基于雙通道光電耦合離軸旋轉連接器設計方案

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：光伏模式和光導模式。在光伏模式時(shí)，光電二極管可以非常精確地線(xiàn)性工作;在光導模式下，光電二級的切換速度較高，但具有明顯的非線(xiàn)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，會(huì )使信號傳輸誤碼率大大增加，需要加入溫度補償電路。實(shí)驗在一個(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模式。圖6為光電檢測信號的兩級放大與整形穩幅電路，圖7為L(cháng)ED發(fā)光管驅動(dòng)電路。各元件具體參數根據實(shí)際選擇調整。

3.3 誤碼率測試

誤碼率(BER:bit error ratio)是衡量數據在規定時(shí)間內數據傳輸精確性的指標。誤碼率=傳輸中的錯誤碼元數/所傳輸的總碼元數。信號衰變、噪聲、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設備故障及其他因素都會(huì )導致誤碼(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(xiě)，簡(jiǎn)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(shí)驗中，在一定轉速下單片機與微機相互發(fā)送一定量的字節數據，統計雙方正確接收的字節數據。

由于碼元錯誤不方便直接統計，而實(shí)際信息多以字節傳送，故以接收字節數據的錯誤率作為誤碼率。統計結果如表1和表2所示，可以看出雙通道發(fā)送數據均存在不同程度的誤碼，試驗中轉速的不同對誤碼率影響不明顯，并且誤碼率不超過(guò)2%,不是很高，進(jìn)行校驗及糾錯處理后可以滿(mǎn)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(guān)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(guò)雙通道光電耦合旋轉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)通信完全可持續進(jìn)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(guò)放大整形穩幅后的波形，即通過(guò)雙通道光電耦合旋轉連接器后的信號波形，已經(jīng)有很大的改善。對比結果表明：實(shí)驗中所設計連接器對物理層位信號的傳輸失真較小。

4.結論

本文針對現有旋轉連接技術(shù)實(shí)現方法中的不足，設計了一種易于實(shí)現的雙通道光電耦合離軸旋轉連接裝置的方案，對其原理進(jìn)行了分析并通過(guò)實(shí)驗對該設計方法的實(shí)際可行性進(jìn)行了驗證。實(shí)驗結果表明，本方案能夠實(shí)現相對旋轉的機構之間的非接觸通信，同時(shí)結構簡(jiǎn)單，機械加工精度要求低，成本低，某些場(chǎng)合下可以代替光纖連接器實(shí)現多路多通道數據傳輸，也可應用于一些總線(xiàn)通信中。