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，光電二極管可以非常精確地線性工作;在光導模式下，光電二級的切換速度較高，但具有明顯的非線性，同時即使在無光條件下也會產生暗電流引入噪聲。光電二級管暗電流大小與溫度有關，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LED發光管驅動電路。各元件具體參數根據實際選擇調整。

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，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，在一定轉速下單片機與微機相互發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中上方為單片機發出的矩形脈沖序列波形，下方為通過雙通道光電耦合旋轉連接器后的信號波形。可以看出后者稍有延遲，很可能是器件的響應時間所致，但波形未變，由串口的通信協議可知，在無噪聲干擾時通信完全可持續進行。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，波形產生明顯失真。下方波形為經過放大整形穩幅后的波形，即通過雙通道光電耦合旋轉連接器后的信號波形，已經有很大的改善。對比結果表明：實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實現方法中的不足，設計了一種易于實現的雙通道光電耦合離軸旋轉連接裝置的方案，對其原理進行了分析并通過實驗對該設計方法的實際可行性進行了驗證。實驗結果表明，本方案能夠實現相對旋轉的機構之間的非接觸通信，同時結構簡單，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多路多通道數據傳輸，也可應用于一些總線通信中。