專利名稱：遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于自由空間激光傳輸控制開關(guān)通斷信號的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常見的遠(yuǎn)程開關(guān)的控制方式可分為有線傳輸控制信號和無線傳輸控制信號兩種。有線傳輸控制信號需借助金屬導(dǎo)線，其布線施工比較麻煩。而采用無線傳輸時(shí)，其控制信號易受到外界電磁信號的干擾，或是其承載控制信號的無線電波對周圍其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，其頻率資源和通信距離因此受到限制。而利用激光在大氣中傳輸相應(yīng)的控制信號，則可以有效避免上述有線或無線通信傳輸?shù)倪@些缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容針對上述情況，本實(shí)用新型將提供一種遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，具體講是一種基于自由空間激光傳輸控制開關(guān)通斷信號的系統(tǒng)，無需布放通信線路，也不占用無線頻帶資源，可用于實(shí)現(xiàn)對人員不易接觸或到達(dá)的高空、水域、高壓線、爆破區(qū)、有毒氣體等區(qū)域的遠(yuǎn)程電源開關(guān)、遠(yuǎn)程爆破開關(guān)、高壓電源的開關(guān)或其他危險(xiǎn)區(qū)域電源開關(guān)的控制。
本實(shí)用新型遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)中，包括有分別與供電單元連接的激光信號發(fā)送單元、激光信號接收單元和開關(guān)通斷控制單元，其中的激光信號發(fā)送單元中有控制開關(guān)和激光發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路；激光信號接收單元中分別設(shè)置有與開關(guān)通斷控制單元的通斷動(dòng)作相對應(yīng)的“開”信號通道和“關(guān)”信號通道，在該兩信號通道中各自的激光信號接收端至信號輸出端之間分別都設(shè)置有光電信號轉(zhuǎn)換單元和弱信號放大單元；在開關(guān)通斷控制單元中包括有信號鎖存單元和信號解鎖單元及由其控制的開關(guān)控制單元；供電單元向各工作單元提供將交流市電轉(zhuǎn)換為低壓直流工作電壓。其中激光發(fā)送單元中的電源可以是電池供電。
在激光信號發(fā)送單元中，來源于電池等供電單元的直流電加到激光發(fā)送管上，經(jīng)限流和控制開關(guān)，使激光發(fā)送管上有直流流過，激光發(fā)送管在適度電流的作用下產(chǎn)生激光信號，控制開關(guān)控制激光的有無，即完成了信號的發(fā)送過程。
上述所說的激光發(fā)送管可以是激光二極管或三極管，也可以是其他種類和不同發(fā)送頻率的激光發(fā)送器件，還可以是經(jīng)過編碼的激光發(fā)送信號。其發(fā)送電路則可以是與這些激光發(fā)送器件相適應(yīng)的電路。
在激光信號接收單元中，由激光信號發(fā)送單元發(fā)送的激光信號被相應(yīng)的光電管接收并轉(zhuǎn)換為電信號。光電接收管可以采用光電三極管或光電二等。激光信號被接收器件接收后，由光電轉(zhuǎn)換單元將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號，同時(shí)還要完成對背景噪聲的濾除。然后經(jīng)弱信號放大單元將所接收的信號放大到要求的輸出電平。
上述所說激光信號接收單元中的光電轉(zhuǎn)換單元可以采用與相關(guān)外圍電路相配合的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，也可以采用其它類型的光電轉(zhuǎn)換電路，或用雙電源代替。
激光信號接收單元中的弱信號放大單元，可以采用單級放大電路或是分離或集成形式的多級放大電路實(shí)現(xiàn)，還可以采用單電源放大器，或是與上述光電轉(zhuǎn)換單元中的運(yùn)算放大器結(jié)合，用一個(gè)高增益寬通帶的集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)等不同結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)。所說的放大器可以是單極性電源供電放大器或雙極性電源供電放大器。
激光信號接收單元所接收的對開關(guān)通斷控制單元的“開”、“關(guān)”信號接收后，分別經(jīng)各自的光電轉(zhuǎn)換和放大電路送至受這些“開”、“關(guān)”信號控制的開關(guān)控制單元。
所說的開關(guān)通斷控制單元中包括有信號鎖存單元、信號解鎖單元和相應(yīng)的開關(guān)控制單元。這些工作單元可以采用如在一個(gè)具體實(shí)施例所示的由光耦管、可控硅和相關(guān)電路組成的結(jié)構(gòu)形式，也可以采用由繼電器、接觸器、具有記憶功能的集成電路和驅(qū)動(dòng)電路組成的結(jié)構(gòu)形式。其中的開關(guān)控制單元可以采用可控硅、繼電器或接觸器等元件或器件。
