[其他]多路开关接触信号的光纤数据传输装置

说明书

本发明是电信技术传输（HO4B）多路通信（HO4J）。

现有的光纤数据传输装置主要用于数据通信和计算机数据传输，具有信息容量大，抗电磁干扰这些优点。若传输的是多路数据，则因复用设备（俗称电端机）较大，通常是将电端机和光纤数据传输装置（俗称光端机）分开的，而光端机一般都是使用常规的光纤通信用的光电器件，成本较高。现有的光纤多路数据传输装置中，为同步需要，使用的时钟信号一般是从传输的数字信号中提取的，为了克服数码长连“0”和长连“1”，还要采取措施，使得电路更加复杂。

本发明的任务是提出了在一条光纤上（单芯光缆）传输多路开关接触信号的装置。在发端，它先将多路开关接触信号变换成同样路数的并行多路数字信号，然后在自己产生的时钟信号作用下，将并行数字信号变换为串行数字信号，並对发光二极管（LED）进行强度调制，变成光脉冲在一条光纤上传输到远端；在光纤的另一端，耦合有一硅光敏三极管，通过它先将光脉冲还原成串行数字信号的电脉冲，一方面通过锁相环提取时钟信号，另一方面通过再生的时钟信号作用将串行数字信号变换为多路并行数字信号，最后还原成原来的各路开关接触信号去控制受控对象动作。利用光纤作为信息传输媒介，因光纤具有抗强电磁干扰，电位隔离，信息容量大，传输损耗低的独特优点，不仅将原需多芯传输线减为只要单芯光缆，而且为各种电磁干扰较强，传输要求较高的工业控制现场的信号传输提供可靠手段，可广泛用于机器人操纵，电视摄象遥控，机床控制及各种需要传输多路开关接触信号的场合。利用时间分割，采用一种简单的独特的编码法，每一帧由16位码位和16位空号组成，通过对16位空号（同步码）的检出（它是唯一的）来实现同步，参见附图1。

