CN1032874A - 用于通信线路连接的自动矩阵 - Google Patents

Abstract

一种交叉连接系统(10)应用在由计算机控制的 交叉点矩阵之中，这种矩阵由一组平行的导体(14a、 14b)和与之方向垂直的第二组平行导体(18a、18b) 构成，上述两组导体放置在平行的平面内。交叉点形 成断开的接触点，可以由步进电机驱动的弹簧接触点 闭合，以便使来自一组(14)的选定的导体与来自另一 组(18)的选定导体相连接。一个微处理机系统(46) 驱动前进电机(32)并使弹簧接触器运动到选定的交 叉点上。

Description

本发明是关于一种通信系统，该系统具有许多专用的终端设备，这些设备与一些专用的电导体相连，利用将每个专用导体连接到选定的传输线路的装置，实现与远端用户进行通信。

参考众所周知的由许多中心局组成的商业电话系统，就能很容易地理解本发明的通信系统。在这种系统中，每个中心局一般都建在城市或居民点的中心，为多个远端终端服务，而每个远端终端位于另外一些距离中心局几英里的较小的居民中心。每个远端终端具有许多条用户线，因此有时又把远端终端称为远端集线器，这是因为所有的用户线都集中在一起，以连接到通向中心局的线路上。例如，有96条线路从每个远端终端通向中心局，而有125条用户线（电缆对）集中在远端终端。为了应付用户的增加，以及允许备用线路和电缆对代替损坏或失效的线路或电缆对，远端终端必须安装比最初所需的要多的线路或电缆对。为了对一个用户提供服务，将一条从远端终端来的备用线路连接到途经该用户住所或公司附近的电缆对上。

每个电缆对与线路的连接，不管是安装，修理还是拆线，一般都要派遣电话业务人员到远端终端进行手工操作。这是非常重的体力劳动，不仅要付出体力而且还要花费时间，以及还要支付运送电话业务人员到远端终端去的开支。

因此，尽管这种公知的终端装置还正在使用着，但是人们还要求作出相当大的努力来简化这种固有的连接方式。在各种通信的应用之中，其中许多终端设备，例如传感器，被分配去提供数据或信息给中央单元，都会存在这种问题。正如在电话系统中一样，每个单元都必须以相当大的成本进行逐一的连接。

本发明的基本目的是省去工作人员到远端终端去的必要。以及进行线路连接或断开的必要。

因此，本发明提供一种设备，用于有选择地将一对导体连接到来自远端的另一对导体上，该设备包括：一个成对导体的矩阵，该矩阵具有在第一平面上平行排列的第一组导体对，以及在与第一平面平行的第二平面上平行排列的第二组导体对，上述第一组导体对的取向与第二组导体对相垂直;跨接装置，与上述第一或第二组之一的每个导体对相连，用于将上述导体对连接到另一组的一个选定的导体对之上;用于将上述跨接装置沿着相连的导体对移动到一个交叉点的装置，该交叉点是由上述相连的导体对与上述响应于来自远端的指令而选定的导体对确定的。因此，各线路和电缆对在连接它们之前或它们正在使用中进行遥控测试。本发明使用成本不高的技术，而且由于使用由交叉接点对阵列形成的交叉连接矩阵还可以提供另外一些好处。交叉接点对中的一个接点连接到一条线路导体，而另外一个接点连接到与上述导体垂直的电缆对中的一条导体。给每条线路或电缆对都提供一个单独的跨接装置。那些将跨接装置沿着线路或电缆对移动到选定的交叉点的装置包括一个步进电机。该步进电机受一个微处理器的控制和监视，该微处理器从远端的，比如中心局接，收指令并发送信息给中心局。

包括本发明的特征的装置在如下附图中予以描述，这些附图构成本公开的一部分。

图1是一个表示使用本发明的系统的方框图;

图2是更详细地表示本发明的方框图;

图3是本发明矩阵部分的平面示意图;

图4是矩阵部分沿图3中4-4的剖面图;

