оптическая система связи

Формула изобретения

Оптическая система связи, состоящая из передающей части, включающей последовательно соединенные импульсный усилитель тока и излучатель света, и приемной части, включающей индикатор приема сигнала и последовательно соединенные фотоприемник и импульсный усилитель напряжения, отличающаяся тем, что передающая часть дополнительно содержит микроконтроллер, импульсный усилитель напряжения, фотоприемник и индикатор приема сигнала, причем первый выход микроконтроллера последовательно соединен с импульсным усилителем тока и излучателем света, первый вход - с импульсным усилителем напряжения и фотоприемником, а второй выход - с индикатором приема сигнала, при этом второй вход и третий выход микроконтроллера являются соответствующими входом и выходом информационной связи с одним из внешних устройств, а приемная часть дополнительно содержит микроконтроллер, импульсный усилитель тока и излучатель света, причем первый выход микроконтроллера последовательно соединен с импульсным усилителем тока и излучателем света, первый вход - с импульсным усилителем напряжения и фотоприемником, а второй выход - с индикатором приема сигнала, при этом второй вход и третий выход микроконтроллера являются соответствующими входом и выходом информационной связи с другим внешним устройством, причем микроконтроллер передающей части выполняет функцию преобразователя единичных бит информации со своего второго входа в короткие одиночные импульсы для первого выхода и функцию преобразователя коротких одиночных импульсов со своего первого входа в единичные биты информации для третьего выхода, а микроконтроллер приемной части выполняет функцию преобразователя коротких одиночных импульсов со своего первого входа в единичные биты информации для третьего выхода и функцию преобразователя единичных бит информации со своего второго входа в короткие одиночные импульсы для первого выхода, при этом микроконтроллеры передающей и приемной частей выполняют функции блоков, обеспечивающих двустороннюю информационную связь между внешними устройствами в полудуплексном режиме как в неподвижном состоянии обеих частей оптической системы относительно друг друга, так и при их взаимном перемещении в любом направлении по ходу оптических лучей от излучателей света.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для беспроводного обмена информацией, например, между двумя ЭВМ, находящимся в подвижном состоянии относительно друг друга.

Известны устройства оптической системы связи (см. патенты Германии N 3930067, 3930069, МКИ H 04 B 10/00, 1991 г. и патент Японии N 4-59815, МКИ H 04 B 10/04, 10/24, 1992 г.). Данные устройства содержат электрооптический преобразователь на передающей стороне и оптоэлектронный преобразователь в приемнике. В передатчике вырабатывается несущая частота, модулируемая передаваемой информацией, а в приемнике из несущей частоты выделяется информационный сигнал. Наличие сложных модуляторов, фазовых детекторов, устройств управления, а также фактор 100% нагрузки на излучатель света из-за постоянного присутствия на нем передаваемой несущей частоты усложняет схему и снижает надежность ее работы.

Известно также устройство двунаправленной оптической связи (GB патент 2278971 A, Fujitsu Limited, H 04 B 10/24 от 07.06.93). Данное устройство оптической связи содержит на концах одного или нескольких оптических световодов оптические передатчики, оптические приемники и оптические переключатели с контроллерами управления этими переключателями для коммутации выбранного направления потока информации через световоды. Наличие оптических световодов и оптических переключателей (с подвижными оптическими призмами) делает устройство связи громоздким, сложным и дорогостоящим. Кроме того, такое устройство связи не может осуществлять двустороннюю связь между абонентами, находящимся в подвижном состоянии относительно друг друга.

