专利名称：远程无线光控开关系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于自由空间激光传输控制开关通断信号的系统。
背景技术：
常见的远程开关的控制方式可分为有线传输控制信号和无线传输控制信号两种。有线传输控制信号需借助金属导线，其布线施工比较麻烦。而采用无线传输时，其控制信号易受到外界电磁信号的干扰，或是其承载控制信号的无线电波对周围其它设备产生干扰，其频率资源和通信距离因此受到限制。而利用激光在大气中传输相应的控制信号，则可以有效避免上述有线或无线通信传输的这些缺点。
实用新型内容针对上述情况，本实用新型将提供一种远程无线光控开关系统，具体讲是一种基于自由空间激光传输控制开关通断信号的系统，无需布放通信线路，也不占用无线频带资源，可用于实现对人员不易接触或到达的高空、水域、高压线、爆破区、有毒气体等区域的远程电源开关、远程爆破开关、高压电源的开关或其他危险区域电源开关的控制。
本实用新型远程无线光控开关系统中，包括有分别与供电单元连接的激光信号发送单元、激光信号接收单元和开关通断控制单元，其中的激光信号发送单元中有控制开关和激光发送驱动电路；激光信号接收单元中分别设置有与开关通断控制单元的通断动作相对应的“开”信号通道和“关”信号通道，在该两信号通道中各自的激光信号接收端至信号输出端之间分别都设置有光电信号转换单元和弱信号放大单元；在开关通断控制单元中包括有信号锁存单元和信号解锁单元及由其控制的开关控制单元；供电单元向各工作单元提供将交流市电转换为低压直流工作电压。其中激光发送单元中的电源可以是电池供电。
在激光信号发送单元中，来源于电池等供电单元的直流电加到激光发送管上，经限流和控制开关，使激光发送管上有直流流过，激光发送管在适度电流的作用下产生激光信号，控制开关控制激光的有无，即完成了信号的发送过程。
上述所说的激光发送管可以是激光二极管或三极管，也可以是其他种类和不同发送频率的激光发送器件，还可以是经过编码的激光发送信号。其发送电路则可以是与这些激光发送器件相适应的电路。
在激光信号接收单元中，由激光信号发送单元发送的激光信号被相应的光电管接收并转换为电信号。光电接收管可以采用光电三极管或光电二等。激光信号被接收器件接收后，由光电转换单元将接收到的激光信号转换为电信号，同时还要完成对背景噪声的滤除。然后经弱信号放大单元将所接收的信号放大到要求的输出电平。
上述所说激光信号接收单元中的光电转换单元可以采用与相关外围电路相配合的运算放大器实现，也可以采用其它类型的光电转换电路，或用双电源代替。
激光信号接收单元中的弱信号放大单元，可以采用单级放大电路或是分离或集成形式的多级放大电路实现，还可以采用单电源放大器，或是与上述光电转换单元中的运算放大器结合，用一个高增益宽通带的集成运算放大器实现等不同结构形式来实现。所说的放大器可以是单极性电源供电放大器或双极性电源供电放大器。
激光信号接收单元所接收的对开关通断控制单元的“开”、“关”信号接收后，分别经各自的光电转换和放大电路送至受这些“开”、“关”信号控制的开关控制单元。
所说的开关通断控制单元中包括有信号锁存单元、信号解锁单元和相应的开关控制单元。这些工作单元可以采用如在一个具体实施例所示的由光耦管、可控硅和相关电路组成的结构形式，也可以采用由继电器、接触器、具有记忆功能的集成电路和驱动电路组成的结构形式。其中的开关控制单元可以采用可控硅、继电器或接触器等元件或器件。
上述所说的信号锁存单元具有自锁功能，可以记忆开关的“开”信号，使“开”信号消失后，控制开关继续保持接通状态。所说的信号解锁单元具有释放自锁电路的功能，使开关由接通状态转为关断状态。所说的开关控制单元在“开”或“关”信号的作用下，控制可控硅、继电器等元器件的通断，完成对相应开关工作状态的控制。
作为向本实用新型上述远程无线光控开关系统中各工作单元提供稳定工作电压的供电单元，可采用一般包括有降压整流单元、稳压输出正负电源单元。降压电路可以是变压器、电阻分压器、电容分压器或其他形式的分压电路或器件。整流电路可是硅堆、二极管电路或其他形式的整流电路。所说的整流电路包括滤波电路，可以是电容、电感、电阻及其组合形式的电路。所说的稳压输出正负电源单元可以是单片集成电路、三端稳压集成电路、输出正电源的稳压集成电路、输出负电源的稳压集成电路、离散电子元件组成的稳压电路等。如果采用单极性供电放大器，则电源可以是单极性电源。激光发送单元中的电源可以是电池供电。
