КОММУТАЦИОННАЯ ПАНЕЛЬ С ИК ДАТЧИКОМ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится преимущественно к технике связи и может использоваться для мониторинга соединений коммутационных панелей.
Уровень техники
В мире существуют различные средства мониторинга кабельных соединений, основной задачей которых является понять, каким образом с помощью коммутационного шнура соединены между собой устройства.
Наиболее близким аналогом коммутационной панели с ИК (инфракрасным) датчиком по настоящей полезной модели является коммутационная панель, описанная в патенте US 8,686,866 В2. В этом документе представлена коммутационная панель, содержащая порты для подключения коммутационных шнуров. Порты такой панели содержат ИК датчики, определяющие наличие или отсутствие вилки коммутационного шнура в порту коммутационной панели.
Настоящая полезная модель позволит увеличить достоверность определения наличия вилки коммутационного шнура в порту коммутационной панели по сравнению с аналогом.
Сущность полезной модели
Таким образом, техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение достоверности определения наличия вилки коммутационного шнура в порту коммутационной панели.
Для достижения указанного технического результата предлагается коммутационная панели с ИК датчиком, содержащая порт для подключения вилки коммутационного шнура; микропроцессор, подключенный к сети передачи данных; ИК датчик, расположенный рядом с портом, выходной сигнал которого, воспринимаемый упомянутым микропроцессором, при наличии вилки коммутационного шнура в упомянутом порту отличается от выходного сигнала при отсутствии вилки коммутационного шнура в упомянутом порту, и упомянутый ИК датчик включает в себя ИК светодиод и ИК приемник излучения, поступающего от ИК светодиода; отличающаяся тем, что содержит генератор переменного периодического электрического сигнала, создающий в упомянутом ИК светодиоде переменный ток и содержит электронный фильтр, выделяющий в выходном сигнале ИК приемника сигнал с частотой первой гармоники упомянутого периодического электрического сигнала.
В другом варианте коммутационной панели рядом с упомянутым портом с ИК датчиком может быть расположен такой же, сходный по конструкции, другой порт с ИК датчиком, и ток в ИК светодиодах ИК датчиков создается сигналом от упомянутого генератора поочередно.
Еще в одном варианте упомянутый фильтр может содержать LC-контур, резонансная частота которого практически совпадает с частотой первой гармоники упомянутого периодического электрического сигнала.
Подробное описание полезной модели
Для достижения указанного технического результата по настоящей полезной модели коммутационная панель может быть оптической или медной. Обычно коммутационные панели содержат несколько портов, но в вырожденном случае порт может быть один, например, один модуль RJ45 типа Keystone в рамке на 24 гнезда. В случае оптического порта он может быть разных типов, например, LC, SC, ST, а в случае медного порта на 8 контактов типа RJ45, или 6 контактов типа RJ12, или 10 контактов типа RJ46.
В принципе, все электронные компоненты коммутационной панели по настоящей полезной модели могут быть соединены между собой методом навесного монтажа и проводками, но, конечно, использование печатной платы является предпочтительным. Печатная плата может быть размещена как горизонтально, например, над выступающими на 18 мм от лицевой части коммутационной панели портами (разъем «мама») LC, так и вертикально параллельно лицевой части. В качестве ИК светодиода могут выступать как выводные диоды (Vishay TSHA4400), так и SMD (Everlight IR12-21C/TR8) обычного или бокового свечения.
ИК приемник можно реализовать на базе фотодиода (Everlight PD12-21B/TR8 или Fairchild QSD2030) или фототранзистора (Everlight РТ12-21B/TR8 или Vishay TEFT4300). Микропроцессором может быть STM32F103 или MSP430, которые могут быть присоединены к сети передачи данных Ethernet или RS485 через соответствующие интерфейсы.
Генератор по настоящей полезной модели может быть реализован несколькими способами. Можно на микропроцессоре запустить аппаратный таймер и по таймеру изменять логический сигнал на выводе GPIO. Вывод может управлять током в ИК светодиоде непосредственно или для увеличения тока через затвор полевого транзистора, например, 2N7002 или BSH201. Понятно, что сигнал на выходе GPIO будет близок к прямоугольному, но частота первой гармоники сигнала будет обратно пропорциональна заданному интервалу таймера. Кроме того генератор может изготовлен на базе операционного усилителя по схеме моста Вина или схеме на фазосдвигающих цепочках. В качестве генератора можно использовать специализированную микросхему, например, ICL8038. Следует учесть, что для достижения лучшего технического результата частота генератора должна отличаться от частоты (и гармоник более высокого прядка) сети электропитания, 50 или 60 Гц. Например, быть 20899 кГц или 62667 кГц.
