基于雙通道光電耦合離軸旋轉(zhuǎn)連接器設(shè)計方案

3.2 信號收發(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，光電二極管可以非常精確地線性工作;在光導(dǎo)模式下，光電二級的切換速度較高，但具有明顯的非線性，同時即使在無光條件下也會產(chǎn)生暗電流引入噪聲。光電二級管暗電流大小與溫度有關(guān)，在溫度變化較大的場合噪聲較強，會使信號傳輸誤碼率大大增加，需要加入溫度補償電路。實驗在一個較理想的條件下進行，環(huán)境溫度不大，光電二極管工作在光導(dǎo)模式。圖6為光電檢測信號的兩級放大與整形穩(wěn)幅電路，圖7為LED發(fā)光管驅(qū)動電路。各元件具體參數(shù)根據(jù)實際選擇調(diào)整。

3.3 誤碼率測試

誤碼率(BER:bit error ratio)是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標。誤碼率=傳輸中的錯誤碼元數(shù)/所傳輸?shù)目偞a元數(shù)。信號衰變、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導(dǎo)致誤碼(比如傳送的信號是1,而接收到的是0;反之亦然)。誤碼率測試的上位機界面如圖8所示，該界面使用VB編寫，簡潔易操作。當然，也可以使用串口通信助手小軟件作為上位機通信界面。實驗中，在一定轉(zhuǎn)速下單片機與微機相互發(fā)送一定量的字節(jié)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計雙方正確接收的字節(jié)數(shù)據(jù)。

由于碼元錯誤不方便直接統(tǒng)計，而實際信息多以字節(jié)傳送，故以接收字節(jié)數(shù)據(jù)的錯誤率作為誤碼率。統(tǒng)計結(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，試驗中轉(zhuǎn)速的不同對誤碼率影響不明顯，并且誤碼率不超過2%,不是很高，進行校驗及糾錯處理后可以滿足一般通信需求。

3.4 信號波形對比

單片機發(fā)送一組6.2kHz矩形脈沖模擬位信號用示波器觀察到如圖9、圖10所示波形。圖9中上方為單片機發(fā)出的矩形脈沖序列波形，下方為通過雙通道光電耦合旋轉(zhuǎn)連接器后的信號波形?？梢钥闯龊笳呱杂醒舆t，很可能是器件的響應(yīng)時間所致，但波形未變，由串口的通信協(xié)議可知，在無噪聲干擾時通信完全可持續(xù)進行。圖10中上方的波形為光電二級管輸出信號波形，可以看出信號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)過放大整形穩(wěn)幅后的波形，即通過雙通道光電耦合旋轉(zhuǎn)連接器后的信號波形，已經(jīng)有很大的改善。對比結(jié)果表明：實驗中所設(shè)計連接器對物理層位信號的傳輸失真較小。

4.結(jié)論

本文針對現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)連接技術(shù)實現(xiàn)方法中的不足，設(shè)計了一種易于實現(xiàn)的雙通道光電耦合離軸旋轉(zhuǎn)連接裝置的方案，對其原理進行了分析并通過實驗對該設(shè)計方法的實際可行性進行了驗證。實驗結(jié)果表明，本方案能夠?qū)崿F(xiàn)相對旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)之間的非接觸通信，同時結(jié)構(gòu)簡單，機械加工精度要求低，成本低，某些場合下可以代替光纖連接器實現(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。