本实用新型上述远程无线光控开关系统的使用，无需布放通信线路，也不占用无线频带资源，不会受到无线信号的干扰，也不会对其他无线设备形成干扰。能够满意地实现对人员不易接触或到达的高空、水域、高压线、爆破区、有毒气体等区域的电源、远程爆破、高压电源，或其他危险区域的电源开关进行远程控制。而且上述传输系统中的收、发电路结构单元对元器件无特殊要求，易于广泛推广使用。
以下结合由附图所示实施例的具体实施方式
，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。
图1是本实用新型远程无线光控开关系统中激光信号发送单元的结构框图。
图2是实现图1框图结构的一种激光发送单元的电路结构图。
图3是与图1相对应的激光信号接收单元和开关控制单元的结构框图。
图4是一种图3中激光信号接收单元的电路结构图。
图5是一种图3中开关控制单元的电路结构图。
图6是一种供电单元的电路结构图。
具体实施方式
本实用新型的远程无线光控开关系统的基本结构中，包括有分别与供电单元连接的激光信号发送单元、激光信号接收单元和开关通断控制单元，其中的激光信号发送单元中有控制开关和激光发送驱动电路；激光信号接收单元中分别设置有与开关通断控制单元的通断动作相对应的“开”信号通道和“关”信号通道，在该两信号通道中各自的激光信号接收端至信号输出端之间分别都设置有光电信号转换单元和弱信号放大单元；在开关通断控制单元中包括有信号锁存单元和信号解锁单元及由其控制的开关控制单元；供电单元向各工作单元提供低压直流工作电压，激光信号发送单元的供电可采用电池供电。
图1和图2是上述远程无线光控开关系统中激光信号发送单元的结构，包括与电源供电电路连接的开关控制电路和激光发送电路。图2是其一种具体的电路结构。在电源的正极与地之间接有激光发送管D0控制开关SW0、限流电阻R0。其中的R0用于限流，防止过大电流烧坏D0。SW0控制开关通断，使D0上有电流或无电流通过，有电流通过时D0发送激光，无电流通过时D0无激光输出。当电源电压或输出功率较低时，R0也可省去，只要不会有过大电流导致D0损坏即可不用R0。SW0可以是各种形式的控制开关，或耦合控制开关器件。为不损坏激光器或对人身构成危害，最大发射功率应小于1mW。
图3是与上述激光信号发送单元相对应的激光信号接收单元和开关控制单元的结构。图4和图5分别是其中的激光信号接收单元和开关控制单元的电路结构图，用于接收来自激光信号发送单元的激光控制信号，并通过光电转换电路将其变为电信号，再经放大把接收到的微弱电信号放大到下级开关控制单元中相应电路所需要的电平值。
在激光信号接收单元中包括两个完全相同的接收信号通道单元，其中上方的一个接收电路为远程无线光控开关系统的“开”信号接收电路，当收到激光信号后，用于将开关控制电路的开关接通。下方的一个接收电路为远程无线光控开关系统的“关”信号接收电路，当收到激光信号后，用于将开关控制电路的开关回路断开。
两信号通道中的光电转换电路单元用于将来自空间传输的激光信号转换为电信号，同时完成对背景噪声的滤除。其中，D11、RP11、R10为“开”接收单元的光电转换电路，D21、RP21、R20为“关”接收单元的光电转换电路。光电转换电路单元中的光电管D11、D21可以采用3DU912A、3DU912B、3DU11-33、3DU51-52，也可以采用光电二极管2CU1X、2CU2X、2CU5X、2AU1X、2DU1-3X，将接收到的激光信号转换为电信号。其中的RP11和R10、RP21和R20分别用于获取经光电转换后的控制电信号。该信号在分别由C11和C21提取的同时，此两电容还具有背景噪声隔离、直流工作点隔离的作用。
其后的弱信号放大电路单元可将接收到的弱信号放大到判决电路所需的输入电平，图中采用的是由两级放大器构成。在“开”信号接收通道中，电容C11、电阻R11、R12、R14、LM324运算放大器(U1A)构成“开”接收单元第一级放大电路；电容C12、电阻R13、R15、R16、LM324运算放大器(U1B)构成第二级放大电路。两级总放大量可达到4000倍。R14、R15为运算放大器输入端差分电路的平衡电阻；调整用于控制放大器放大量的电阻R11、R12和R13、R16的阻值可以改变放大器单元的放大倍数。同理，在“关”信号接收通道中，电容C21、电阻R21、R22、R24、LM324运算放大器(U1C)构成“关”接收单元第一级放大电路；电容C22、电阻R23、R25、R26、LM324运算放大器(U1D)构成第二级放大电路。两级总放大量可达到4000倍。R24、R25为运算放大器输入端差分电路的平衡电阻；调整用于控制放大器放大量的电阻R21、R22和R23、R26的阻值可以改变放大器单元的放大倍数。