Приемник ИК излучения может быть построен на базе фототранзистора или фотодиода по стандартным схемам с последовательным резистором. Излучение от ИК светодиода может отражаться от вилки коммутационного шнура, установленной в соответствующий порт панели, и попадать на ИК приемник. При отсутствии вилки ИК светодиод излучает в пространство, не попадая в ИК приемник. В другом варианте ИК светодиод и приемник могут быть расположены напротив друг друга, и подключенная в порт вилка будет препятствовать прохождению излучения от ИК светодиода до ИК приемника.
Помимо излучения ИК светодиода на ИК приемник попадает излучение от освещения или ИК подсветки для камер видеонаблюдения. Например, системный администратор может использовать фонарик для улучшения видимости. При этом мощное по сравнению с ИК светодиодом излучение фонарика может попасть на ИК приемник порта. В случае датчика на отражение может быть принято ложное решение, что порт занят, а в случае датчика на перекрытие излучения ложный вывод, что порт свободен. Узкополосный фильтр, подсоединенный к выходу ИК приемника (может быть после схемы усиления, например, на ОУ), позволит воспринять только сигнал от ИК светодиода порта. Во всяком случае предлагаемый по настоящей модели подход позволяет значительно улучшить соотношение сигнал/шум, а следовательно увеличить достоверность определения наличии вилки коммутационного шнура в порту коммутационной панели. Следует еще учитывать, что типичную амплитуду полезного ИК сигнала для конкретного порта можно определить на этапе изготовления, записать в ППЗУ микропроцессора и использовать при принятии решения о свободном или занятом порте.
Кроме того, наличие в ИК датчике генератора и фильтра при высоком соотношении сигнал/шум позволит уменьшить протекающий через ИК-светодиод ток, а значит получить дополнительный технический результат в виде уменьшения энергопотребления ИК-датчика, которое уменьшается еще и из-за прерывистости излучение ИК светодиода. Еще один дополнительный технический результат выражается в увеличении срока службы ИК датчика. Уменьшение тока через светодиод увеличивает срок его деградации (уменьшения светового потока вследствие старения).
Фильтр по настоящей полезной модели может быть реализован разными способами. Сразу после ИК приемника может быть поставлен LC контур с резонансной частотой практически равной частоте первой гармоники ИК излучения светодиода. Или же узкополосный фильтр соответствующей частоты может быть построен на ОУ на базе последовательно соединенных фильтра верхних частот и фильтра нижних частот, например, по схеме конверторов полного сопротивления. Можно использовать специализированную микросхему LT1568 или аналог. Кроме того, АЦП современных микропроцессоров имеют скорость в единицы микросекунд, и узкополосный фильтр может быть реализован программно, обрабатывая сигналы с АЦП, который присоединен к выходу ИК приемника. Микропроцессор вполне справится с анализом сигнала частотой несколько килогерц.
Помимо этого, для достижения технического результата по настоящей полезной модели (увеличение достоверности определения наличии вилки коммутационного шнура в порту коммутационной панели) при наличии в коммутационной панели двух и более портов, оснащенных ИК датчиками и расположенных рядом, можно подавать напряжение от генератора на эти порты поочередно. Коммутация вилок в порты производится человеком, чисто физически более одной коммутации быстрее, чем за 500 мс, осуществить невозможно. Если подавать напряжение на ИК светодиоды портов поочередно, например, через 100 мс и менее, то факт коммутации вилки коммутационного шнура будет осуществлен с не меньшей достоверностью, но будет уменьшена вероятность ложного детектирования коммутации за счет того, что соседний ИК-приемник не будет воспринимать излучение от ИК светодиода соседнего порта. Генератор может быть один на все ИК светодиоды, а нужный светодиод можно выбирать, подключив один из его выводов к GPIO микропроцессора (можно через полевой транзистор) или подключив вывод светодиода к выходу сдвигового регистра с защелкой. Следует отметить, что дополнительные технические результаты (уменьшение энергопотребления ИК-датчика и увеличение срока службы ИК датчика) также будут достигнуты, потому что какое-то время ИК светодиод будет находиться в режиме простоя.
Хотя настоящая полезная модель описана со ссылками на конкретные варианты своего осуществления, специалистам ясно, что эти иллюстративные примеры, в которых можно сделать различные модификации, не ограничивают объема полезной модели, определяемого только прилагаемой формулой полезной модели.