。此外，部分网线检测仪在检测方式上不够便捷，需要对网线进行逐根检测，这样通过多次检测才可完成，过程繁杂；而有的网线检测仪虽然检测方式便捷，但价格却十分昂贵，并不适合中小型企业或个人使用。
    针对上述问题，提出了一种新型的网线故障检测装置，该装置运用电阻值一次性测量方法来判别网线的状态，方法操作简单且具可行性，在经济上也实现了低成本。

1 网线模拟电路图
    此次研究的网线是由4根导线并联构成，如果网线出现问题，那么问题只可能存在于某根导线或某几根导线的断路以及4根导线之间短路的情况，因此网线的模拟实物图可以用图1表示。

    其中开关A、B、C、D分别模拟网线内部四根线的断路存在情况，若四个开关中某个开关为断开状态，则表示该开关所对应的线有断路问题；若全部为闭合状态，则表示网线没有出现断路情况。开关E、F、G、H、I、K、L、M、N、O、P、Q这12个开关则用来模拟网线内部4根线之间短路存在情况，若其中某个开关闭合则表示该闭合开关两端导线出现了短路情况；若开关均为断开状态，则表示网线内部不存在两线间的短路问题。假如需要模拟一根良好的网线，则A、B、C、D四个开关应该全部闭合，同时E、F、G、H、I、K、L、M、N、O、P、Q这12个开关全部断开，只要有一个开关的状态不符合上述要求，都认为此网线存在问题。

2 基于电阻网络的网线故障检测装置的设计原理
    此次所研发的基于电阻网络的网线故障检测装置为有线检测装置，其用于检测四线并联的网线，功能是检测网线内部所有并联线路是否存在短路或断路状况。主要原理是基于电学原理在网线的周围设计一个电阻网络，将网线的一个公头和一个母头分别接到电阻网络两端的相应端口上，利用一种简便测量方法，使得其在网线良好状态时测得的阻值与网线内部存在短路或断路情况下所测得的阻值不相同。
2．1 周边电阻网络设计
    由于此网线检测装置的设计原理是通过检测网线周边电阻网络的阻值来判断导线的好坏情况，因此，我们设计出的电阻网络要能够做到网线良好的情况下测得的阻值与网线出现状况的情况下测得的阻值不尽相同。面对这样的问题，首先需通过Multisim10．0软件虚拟实验，设计出符合网线检测仪设计原理的周边电阻网络，其示意图如图2所示。

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2．2 影响电阻网络阻值测量的因素及其处理
    在电路中，电阻的阻值会受到光的照射、温度的变化以及环境等各种影响，即使使用误差很小的电阻也无法避免这些客观存在的因素。因此，在设计周边电路时，应该考虑误差所带来的影响，尽量做到网线在良好与非良好状态下所测得的阻值相差80Ω以上。而我们可以通过MATABLE软件来匹配如下的阻值，根据程序所匹配的阻值分别为277000、554000、831000、1108000、1385000、1662000、1939000、2216000通过软件模拟所得良好网线的情况下所测得阻值为583．124kΩ。

3 实验与结果分析
3．1 原理电路图
    通过上述的讨论与研究，根据基于电阻网络的网线故障检测装置的原理以及在考虑外界环境对所测电路阻值的影响下，使用一组网线设计出如下实验电路图。

3．2 实验元器件
    根据上述电路图所显示，我们需要的元器件为：7个单刀单掷开关、6个滑动变阻器阻值(范围为0-20kΩ)、一个数字万用表、一对网线插槽(一头插网线公头，一头插网线母头)、若干导线，尖嘴钳一把、剥线钳一把、热熔胶、螺丝刀一把、双面电路板一个、4线并联的网线一根、刀口焊枪一把、焊锡丝若干。
3．3 最佳设计方案
    根据上面所做的实验，此网线检测仪仍可做进一步地改良，不难发现通过LED的发光原理将更加便捷。此处的想法是通过本次试验所提供的良好导线下测得的电阻网络阻值：583．124kΩ，根据考虑其受到环境影响正确时的阻值范围大概在583．224～583．024．kΩ，根据串联电路的分压原理，可以通过电压比较器来找出网线状况不好时的电压，再根据电压比较器的性质，当正相电压比反相电压大时输出高电平。当两个LED都亮时为良好网线，只要有一个不亮即表示网线出现状况。

4 结论
    基于市场的需求，本网线检测仪采用网线电阻值一次性测量的方法，简化了原理图的设计，改善了以往测量方法的繁琐性。而低成本的元器件更能适应大众需求，为网线故障检测开辟了新道路。展望其后的发展，通过LED的特殊作用对装置做出的进一步改良，将为电子产品的网线测量提供更便捷的方法。