CC BY
5И.В. Щербань
доктор технических наук, профессор
Д.А. Знаменский
Южный Федеральный Университет (ЮФУ)
РЕАЛИЗАЦИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫМИ СРЕДСТВАМИ NATIONAL INSTRUMENTS
АННОТАЦИЯ. Разработан и реализован волоконно-оптический канала передачи данных для информационно-измерительной системы. Схемотехническая реализация основана на аппаратных и программных средствах компании National Instruments.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: волоконно-оптический канал, передача данных, информационно-измерительная система, аппаратная реализация, средства National Instruments.
Введение
Для произвольной информационно-измерительной системы (ИИС) разработан выделенный дискретный оптический канал передачи данных. Отличительной особенностью канала является использование простых, имеющихся в свободной продаже неспециализированных оптоэлектронных преобразователей, работающих в инфракрасном диапазоне с длиной волны 930 нм.
Выбор указанного окна прозрачности объясняется робастностью сигнала к засветкам и упрощением, соответственно, конструктивного исполнения преобразователей.
С целью обеспечения требуемой функциональности оптического канала передачи данных при низкой себестоимости комплектующих, а также вследствие того, что в составе подавляющего большинства ИИС используются средства аналого-цифрового преобразования, для схемотехнической реализации взяты аппаратные средства National Instruments (NI) [1, 2]. Программное обеспечение (ПО) канала передачи, соответственно, выполнено средствами LabVIEW [3].
Схемотехническая реализация канала передачи данных
Структурная схема приема и передачи сигнала по оптической линии связи представлена на рис. 1.
В качестве генератора можно использовать любой таймер, счетчик, либо передатчик двоичной последовательности. Преобразованные электрические импульсы в световые подаются в ВОЛС и на приемном конце обратно преобразуются в электрические. В качестве модуля вывода используется аппаратные средства National Instruments.
Интеграция с аппаратурой NI упростила задачу синтеза функциональных блоков шифра-ции-дешифрации, модуляции, приема и передачи данных, а также аппаратную совместимость схем реализованного оптического канала.
Аппаратная схема оптоэлектронного преобразователя представлена на рис. 2.
Частотный генератор (таймер) NE555D с помощью резисторов настроен на частоту 36 КГц. При закрытом транзисторе на выход LED1 (инфракрасный светодиод) сигнал не подается. При открывании транзистора на вход RESET пода-
МЕАП ОБ СОММИШСЛАОМ Е((и ШМЕОТ. Ъй. 2 (142). 2018
КАНАЛ СВЯЗИ (КС)
Рис.1 Общий вид канала передачи
Рис.2 Принципиальная схема передатчика
ется сигнал Шх + и частотный генератор с выхода Q передает сигнал на светодиод.
В качестве приемника инфракрасного излучения используется микросхема TSOP31236, работающая на той же частоте 36 КГц. Импульс на приеме формируется по изменению сигнала на приемном фотодиоде.
При передаче используется метод расширения спектра [2] и, соответственно один передаваемый импульс задается последовательностью импульсов. В используемой микросхеме
1_
О, * ,
* к
■■ "О"
Рис.3. Модуляция сигнала
эта последовательность может состоять из 15^50 импульсов (рис. 3).
Параметры генератора выбраны следующим образом. Для задания логической единицы используется 30 импульсов с частотой следования 1,2 КГц, а для логического «0» — 15 импульсов с частотой 2,4 КГц. Скорость передачи данных при этом составляет 1,2 Кбит/с, что является приемлемым для многих промышленных ИИС [1, 4].
Известно, что затухание сигнала в инфракрасном спектре достаточно высокое и это ограничивает длину оптического канала передачи. В то же время, дальность передачи в разработанном канале без восстановления сигнала сравнима с дальностью современных проводных электрических каналов на базе интерфейсов RS-485, которая, как известно, не превышает 1,2 км.
Заключение
Разработанный дискретный оптический канал передачи данных прост в реализации, построен на основе современной цифровой электронной базы и может быть использован в составе промышленных ИИС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бутырин П.А., Васьковская Т.А., Каратаева В.В., Материкин С.В. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW. М.: ДМК-Пресс, 2005. 264 с.
2. Денисенко В.В. Компьютерное управление тех-
нологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М.: Горячая линия — Телеком, 2009. 608 с.
3. Интернет-ресурсы National Instruments http:// russia.ni.com/
4. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. М.: Мир, 1998. 191 с.
