基于雙通道光電耦合離軸旋轉(zhuǎn)連接器設(shè)計(jì)方案

3.2 信號(hào)收發(fā)電路模塊Ⅰ、Ⅱ的電路

光電二極管一般有兩種工作模式：光伏模式和光導(dǎo)模式。在光伏模式時(shí)，光電二極管可以非常精確地線性工作;在光導(dǎo)模式下，光電二級(jí)的切換速度較高，但具有明顯的非線性，同時(shí)即使在無(wú)光條件下也會(huì)產(chǎn)生暗電流引入噪聲。光電二級(jí)管暗電流大小與溫度有關(guān)，在溫度變化較大的場(chǎng)合噪聲較強(qiáng)，會(huì)使信號(hào)傳輸誤碼率大大增加，需要加入溫度補(bǔ)償電路。實(shí)驗(yàn)在一個(gè)較理想的條件下進(jìn)行，環(huán)境溫度不大，光電二極管工作在光導(dǎo)模式。圖6為光電檢測(cè)信號(hào)的兩級(jí)放大與整形穩(wěn)幅電路，圖7為L(zhǎng)ED發(fā)光管驅(qū)動(dòng)電路。各元件具體參數(shù)根據(jù)實(shí)際選擇調(diào)整。

3.3 誤碼率測(cè)試

誤碼率(BER:bit error ratio)是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo)。誤碼率=傳輸中的錯(cuò)誤碼元數(shù)/所傳輸?shù)目偞a元數(shù)。信號(hào)衰變、噪聲、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障及其他因素都會(huì)導(dǎo)致誤碼(比如傳送的信號(hào)是1,而接收到的是0;反之亦然)。誤碼率測(cè)試的上位機(jī)界面如圖8所示，該界面使用VB編寫，簡(jiǎn)潔易操作。當(dāng)然，也可以使用串口通信助手小軟件作為上位機(jī)通信界面。實(shí)驗(yàn)中，在一定轉(zhuǎn)速下單片機(jī)與微機(jī)相互發(fā)送一定量的字節(jié)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)雙方正確接收的字節(jié)數(shù)據(jù)。

由于碼元錯(cuò)誤不方便直接統(tǒng)計(jì)，而實(shí)際信息多以字節(jié)傳送，故以接收字節(jié)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率作為誤碼率。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1和表2所示，可以看出雙通道發(fā)送數(shù)據(jù)均存在不同程度的誤碼，試驗(yàn)中轉(zhuǎn)速的不同對(duì)誤碼率影響不明顯，并且誤碼率不超過(guò)2%,不是很高，進(jìn)行校驗(yàn)及糾錯(cuò)處理后可以滿足一般通信需求。

3.4 信號(hào)波形對(duì)比

單片機(jī)發(fā)送一組6.2kHz矩形脈沖模擬位信號(hào)用示波器觀察到如圖9、圖10所示波形。圖9中上方為單片機(jī)發(fā)出的矩形脈沖序列波形，下方為通過(guò)雙通道光電耦合旋轉(zhuǎn)連接器后的信號(hào)波形?？梢钥闯龊笳呱杂醒舆t，很可能是器件的響應(yīng)時(shí)間所致，但波形未變，由串口的通信協(xié)議可知，在無(wú)噪聲干擾時(shí)通信完全可持續(xù)進(jìn)行。圖10中上方的波形為光電二級(jí)管輸出信號(hào)波形，可以看出信號(hào)下降沿下降速度變慢，波形產(chǎn)生明顯失真。下方波形為經(jīng)過(guò)放大整形穩(wěn)幅后的波形，即通過(guò)雙通道光電耦合旋轉(zhuǎn)連接器后的信號(hào)波形，已經(jīng)有很大的改善。對(duì)比結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)中所設(shè)計(jì)連接器對(duì)物理層位信號(hào)的傳輸失真較小。

4.結(jié)論

本文針對(duì)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法中的不足，設(shè)計(jì)了一種易于實(shí)現(xiàn)的雙通道光電耦合離軸旋轉(zhuǎn)連接裝置的方案，對(duì)其原理進(jìn)行了分析并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)該設(shè)計(jì)方法的實(shí)際可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方案能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)之間的非接觸通信，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械加工精度要求低，成本低，某些場(chǎng)合下可以代替光纖連接器實(shí)現(xiàn)多路多通道數(shù)據(jù)傳輸，也可應(yīng)用于一些總線通信中。