图5是本发明的矩阵部分沿图3中5-5的剖面图;

图6滑动架组件和矩阵部分沿图5中6-6的部分示意图。

参见各附图，图1表示一个可以利用本发明的系统，作为一个交叉连接系统10包括交叉连接矩阵11和矩阵控制单元12。该交叉连接系统10实际上设置在远端终端13上，远端终端通过许多条双线通信线路14连接到中心局16，进而与调度维护中心17进行通信。远端终端13用来集中专用于指定的终端用户或终端设备单元的用户电缆对18。本交叉连接系统10提供线路14和用户电缆对18之间的接口。线路14和电缆对18之间的互相连接实际上是在交叉连接矩阵11上进行的。图2表示出交叉矩阵，并在图3至6中表示出更为详细的细节。

正如可以从图2和图3所看出的那样，线路14在一组共平面平行线路对单元14a和14b处连接到矩阵上。电缆对在另一组共平面平行电缆对单元18a和18b处连接到矩阵上。每一组导体的平面与另一组导体的平面平行且分开。线路对单元14a和14b与电缆对单元18a和18b方向垂直。因此，可以看出线路对单元14a和14b象印制电路板一样在电介质19的一面上形成，而电缆对单元18a和18b在电介质19的另一面上形成，这样尽管在交叉点处导体仍然被介质19的厚度分开，各导体组形成有规律的网格，其交叉点是可以识别的。

图6表示导体之间的互相连接关系，即在电介质19的一面上接近每个交叉点的导体处穿过介质层形成一个金属化孔21，并在电介质19的另一面的导体平面内设置一个短路导体片22。因此，该短路导体片22和电缆对18a和18b的一个邻近导体18a形成一组接点，当闭合时，它将线路单元14a与电缆对单元18a相连接。图6中，还表示出一个相同的装置用于连接线路单元14b和电缆对单元18b。

每组接点通过一对短路弹簧23a和23b闭合，该弹簧沿着电介质19的一个表面滑动直至到达所需要的线路单元14a和14b，并且通过短路弹簧片23a和23b与电缆对18a和18b处于电连接状态。给每个线路单元14a和14b分别提供一对短路弹簧片23a和23b。每一个这种短路弹簧片对在介质19上沿着与相应线路对单元14a和14b平行的通道移动。每对短路弹簧片23a和23b都附在不导电的滑动架上，它以螺旋连接方式套在一个螺杆上或蜗杆上。因此，蜗杠的旋转可使滑动架24沿线路单元14a和14b的轴向方向移动。

每个线路单元的蜗杠26可以以可旋转的方式固定在位于电介质19两端的框架件27和28上。

正如从图3和4所看到的，框架件28在其长度方向形成一个槽29，开口方向与电介质29平行。而且正如从图4中看到的，固定在框架件28上的蜗杠的每一端都在其上形成一个槽31，它可与槽29相配合。

框架件28固定端的前方是一个步进电机32，它有一个伸出的轴33和顶端34，适合在槽29中滑动啮合，并与槽口31对准。顶端34的作用象螺丝刀的刀口，其宽度小于蜗杆26的直径，以使顶端34可以旋转。步进电机32固定在一个滑动架36上，滑动架36也是通过螺旋方式连接在可旋转固定在框架38和39上的蜗杠37上，框架38和39与框架27和28垂直方向安装。第二个步进电机41驱动螺杆37，用来推动电机32沿蜗杠的轴向方向运动，以及使顶端34沿槽29的长度方向运动。框架件42固定框架件38和39。