Известна также оптическая система связи (см. патент России RU N 2121229, МКИ 6 H 04 В 10/00, 1996 г.), принятая автором за прототип. Эта система состоит из передающей части с управляемым входной информацией генератором опорной частоты, комбинированным счетчиком, усилителем и излучателем света, и из приемной части с фотоприемником, усилителем, одновибратором, на выходе которого восстанавливается исходный информационный сигнал, и с индикатором приема сигнала. Система позволяет осуществлять одностороннюю связь, например, между двумя ЭВМ. При организации двусторонней связи между двумя ЭВМ в систему необходимо вводить дополнительные схемотехнические решения по блокированию помехи, возникающей в результате воздействия на фотоприемники отраженного от окружающих предметов света своих же излучателей. Данное обстоятельство приводит либо к ограничению области применения подобной системы связи, либо к усложнению схемы и снижению надежности ее работы.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение надежности работы оптической системы связи и расширение области ее применения. Данный технический результат достигается тем, что в оптической системе связи, состоящей из передающей части, включающей последовательно соединенные импульсный усилитель тока и излучатель света, и приемной части, включающей индикатор приема сигнала и последовательно соединенные фотоприемник и импульсный усилитель напряжения, передающая часть дополнительно содержит микроконтроллер, импульсный усилитель напряжения, фотоприемник и индикатор приема сигнала, причем первый выход микроконтроллера последовательно соединен с импульсным усилителем тока и излучателем света, первый вход - с импульсным усилителем напряжения и фотоприемником, а второй выход - с индикатором приема сигнала, при этом второй вход и третий выход микроконтроллера являются соответствующими входом и выходом информационной связи с одним из внешних устройств, а приемная часть дополнительно содержит микроконтроллер, импульсный усилитель тока и излучатель света, причем первый выход микроконтроллера последовательно соединен с импульсным усилителем тока и излучателем света, первый вход - с импульсным усилителем напряжения и фотоприемником, а второй выход - с индикатором приема сигнала, при этом второй вход и третий выход микроконтроллера являются соответствующими входом и выходом информационной связи с другим внешним устройством, причем микроконтроллер передающей части выполняет функцию преобразователя единичных бит информации со своего второго входа в короткие одиночные импульсы для первого выхода и функцию преобразователя коротких одиночных импульсов со своего первого входа в единичные биты информации для третьего выхода, а микроконтроллер приемной части выполняет функцию преобразователя коротких одиночных импульсов со своего первого входа в единичные биты информации для третьего выхода и функцию преобразователя единичных бит информации со своего второго входа в короткие одиночные импульсы для первого выхода, при этом микроконтроллеры передающей и приемной частей выполняют функции блоков, обеспечивающих двустороннюю информационную связь между внешними устройствами в полудуплексном режиме как в неподвижном состоянии обеих частей оптической системы относительно друг друга, так и при их взаимном перемещении в любом направлении по ходу оптических лучей от излучателей света.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается тем, что в оптической системе связи, состоящей из передающей части, включающей последовательно соединенные импульсный усилитель тока и излучатель света, и приемной части, включающей индикатор приема сигнала и последовательно соединенные фотоприемник и импульсный усилитель напряжения, передающая часть дополнительно содержит микроконтроллер, импульсный усилитель напряжения, фотоприемник и индикатор приема сигнала, причем первый выход микроконтроллера последовательно соединен с импульсным усилителем тока и излучателем света, первый вход - с импульсным усилителем напряжения и фотоприемником, а второй выход - с индикатором приема сигнала, при этом второй вход и третий выход микроконтроллера являются соответствующими входом и выходом информационной связи с одним из внешних устройств, а приемная часть дополнительно содержит микроконтроллер, импульсный усилитель тока и излучатель света, причем первый выход микроконтроллера последовательно соединен с импульсным усилителем тока и излучателем света, первый вход - с импульсным усилителем напряжения и фотоприемником, а второй выход - с индикатором приема сигнала, при этом второй вход и третий выход микроконтроллера являются соответствующими входом и выходом информационной связи с другим внешним устройством, причем микроконтроллер передающей части выполняет функцию преобразователя единичных бит информации со своего второго входа в короткие одиночные импульсы для первого выхода и функцию преобразователя коротких одиночных импульсов со своего первого входа в единичные биты информации для третьего выхода, а микроконтроллер приемной части выполняет функцию преобразователя коротких одиночных импульсов со своего первого входа в единичные биты информации для третьего выхода и функцию преобразователя единичных бит информации со своего второго входа в короткие одиночные импульсы для первого выхода, при этом микроконтроллеры передающей и приемной частей выполняют функции блоков, обеспечивающих двустороннюю информационную связь между внешними устройствами в полудуплексном режиме как в неподвижном состоянии обеих частей оптической системы относительно друг друга, так и при их взаимном перемещении в любом направлении по ходу оптических лучей от излучателей света.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них данной совокупности признаков. И лишь вышеуказанная совокупность признаков позволяет достигнуть необходимый технический результат - повышение надежности работы системы связи и расширение области ее применения. Благодаря приведенному здесь техническому решению оптической системы связи, в ней полностью исключено мешающее влияние отраженного света излучателей на двустороннюю связь между внешними устройствами в полудуплексном режиме как в неподвижном состоянии обеих частей системы относительно друг друга, так и при их взаимном перемещении в любом направлении по ходу оптических лучей от излучателей света, а также созданы условия для увеличения мощности коротких одиночных импульсов света, дающих возможность увеличить дальность оптического взаимодействия частей системы связи с одновременным повышением надежности ее работы, что позволяет расширить и область применения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптической системы связи, для примера, выполненная в виде двух частей, из которых, по крайней мере, одна может быть подвижной; на фиг. 2 - диаграммы сигналов, поясняющие ее работу.