上述所說的信號鎖存單元具有自鎖功能，可以記憶開關(guān)的“開”信號，使“開”信號消失后，控制開關(guān)繼續(xù)保持接通狀態(tài)。所說的信號解鎖單元具有釋放自鎖電路的功能，使開關(guān)由接通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)。所說的開關(guān)控制單元在“開”或“關(guān)”信號的作用下，控制可控硅、繼電器等元器件的通斷，完成對相應(yīng)開關(guān)工作狀態(tài)的控制。
作為向本實(shí)用新型上述遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)中各工作單元提供穩(wěn)定工作電壓的供電單元，可采用一般包括有降壓整流單元、穩(wěn)壓輸出正負(fù)電源單元。降壓電路可以是變壓器、電阻分壓器、電容分壓器或其他形式的分壓電路或器件。整流電路可是硅堆、二極管電路或其他形式的整流電路。所說的整流電路包括濾波電路，可以是電容、電感、電阻及其組合形式的電路。所說的穩(wěn)壓輸出正負(fù)電源單元可以是單片集成電路、三端穩(wěn)壓集成電路、輸出正電源的穩(wěn)壓集成電路、輸出負(fù)電源的穩(wěn)壓集成電路、離散電子元件組成的穩(wěn)壓電路等。如果采用單極性供電放大器，則電源可以是單極性電源。激光發(fā)送單元中的電源可以是電池供電。
本實(shí)用新型上述遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)的使用，無需布放通信線路，也不占用無線頻帶資源，不會(huì)受到無線信號的干擾，也不會(huì)對其他無線設(shè)備形成干擾。能夠滿意地實(shí)現(xiàn)對人員不易接觸或到達(dá)的高空、水域、高壓線、爆破區(qū)、有毒氣體等區(qū)域的電源、遠(yuǎn)程爆破、高壓電源，或其他危險(xiǎn)區(qū)域的電源開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而且上述傳輸系統(tǒng)中的收、發(fā)電路結(jié)構(gòu)單元對元器件無特殊要求，易于廣泛推廣使用。
以下結(jié)合由附圖所示實(shí)施例的具體實(shí)施方式
，對本實(shí)用新型的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但不應(yīng)將此理解為本實(shí)用新型上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。凡基于本實(shí)用新型上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本實(shí)用新型的范圍。


圖1是本實(shí)用新型遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)中激光信號發(fā)送單元的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是實(shí)現(xiàn)圖1框圖結(jié)構(gòu)的一種激光發(fā)送單元的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3是與圖1相對應(yīng)的激光信號接收單元和開關(guān)控制單元的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是一種圖3中激光信號接收單元的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖5是一種圖3中開關(guān)控制單元的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖6是一種供電單元的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)中，包括有分別與供電單元連接的激光信號發(fā)送單元、激光信號接收單元和開關(guān)通斷控制單元，其中的激光信號發(fā)送單元中有控制開關(guān)和激光發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路；激光信號接收單元中分別設(shè)置有與開關(guān)通斷控制單元的通斷動(dòng)作相對應(yīng)的“開”信號通道和“關(guān)”信號通道，在該兩信號通道中各自的激光信號接收端至信號輸出端之間分別都設(shè)置有光電信號轉(zhuǎn)換單元和弱信號放大單元；在開關(guān)通斷控制單元中包括有信號鎖存單元和信號解鎖單元及由其控制的開關(guān)控制單元；供電單元向各工作單元提供低壓直流工作電壓，激光信號發(fā)送單元的供電可采用電池供電。
圖1和圖2是上述遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)中激光信號發(fā)送單元的結(jié)構(gòu)，包括與電源供電電路連接的開關(guān)控制電路和激光發(fā)送電路。圖2是其一種具體的電路結(jié)構(gòu)。在電源的正極與地之間接有激光發(fā)送管D0控制開關(guān)SW0、限流電阻R0。其中的R0用于限流，防止過大電流燒壞D0。SW0控制開關(guān)通斷，使D0上有電流或無電流通過，有電流通過時(shí)D0發(fā)送激光，無電流通過時(shí)D0無激光輸出。當(dāng)電源電壓或輸出功率較低時(shí)，R0也可省去，只要不會(huì)有過大電流導(dǎo)致D0損壞即可不用R0。SW0可以是各種形式的控制開關(guān)，或耦合控制開關(guān)器件。為不損壞激光器或?qū)θ松順?gòu)成危害，最大發(fā)射功率應(yīng)小于1mW。