步进电机32和41通过常规的步进电机驱动器45受到控制，然而步进电机驱动器45接收来自矩阵控制单元12的指令数据。

在图2中，更为详细地描述了矩阵控制单元，该单元包括一个微处理器46，带有一个可擦可编程存贮器（EPROM）47，用于存贮软件，以使微处理器46能够控制交叉连接矩阵11以及与远端，例如调度和维护中心17进行通信。一个随机存贮器（RAM）48与微处理器46相连，它包含有与所有矩阵11上的交叉点相关的数据库信息，该信息确定哪个线路单元14a和14b与哪个电缆对单元18a和18b相连接。为防止在断电情况下数据库信息的丢失，必须提供一个备用电池49或其他设备供给RAM的电源。例如，断电检测器51用来检测电源的丢失，以使得在微处理器46断电之前，微处理器有足够的时间把当前的状态存贮在RAM48中，因此，RAM48必须不受影响地保证微处理器46在恢复电源时重新进行操作。

微处理器46与调度维护中心17的通信是通过一个使用双音多频（DTMF）的通信规程或RS-232C通信规程的线路电路进行的。在这两种情况下，矩阵控制单元12的剩下部分将参考常用电话术语来描述，该术语适用于上述两种电话系统以及其他通信系统。通信用户线电路包括一个塞尖（T）和塞环（R）对，它提供来自远端控制区域的输入信号，再通过一个过电压保护器52，正如大家所公知和所公用的那样，用来保护交叉连接系统10免遭诸如雷电等的高压冲击的损坏。一个全波二极管桥维持正常的极性，象在整流攀涑龆擞茫?）或（-）所指示的那样。一个叫做振铃电流检测器的电压检测器54检测全波二极管桥53输出端的振铃电压，并发出振铃电压出现信号给微处理器46。一个变压器56象通常一样用来进行T和R线与控制电路的其余部分之间的电绝缘。与变压器56相串联的是一个捕获开关57，实际上它是一个固态开关，用来闭合T和R线之间的电路。捕获开关57的闭合是由微处理器46当收到来自电压检测器54的“振铃电压检测”信号或来自交叉连接系统10的去话消息时被启动的。为了确保捕获开关57的工作，一个电流检测器58与它串联连接并给微处理器46提供一个指示该电路中有电流存在的信号。

变压器56的次级连接到检测诸如拨号音、忙音和可闻性振铃信号的连续音检测器59上，该检测器还给微处理器46发出信号，用来确定通信线路的状态。微处理器46取决于使用DTMF通信规程还是使用RS-232C通信规程，通过DTMF接收器61和DTMF发信器62或调制解调器63与变压器56的次级接口。

在操作中，可以理解EPROM47是按照用户的需要和矩阵11的大小来编程的。通电后，微处理器46置于空闲状态，并等待来自电压检测器54的信号，该信号指示来自调度和维护中心17的通信将要被接收。然后微处理器46发出信号给捕获开关57，以闭合电路并监视电流检测器58的信号以指示该电路已经闭合了。为了启动一次呼叫，微处理器46发出一个捕获指令给捕获开关57，并监视电流检测器58。然后连续音检测器59给微处理器46指示通信线路的状态。微处理器46通过DTMF发送器62和接收器61或调制解调器63用常规的方式进行通信。

微处理器接收控制信号，使某条线路对单元14a和14b与选定的电缆对单元18a和18b进行连接，然后微处理器发出信号给步进电机驱动器45，步进电机驱动器45再控制步进电机41和32。

电机41转动蜗杠37以使电机32进行到选定的蜗杆26的端部，该蜗杠平行地驱动所需要的线路对单元14a和14b。注意顶端34是在槽29中移动，因此使定位于蜗杠26端部的槽31之中。

电机32转动选定的蜗杠26以将相应的短路弹簧片对23a和23b移动到选定的交叉点上，使得所需要的电缆对单元18a和18b电气上连接到线片22上，即连接到相应的线路对单元14a和14b上。注意，用这种装置，线路对单元可以与任何电缆对单元相连接。各对电缆对单元之间彼此分开，因此弹簧接点23a和23b需要在相邻交叉点之间移动蜗杠26的半周螺纹的整数倍。这样，顶端34将与槽29重新对准，而且电机32可以沿着蜗杠37自由运动来定位微处理器46所需要的每组滑动弹簧片23。