Первая часть содержит микроконтроллер 1, импульсный усилитель 2 тока и излучатель 3 света, последовательно соединенные с первым выходом микроконтроллера 1, фотоприемник 4 и импульсный усилитель 5 напряжения, последовательно соединенные с первым входом микроконтроллера 1, и индикатор 6 приема сигнала, подключенный ко второму выходу микроконтроллера 1. Вторая часть аналогично первой содержит микроконтроллер 7, фотоприемник 8 и импульсный усилитель 9 напряжения, последовательно соединенные с первым входом микроконтроллера 7, импульсный усилитель 10 тока и излучатель 11 света, последовательно соединенные с первым выходом микроконтроллера 7, и индикатор 12 приема сигнала, подключенный ко второму выходу микроконтроллера 7.

В программном обеспечении микроконтроллеров 1 и 7 содержатся драйверы, поддерживающие двустороннюю информационную связь в полудуплексном режиме между двумя частями оптической системы связи на одной из стандартных скоростей асинхронного режима обмена информацией по последовательному каналу. Причем в каждой части системы связи с первых выходов микроконтроллеров 1 (7) через импульсные усилители 2 (10) к излучателям 3 (11) света поступают короткие одиночные импульсы, благодаря чему и создаются условия для увеличения мощности импульсов света, а значит, и дальности связи.

Оптическая система связи работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда на вторых входах микроконтроллеров 1 и 7 сигнал информации отсутствует, на первых выходах обоих микроконтроллеров вырабатываются логические уровни, соответствующие пассивному состоянию выходов (при этом излучатели 3 и 11 не генерируют импульсов света) и микроконтроллеры 1 и 7 выполняют фоновую задачу по обнаружению коротких одиночных импульсов на своих первых входах. Блок информации с внешних устройств начинается со стартового бита. Так, если стартовый бит T_бит1 (см. фиг. 2(1)) с ЭВМ1 поступает на второй вход микроконтроллера 1, то по переднему фронту этого бита микроконтроллер 1 прерывает свою фоновую задачу и после задержки Т_чт= 0,5Т_бит1 (см. фиг. 2 (2)) производит дополнительное чтение логического состояния на этом входе. При подтверждении уровня стартового бита микроконтроллер 1 генерирует на своем первом выходе короткий одиночный импульс Т_имп1 (см. фиг. 2 (2)). Длительность импульса выбирается из условий допустимой мощности излучателей 3(11) света в импульсном режиме. Этот импульс передается через импульсный усилитель 2 тока на излучатель 3 света первой части системы, воспринимается фотоприемником 8 другой части, усиливается импульсным усилителем 9 напряжения и передается на первый вход микроконтроллера 7 (см. фиг. 2 (3)). Поскольку данная оптическая система поддерживает полудуплексную связь между двумя ЭВМ, то микроконтроллер 7 на этот момент времени выполняет фоновую задачу по обнаружению коротких одиночных импульсов на своем первом входе и, обнаружив таковой, через время Т_ож, удовлетворяющее условию 0,5Т_бит1<Т<Т (см. фиг. 2 (4)), на своем третьем выходе формирует в соответствии с выбранной скоростью обмена информацией бит длительностью Т_бит6 (см. фиг. 2 (4)), который будет стартовым битом на выходе второй части системы связи с ЭВМ2. Одновременно микроконтроллер 7 через свой второй выход включает индикатор 12 приема информации.