圖3是與上述激光信號發(fā)送單元相對應(yīng)的激光信號接收單元和開關(guān)控制單元的結(jié)構(gòu)。圖4和圖5分別是其中的激光信號接收單元和開關(guān)控制單元的電路結(jié)構(gòu)圖，用于接收來自激光信號發(fā)送單元的激光控制信號，并通過光電轉(zhuǎn)換電路將其變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)放大把接收到的微弱電信號放大到下級開關(guān)控制單元中相應(yīng)電路所需要的電平值。
在激光信號接收單元中包括兩個(gè)完全相同的接收信號通道單元，其中上方的一個(gè)接收電路為遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)的“開”信號接收電路，當(dāng)收到激光信號后，用于將開關(guān)控制電路的開關(guān)接通。下方的一個(gè)接收電路為遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)的“關(guān)”信號接收電路，當(dāng)收到激光信號后，用于將開關(guān)控制電路的開關(guān)回路斷開。
兩信號通道中的光電轉(zhuǎn)換電路單元用于將來自空間傳輸?shù)募す庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號，同時(shí)完成對背景噪聲的濾除。其中，D11、RP11、R10為“開”接收單元的光電轉(zhuǎn)換電路，D21、RP21、R20為“關(guān)”接收單元的光電轉(zhuǎn)換電路。光電轉(zhuǎn)換電路單元中的光電管D11、D21可以采用3DU912A、3DU912B、3DU11-33、3DU51-52，也可以采用光電二極管2CU1X、2CU2X、2CU5X、2AU1X、2DU1-3X，將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號。其中的RP11和R10、RP21和R20分別用于獲取經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的控制電信號。該信號在分別由C11和C21提取的同時(shí)，此兩電容還具有背景噪聲隔離、直流工作點(diǎn)隔離的作用。
其后的弱信號放大電路單元可將接收到的弱信號放大到判決電路所需的輸入電平，圖中采用的是由兩級放大器構(gòu)成。在“開”信號接收通道中，電容C11、電阻R11、R12、R14、LM324運(yùn)算放大器(U1A)構(gòu)成“開”接收單元第一級放大電路；電容C12、電阻R13、R15、R16、LM324運(yùn)算放大器(U1B)構(gòu)成第二級放大電路。兩級總放大量可達(dá)到4000倍。R14、R15為運(yùn)算放大器輸入端差分電路的平衡電阻；調(diào)整用于控制放大器放大量的電阻R11、R12和R13、R16的阻值可以改變放大器單元的放大倍數(shù)。同理，在“關(guān)”信號接收通道中，電容C21、電阻R21、R22、R24、LM324運(yùn)算放大器(U1C)構(gòu)成“關(guān)”接收單元第一級放大電路；電容C22、電阻R23、R25、R26、LM324運(yùn)算放大器(U1D)構(gòu)成第二級放大電路。兩級總放大量可達(dá)到4000倍。R24、R25為運(yùn)算放大器輸入端差分電路的平衡電阻；調(diào)整用于控制放大器放大量的電阻R21、R22和R23、R26的阻值可以改變放大器單元的放大倍數(shù)。
上述電路單元中的各運(yùn)算放大器U1A～U1D，除可采用如圖4中所示的集成雙電源四運(yùn)算放大器LM324外，可以用其它的集成四運(yùn)算放大器替換，如可以是常用的5G14573、CC14573、MC14573、CC7641、F7641、RC4156、F4156、LF347、F347，也可用4個(gè)單運(yùn)算放大器或2個(gè)雙運(yùn)算放大器代替，還可用單電源運(yùn)算放大器代替，或AD公司、MAXIM公司的運(yùn)算放大器等元器件替代。
圖5所示的是圖3中開關(guān)控制單元電路中的信號鎖存電路、信號解鎖存電路及由其控制的開關(guān)控制電路的一種結(jié)構(gòu)形式。圖中的D12、D22為隔離電路，防止控制信號電流到流入放大級。U2、U3、U4組成了信號鎖存電路，其工作原理是當(dāng)控制“開”接收電路收到激光信號后，D12輸出高電平，電流經(jīng)U2初級U3初級R31形成回路，U3次級導(dǎo)通為Q31控制極提供偏壓，Q31導(dǎo)通，完成遠(yuǎn)程開關(guān)的“開”功能。在未收到“關(guān)”信號時(shí)，Q21處于截止?fàn)顟B(tài)，U4導(dǎo)通。因此U2導(dǎo)通后次級導(dǎo)通，電流經(jīng)U4次級、U2次級、U2初級、U3初級形成自鎖電路，當(dāng)D12輸出高信號消失后，仍能使U3導(dǎo)通，從而保持Q31導(dǎo)通。