因此，可以看出如果一个电缆对连接到一个失效或损坏的线路对上，该交叉连接系统10能断开电缆对的连接并将它们连接到另一条或备用的线路对上。而且，如果一条电缆对变为不起作用或不需要了，可以断开它与线路对的连接，而该线路对又可以与任何其他电缆对连接。这些都不需要送电话业务人员到现场进行操作就能完成。因此，极大地节省了劳动力和时间并提高了效率。

上面我们已经从一种形式上描述了我们的发明，但是该发明并不限于此，而且很明显，对于本技术领域内的技术人员很容易做出各种变化和改进而不脱离本发明的精神实质。

Claims (16)

1、一种用于有选择地连接电导体对到来自远端的电导体对的装置，其特征在于包括：一个成对的导体矩阵，该矩阵具有在第一平面内平行设置的第一成对电导体(14a、14b)组(14)，和在与第一平面平行的第二平面内平行设置的第二成对电导体(18a、18b)组(18)，上述第一组成对电导体组(14)与上述第二组成对电导体组(18)的方向垂直；与在上述第一组(14)或第二组(18)之一中的每个电导体对相连的跨接装置(23a、23b、24)用于连接上述导体对(14a、14b)到另一组(18)的一个选定的电导体对(18a、18b)上；以及装置(26)用于将上述跨接装置(23a，23b，24)响应于从远端接收的指令沿着相连的电导体对(14a，14b)移动到上述相连导体对(14a、14b)和选定的导体对(18a，18b)的交叉点上。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于上述第一平面和第二平面由电介质（19）分隔开，而且其中在第一平面（14）内的每一导体（14a、14b）对都有一个延伸部分（22），该延伸部分在上述导体对（14a、14b）和在上述第二平面上的每对导体（18a、18b）的交叉点附近穿过介质（19）进入上述第二平面。

3、根据权利要求1或2的装置，其特征在于上述跨接装置（23a、23b）包括一个不导电的滑动架（24），用来支撑用于将每个导体对（14a、14b）连接到选定的与之相连的导体对之一（18a、18b）的接点单元。

4、根据权利要求3的装置，其特征在于跨接装置（23a、23b）这样进行安装，即使其响应上述丝杠的旋转，使该跨接装置沿平行于上述相连的导体对（14a、14b）的丝杠的轴向方向移动，在上述用于移动的装置包括：第一步进电机（32），该电机适合于有选择地使某一选定的丝杠旋转，以便使跨接装置（23a、23b，24）沿着所连接的导体对进行移动;第二步进电机（41），有效地连接使上述第一步进电机（32）与所选定的导体（18a、18b）平行地运动，使第一步进电机能与所选定的一个丝杠（26）相连接;以及控制装置（46）具有接到上述第一步进电机（32）和第二步进电机（41）的输出端，用以控制上述两个电机分别移动到上述导体对（18a、18b）和上述选定的丝杠（26）;还提供一个装置，用来接收来自一个远端信号源（17）的指令，以确定上述第一组导体对（14）中哪一个导体对与上述第二组中的哪一个导体对相连接。

5、根据权利要求1至3中任一个的装置，其特征在于上述跨接装置（23a，23b，24）这样进行安装，即使其响应上述丝杠的旋转，使该跨接装置沿平行于上述相连的导体对（14a、14b）的丝杠的轴向方向移动，在上述用于移动的装置包括：第一步进电机（32），该电机适合于有选择地使某一选定的丝杠（26）旋转，以使跨接装置（24）沿着所连接的导体对进行移动;第二步进电机（41）有效地连接使上述第一步进电机（32）与所选定的导体平行地移动，使其能与选定的丝杠（26）相连接;控制装置（46）具有分别接到上述第一步进电机（32）和第二步进电机（41）的输出端，用以分别控制上述两个电机移动到上述导体对（18a、18b）和上述选定的丝杠（26）;还提供一个装置，用来接收来自一个远端信号源（17）的指令，以确定上述第一组导体对（14）中哪一个导体对与上述第二组导体（18）的哪一个导体相连接。