Если логический уровень очередного бита Т_бит2 (см. фиг. 2(1)) на втором входе микроконтроллера 1 после стартового бита не меняется, то микроконтроллер 1 через время Т_бит4=Т_бит1 (см. фиг. 2(2)) считывает со своего второго входа тот же логический уровень, что был и для стартового бита, и генерирует на первом выходе короткий одиночный импульс Т_имп2=Т_имп1. Микроконтроллер 7 второй части системы по окончании формирования на третьем выходе стартового бита Т_бит6 проверяет по состоянию своих внутренних флагов события на первом входе в течение времени Т_бит2. Поскольку в этот отрезок времени от фотоприемника 8 на первый вход микроконтроллера 7 передавался импульс Т_имп2, то микроконтроллер 7 на своем третьем выходе формирует второй бит Т_бит7=Е_бит6 с логическим уровнем, аналогичным стартовому биту (см. фиг. 2(4)). При этом микроконтроллер 7 через второй выход поддерживает включенное состояние индикатора 12.

Если логический уровень очередного бита Т_бит3 на втором входе микроконтроллера 1 после стартового (или аналогичного ему) меняется на противоположный, то микроконтроллер 1 через время Т_бит5=Т_бит4 считывает со своего второго входа инверсный уровень бита Т_бит3 и уже не генерирует на своем первом выходе короткого одиночного импульса, а уходит на обработку фоновой задачи. На этот момент времени микроконтроллер 7 формирует бит Т_бит7 и по окончании времени его формирования проверяет внутренние флаги, информирующие о том, что в течение времени, приходящегося на Т_бит3, не было короткого одиночного импульса, а после завершения _бит7 микроконтроллер 7 инвертирует сигнал на своем третьем выходе, давая начало инверсному биту Т_бит8 на выходе информационной связи с ЭВМ2. Одновременно микроконтроллер 7 через свой второй выход выключает индикатор 12.

При появлении на втором выходе микроконтроллера 1 очередного бита информации, подобного стартовому биту, микроконтроллер 1 прерывает фоновую задачу и далее все повторяется, как изложено выше для стартового бита.

В случае обратного направления потока информации от второй части системы к первой, то есть от ЭВМ2 к ЭВМ1, функции микроконтроллеров 1 и 7 взаимно меняются, а принцип работы частей оптической системы связи остается аналогичным вышеизложенному.

Следует отметить, что, на основании вышеизложенного описания принципа работы устройства при обмене информацией между двумя ЭВМ микроконтроллеры 1 и 7 пропускают биты информации через свои внутренние функциональные схемы, производя преобразования формы бит с целью улучшения характеристик системы.

Таким образом, благодаря приведенному здесь техническому решению оптической системы связи в ней полностью исключено мешающее влияние отраженного света излучателей на двустороннюю связь между внешними устройствами в полудуплексном режиме как в неподвижном состоянии обеих частей системы относительно друг друга, так и при их взаимном перемещении в любом направлении по ходу оптических лучей от излучателей света, а также созданы условия для увеличения мощности коротких одиночных импульсов света, дающих возможность увеличить дальность оптического взаимодействия частей системы связи с одновременным повышением надежности ее работы, что позволяет расширить и область применения.