由Q21、R27、U4、R32組成了信號解鎖存電路，其實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)電路“關(guān)”功能的工作原理是當(dāng)上述接收系統(tǒng)中的“關(guān)”信號通道接收電路收到“關(guān)”的信號后，D22輸出高電平，Q21導(dǎo)通，U4初級截止，次級斷開，U2、U3截止，Q31無控制極偏置，Q31截止，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)的關(guān)斷功能。
上述電路中的光耦管、晶體管、可控硅、可用繼電器、接觸器或有記憶功能的器件代替。
圖6是一種用于向上述各工作單元提供穩(wěn)定的低壓直流電源的供電單元的結(jié)構(gòu)。其中D01、D02、D03、D04為橋式整流電路，C01、C02、C03、C04為濾波電容，并提供正負(fù)對稱電源的虛地。U01、U02為三端穩(wěn)壓電路，U01提供正電壓輸出，U02輸出負(fù)電壓輸出。U01、U02可以是完成穩(wěn)壓功能的各種三端穩(wěn)壓集成電路或分離元件組成的穩(wěn)壓電路，還可以是開關(guān)穩(wěn)壓電路。
權(quán)利要求1.遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，其特征是包括有分別與供電單元連接的激光信號發(fā)送單元、激光信號接收單元和開關(guān)通斷控制單元，其中的激光信號發(fā)送單元中有控制開關(guān)和激光發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路；激光信號接收單元中分別設(shè)置有與開關(guān)通斷控制單元的通斷動(dòng)作相對應(yīng)的“開”信號通道和“關(guān)”信號通道，在該兩信號通道中各自的激光信號接收端至信號輸出端之間分別都設(shè)置有光電信號轉(zhuǎn)換單元和弱信號放大單元；在開關(guān)通斷控制單元中包括有信號鎖存單元和信號解鎖單元及由其控制的開關(guān)控制單元；供電單元向各工作單元提供低壓直流工作電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，其特征是所說的激光信號發(fā)送單元中的激光發(fā)送管D0與發(fā)送控制開關(guān)SW0及限流電阻R0相聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，其特征是所說的激光信號接收單元中的弱信號放大單元為單級或多級放大電路，其中的放大器可以是單極性電源供電放大器或雙極性電源供電放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，其特征是所說的開關(guān)通斷控制單元的信號鎖存單元、信號解鎖單元及由其控制的開關(guān)控制單元為包括隔離二極管和由光耦管串接形式的電路結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，其特征是所說的開關(guān)通斷控制單元的信號鎖存單元、信號解鎖單元及由其控制的開關(guān)控制單元為包括由繼電器和有記憶功能的集成電路的組成形式。
6.如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，其特征是所說的開關(guān)通斷控制單元中的開關(guān)控制單元可以是可控硅或繼電器、接觸器。
7.如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，其特征是所說的供電單元中包括有降壓整流結(jié)構(gòu)、穩(wěn)壓輸出正負(fù)電源結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，其特征是在所說穩(wěn)壓輸出正負(fù)電源單元可以是分離元件的電路，或由集成穩(wěn)壓器件構(gòu)成的電路，或是其組合形式。
專利摘要遠(yuǎn)程無線光控開關(guān)系統(tǒng)，包括有分別與供電單元連接的激光信號發(fā)送單元、激光信號接收單元和開關(guān)通斷控制單元。發(fā)送單元中有控制開關(guān)和激光發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路；接收單元中分別設(shè)置有與開關(guān)通斷控制單元的通斷動(dòng)作相對應(yīng)的“開”信號通道和“關(guān)”信號通道，其兩信號通道中各自的激光信號接收端至信號輸出端之間分別都設(shè)置有光電信號轉(zhuǎn)換單元和弱信號放大單元；在開關(guān)通斷控制單元中包括有信號鎖存單元和信號解鎖單元及由其控制的開關(guān)控制單元。該系統(tǒng)無需布放通信線路，也不占用無線頻帶資源，可實(shí)現(xiàn)對人員不易接觸或到達(dá)的高空、水域、高壓線、爆破區(qū)、有毒氣體等區(qū)域的電源、遠(yuǎn)程爆破、高壓電源，或其他危險(xiǎn)區(qū)域的電源開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
文檔編號H03K17/94GK2919693SQ20062003502
公開日2007年7月4日 申請日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月24日
發(fā)明者陳金鷹 申請人:陳金鷹