6、根据权利要求4或5的装置，其特征在于上述控制装置包括一个可编程的微处理器（46），该微处理器又包括：用于存贮控制指令的存贮器（47）;用于存贮与上述矩阵有关的上述步进电机（32、41）定位的数据的存贮器（48）;输入输出连接装置，该装置包括到上述步进电机的输出连接部分和来自上述远端信号源（17）的输入连接部分;以及用于在微处理器（46）和所说的远端信号源之间传送信息的信号传送装置（T.R）。

7、根据权利要求6的装置，其特征在于上述信号传送装置是一个成对的导体通信线（T、R），上述控制装置还包括：

装置（54），用于检测上述成对通信线上电压的装置，并输出一指示该电压的信号给微处理器;响应于来自微处理器（46）的信号在成对导体之间提供电连接的装置（11）;响应于来自微处理器（46）的信号在上述成对导体之间提供电的连接的装置（57）;检测通过上述成对导体通信线（T、R）的电流并向微处理器（46）输出一个信号的装置（58）;解码在上述微处理器和上述远端信号源之间发送的电信号的装置（61、62、63），给它们提供信号或指令。

8、根据权利要求1或2的装置，其特征在于上述跨接装置（23a、23b、24）包括第一接触件（23a），用来将来自上述第一组（14）的上述导体对中的一个导体（14a）与来自上述第二组导体对（18）的上述选定的导体对的第一个导体（18a）相连接;第二接触件（23b），用来在上述第一接触件（23a）构成上述连接的同时，将来自上述第一组（14）的上述导体对中的另一个导体（14b）与来自上述第二组（18）的上述选定的导体对中的第二个导体相连接;和一个非导电的滑动架（24），用于使上述第一（23a）和第二（23b）接触件可以沿上述各导体组（14）中的一对导体（14a、14b）平行地移动。

9、根据权利要求8的装置，其特征在于上述驱动装置包括与上述跨接装置（23a、23b、24）相联的丝杠（26），这样上述丝杠（26）的旋转导致上述跨接装置（23a、23b、24）沿着丝杠作轴向运动;以及一个步进电机（32），该电机有选择地与上述丝杠相联接，使丝杠旋转，上述步进电机可以在与丝杠垂直且与上述第一和第二平行的方向上移动。

10、根据权利要求9的装置，其特征在于上述驱动装置还包括一个步进电机支承架（36），它可以在与上述丝杠（26）垂直并与上述第一和第二平面平行的方向上移动。

11、根据权利要求10的装置，其特征在于上述丝杠的一端设置有一个槽（31）并且上述步进电机有一个延伸的轴（34），该轴（34）上述槽（31）相配合，以便旋转上述丝杠;以及用于上述槽与轴对准的装置（29）。

12、根据权利要求1的装置，其特征在于上述控制装置包括：用于存贮与上述阵列中每个交叉点相关的数据的装置（48），该阵列是用与电导体（14a、14b、18a、18b）相关的上述交叉点表示的，电导体（14a、14b、18a、18b）形成上述交叉点;可编程控制器（46）在操作中与上述移动装置（32，41）相连接，以便按照来自上述存贮装置所选择的数据和由远端信号源（17）提供的指令来驱动上述移动装置;以及提供来自或传送给远端信号源的上述信息的通信装置（T.R）。

13、根据权利要求12的装置，其特征在于上述通信装置包括：检测输入信息的装置（54），该装置输出一个指示给上述可编程控制器;接口装置（63），用于将输入的信息转换成指令，给上述控制器（46），而且转换输出的信息以便于传输到上述远端（17）;以及装置（57），响应于来自上述控制器的指令，以控制上述控制器与上述远端之间的通信通路。

14、根据权利要求13的装置，其特征在于上述通信通路包括一个成对的导线（T.R）以及上述控制装置包括一个电气上连接上述导线的开关（57）。

15、根据权利要求14的装置，其特征在于上述控制装置还包括装置（58），该装置检测上述成对导体线路中是否有电流存在。

Images