本发明传输装置组成参见附图2，包括光发射机1，几米到几百米长的单芯光缆3和光接收机5三个部分。光发射机（参见附图3和附图7）是以16路开关接触信号复用为例，实际用了其中14路。第1路和第16路为同步需要设置为常开信号。这14路开关接触信号由各种开关、按键、继电器的机械触点产生，总共16路信号经过机／电变换电路6将开关分别接TTL高电平和低电平变换为TTL电平数字信号，通过16位并行数据母数7送到编码器8，它由两块74LS166集成电路组成（参见附图7）。另一方面，设置一4MHZ石英晶体振荡器9作为时钟信号基准，采用4MHZ的原因，是利用市场上廉价的在电脑中广泛使用的石英晶体。晶振9由74LS04组成（参见附图7），输出4MHZ方波信号加到计数器10上，它是由两块74LS93组成（参见附图7中74LS93①和 1/2 74LS93②A），只利用它们的后半部分实现8×8＝64分频，输出频率为62.5KHZ，周期T＝16μS的方波作为时钟信号。钟频选择在100KHZ以下，以便与后述的光探测器——硅光敏三极管4的脉冲上升时间相匹配。时钟信号一路加到编码器8的时钟输入端11上，另一路继续加到计数器12上，它由一块74LS93加上计数器10中第二块74LS93的前半部分组成（参见附图7中74LS93③和 1/2 74LS93②B），实现16×2＝32分频，输出1953125HZ方波，送到由74LS123（参见附图7）组成的双单稳多谐振荡器13的第一个单稳的下降沿触发输入端14上，调节单稳RC时间常数，使其正脉冲输出端15输出脉宽为75T＝120μS，重复时间为512μS的正矩形脉冲，再送到第二个单稳的下降沿触发输入端16上，也调节它的RC时间常数，使其负脉冲输出端输出的取样信号送到编码器8的取样脉冲输入端17上，取样负脉冲宽度为T＝16μS，重复时间仍为512μS。编码器8在16位并行数据7、时钟脉冲11和取样脉冲17共同作用下，输出线上形成波形A所示的串行脉冲序列（参见附图5），它的每个帧的间隔为512μS，其中前16位为数据码位，后16位为同步所需的空号位。线18上的串行数据送到光端机19，它由晶体三极管9013（参见附图7）和发光器件普通长寿命砷化镓发光二极管2（LED）组成，通过晶体管驱动在LED上进行光强度调制变成光脉冲信号送到单芯光缆3。从光缆3上来的光脉冲送到光端机（收）20～22（参见附图4和附图8），其中光／电变换电路20由晶体三极管9011（参见附图8中9011④）和硅光敏三极管4组成，硅光敏三极管4的脉冲上升时间小于3.5μS，经光／电变换后输出的波形有些失真，再经由晶体三极管9011（参见附图8中9011⑤）组成的放大限幅电路21，波形有所改善，又送到整形电路22，它由74LS00（参见附图8中 3/4 74LS00）的前三个与非门组成，输出标准TTL电平的串行脉冲序列，波形大致与发端编码器输出线18上的一样（参见附图5波形B所示）。整形电路22的输出分成两路，一路送到单稳多谐振荡器24，它由74LS221的第一个单稳组成（参见附图8中 1/2 74LS221（左）），经串行数据中第一位码位（恒为高电平）的上升沿触发，通过调节RC常数输出脉宽为16位数码宽度的方波（参见附图5波形C所示）单稳24输出加到锁相环路25的一个输入端26上，锁相环25由CD4046组成（参见附图8），它由两个相位检波器PDⅠ和PDⅡ以及压控振荡器（VCO）组成，这里使用PDⅡ，环路滤波器由外接阻容元件构成。再调节VCO外接的阻容元件，使其输出端27上的时钟信号频率为62.5KHZ（参见附图5波形D所示），由于CD4046为CMOS电路，所以VCO输出端27上输出的脉冲信号还需经电平变换才能提供给TTL电路，输出端27分成两路，一路到电平变换电路28，它由晶体三极管9011组成射极跟随器（参见附图8中9011①），输出送到解码器35的时钟输入端29上，VCO输出端27的另一路经过又一个电平变换电路30（同电平变换28一样也由9011组成，参见附图8中9011②）送到计数器31，它是由两块74LS93组成（参见附图8中74LS93①、②），分频系数32。计数器31输出经第三个电平变换电路32送到锁相环25的又一个输入端33（参见附图5波形E所示），电平变换电路32仅由一个1KΩ电阻组成（参见附图8中74LS93②12脚），它跨接在计数器31输出端和＋5V电源之间，这样计数器31输出即从TTL电平变换到CMOS电平，锁相环25的两个输入端上的信号在锁定后频率完全相等（1953.125HZ），相位差不随时间变化（趋于0），环路锁定与否由锁定指示电路34指明，它由晶体三极管9011和一红光LED组成（参见附图8中9011③）。整形电路22输出的另一路送到解码器35的串行输入端36上，解码器35由一对移位寄存器74LS164组成（参见附图8），共有16个并行输出端，第1位输出端37上的波形参见附图5波形F所示，第16位输出端38上的波形参见附图5波形G所示，这16位输出又一起并行送到锁存器42的16个并行输入端。解码器35的两个输出端37和38上的信号又送到同步码检出电路39，它与整形电路22使用同一块74LS00（参见附图8中 1/4 74LS00），同步码检出电路由该74LS00的最后一块与非门组成，其输出线40上的波形参见附图5波形H所示，是一脉宽为T＝16μS，重复时间为32T＝512μS的负脉冲，负脉冲的下降沿刚好表示附图5波形B中16位空号位的开始它的检出是唯一的。线40上的信号又送到单稳多谐振荡器41的下降沿触发输入端，它与单稳多谐振荡器24一起由同一块74LS221组成，单稳多谐振荡器41使用74LS221的第二个单稳（参见附图8中 1/2 74LS221（右）），调节RC时间常数，输出一脉宽为0.5T＝8μS，重复时间仍为512μS的正脉冲，作用时钟脉冲送到锁存器42的时钟输入端，锁存器42由一对D触发器74LS374组成（参见附图8），在时钟输入正脉冲出现时，将锁存器42的16个并行输入端上的数据在它的16个并行输出端上保持到下一个时钟脉冲来到时为止，锁存器42的16个并行输出端连到电／机变换电路43，附图4中只画出它的第2到第15位输出，它由14个晶体三极管组成，分别驱动继电器44（附图4和附图8中没有再画，三极管共射接法，集电极接继电器线圈），还原成与发端对应的各路开关接触信号，继电器44由14个干簧继电器或其他继电器组成，视受控装置情况决定，第1和第16位信号也可利用作为被控端常开的电源和指示灯所用。