上述电路单元中的各运算放大器U1A～U1D，除可采用如图4中所示的集成双电源四运算放大器LM324外，可以用其它的集成四运算放大器替换，如可以是常用的5G14573、CC14573、MC14573、CC7641、F7641、RC4156、F4156、LF347、F347，也可用4个单运算放大器或2个双运算放大器代替，还可用单电源运算放大器代替，或AD公司、MAXIM公司的运算放大器等元器件替代。
图5所示的是图3中开关控制单元电路中的信号锁存电路、信号解锁存电路及由其控制的开关控制电路的一种结构形式。图中的D12、D22为隔离电路，防止控制信号电流到流入放大级。U2、U3、U4组成了信号锁存电路，其工作原理是当控制“开”接收电路收到激光信号后，D12输出高电平，电流经U2初级U3初级R31形成回路，U3次级导通为Q31控制极提供偏压，Q31导通，完成远程开关的“开”功能。在未收到“关”信号时，Q21处于截止状态，U4导通。因此U2导通后次级导通，电流经U4次级、U2次级、U2初级、U3初级形成自锁电路，当D12输出高信号消失后，仍能使U3导通，从而保持Q31导通。
由Q21、R27、U4、R32组成了信号解锁存电路，其实现远程开关电路“关”功能的工作原理是当上述接收系统中的“关”信号通道接收电路收到“关”的信号后，D22输出高电平，Q21导通，U4初级截止，次级断开，U2、U3截止，Q31无控制极偏置，Q31截止，实现远程开关的关断功能。
上述电路中的光耦管、晶体管、可控硅、可用继电器、接触器或有记忆功能的器件代替。
图6是一种用于向上述各工作单元提供稳定的低压直流电源的供电单元的结构。其中D01、D02、D03、D04为桥式整流电路，C01、C02、C03、C04为滤波电容，并提供正负对称电源的虚地。U01、U02为三端稳压电路，U01提供正电压输出，U02输出负电压输出。U01、U02可以是完成稳压功能的各种三端稳压集成电路或分离元件组成的稳压电路，还可以是开关稳压电路。
权利要求1.远程无线光控开关系统，其特征是包括有分别与供电单元连接的激光信号发送单元、激光信号接收单元和开关通断控制单元，其中的激光信号发送单元中有控制开关和激光发送驱动电路；激光信号接收单元中分别设置有与开关通断控制单元的通断动作相对应的“开”信号通道和“关”信号通道，在该两信号通道中各自的激光信号接收端至信号输出端之间分别都设置有光电信号转换单元和弱信号放大单元；在开关通断控制单元中包括有信号锁存单元和信号解锁单元及由其控制的开关控制单元；供电单元向各工作单元提供低压直流工作电压。
2.如权利要求1所述的远程无线光控开关系统，其特征是所说的激光信号发送单元中的激光发送管D0与发送控制开关SW0及限流电阻R0相联。
3.如权利要求1所述的远程无线光控开关系统，其特征是所说的激光信号接收单元中的弱信号放大单元为单级或多级放大电路，其中的放大器可以是单极性电源供电放大器或双极性电源供电放大器。
4.如权利要求1所述的远程无线光控开关系统，其特征是所说的开关通断控制单元的信号锁存单元、信号解锁单元及由其控制的开关控制单元为包括隔离二极管和由光耦管串接形式的电路结构。
5.如权利要求1所述的远程无线光控开关系统，其特征是所说的开关通断控制单元的信号锁存单元、信号解锁单元及由其控制的开关控制单元为包括由继电器和有记忆功能的集成电路的组成形式。
6.如权利要求1所述的远程无线光控开关系统，其特征是所说的开关通断控制单元中的开关控制单元可以是可控硅或继电器、接触器。
7.如权利要求1所述的远程无线光控开关系统，其特征是所说的供电单元中包括有降压整流结构、稳压输出正负电源结构。
8.如权利要求7所述的远程无线光控开关系统，其特征是在所说稳压输出正负电源单元可以是分离元件的电路，或由集成稳压器件构成的电路，或是其组合形式。
专利摘要远程无线光控开关系统，包括有分别与供电单元连接的激光信号发送单元、激光信号接收单元和开关通断控制单元。发送单元中有控制开关和激光发送驱动电路；接收单元中分别设置有与开关通断控制单元的通断动作相对应的“开”信号通道和“关”信号通道，其两信号通道中各自的激光信号接收端至信号输出端之间分别都设置有光电信号转换单元和弱信号放大单元；在开关通断控制单元中包括有信号锁存单元和信号解锁单元及由其控制的开关控制单元。该系统无需布放通信线路，也不占用无线频带资源，可实现对人员不易接触或到达的高空、水域、高压线、爆破区、有毒气体等区域的电源、远程爆破、高压电源，或其他危险区域的电源开关进行远程控制。
文档编号H03K17/94GK2919693SQ20062003502
公开日2007年7月4日 申请日期2006年7月24日 优先权日2006年7月24日
发明者陈金鹰 申请人:陈金鹰