本發(fā)明具體涉及一種光纖-RS485信號轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)：

電力行業(yè)通信方式多種多樣，主要包括電力線載波、RS-485、微功率無線、無線公網(wǎng)、230MHz電力專網(wǎng)、塑料光纖等通信方式。在電力行業(yè)低壓集抄建設(shè)初期，RS-485通信作為主流通信方式之一被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場，隨著低壓集抄建設(shè)和通信技術(shù)發(fā)展的不斷進(jìn)步，新通信技術(shù)——塑料光纖通信被逐漸應(yīng)用于電力行業(yè)。

早期應(yīng)用于低壓集抄通信領(lǐng)域的RS-485通信采用兩線制半雙工網(wǎng)絡(luò)模式，連接線多利用屏蔽雙絞線傳輸，主從通信方式，即一個主機(jī)帶多個從機(jī)，在綜合考慮帶載能力和通信效果的情況下，現(xiàn)場總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個節(jié)點。RS-485電氣特性是采用差分信號負(fù)邏輯，邏輯"0”以兩線間的電壓差為+(2~6)V表示；邏輯"1"以兩線間的電壓差為-(2~6)V表示。而低壓集抄通信領(lǐng)域新引進(jìn)的塑料光纖通信方式，是采用一種纖芯和包層都由透明的導(dǎo)光高分子聚合物材料組成的圓柱體線性導(dǎo)光纖維傳輸介質(zhì)，它利用光在塑料光纖介質(zhì)里面進(jìn)行全反射來傳輸光信號，實現(xiàn)通信。塑料光纖通信方式具有傳輸速度快、通信距離遠(yuǎn)以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，非常適用于電磁干擾強(qiáng)和噪聲大的電力系統(tǒng)通信環(huán)境。

但是，隨著現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展，我國城市改造及電網(wǎng)設(shè)備升級的過程中，為了提高老臺區(qū)內(nèi)的設(shè)備升級后的抄表采集成功率，要求在保持計量設(shè)備不做改動的情況下實現(xiàn)老臺區(qū)的升級，因此老臺區(qū)中的RS485通信和新建設(shè)備之間的光纖通信就成為了老臺區(qū)升級過程中的關(guān)鍵問題之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)Ｓ糜诔鞘欣吓_區(qū)設(shè)備升級過程的光纖-RS485信號轉(zhuǎn)換裝置。

本發(fā)明提供的這種光纖-RS485信號轉(zhuǎn)換裝置，包括電源電路、光電轉(zhuǎn)換電路、控制器、電平轉(zhuǎn)換電路和串口-RS485轉(zhuǎn)換電路；電源電路給串口-RS485轉(zhuǎn)換電路、電平轉(zhuǎn)換電路、控制器和光電轉(zhuǎn)換電路供電；光電轉(zhuǎn)換電路、控制器、電平轉(zhuǎn)換電路和串口-RS485轉(zhuǎn)換電路依次串接；外部的光纖傳輸介質(zhì)與光電轉(zhuǎn)換電路連接；光電轉(zhuǎn)換電路將光纖信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸入到控制器，或者接收控制器發(fā)送的電信號并轉(zhuǎn)換為光纖信號后傳輸?shù)焦饫w介質(zhì)上；控制器用于將光纖信號轉(zhuǎn)換為電信號或者將電信號轉(zhuǎn)換為光纖信號；電平轉(zhuǎn)換電路用于將控制器輸出的電信號轉(zhuǎn)換為RS485電路的電平信號，或者將RS485電路的電平信號轉(zhuǎn)換為控制器的電頻信號；串口-RS485轉(zhuǎn)換電路與外部RS485傳輸介質(zhì)連接，用于將控制器發(fā)出的串口信號轉(zhuǎn)換為RS485信號并通過RS485傳輸介質(zhì)對外發(fā)送，或者接收RS485傳輸介質(zhì)傳輸過來的信號并轉(zhuǎn)換為串口通信信號。

所述的光纖-RS485信號轉(zhuǎn)換裝置還包括指示電路；指示電路與控制器和光電轉(zhuǎn)換電路分別連接，用于指示控制器的運行狀態(tài)和光電轉(zhuǎn)換電路的運行狀態(tài)。

所述的指示電路包括指示燈和限流電阻；指示燈與限流電阻串接在電源正極和控制器的I/O引腳之間，或者指示燈與限流電阻串接在電源正極和光電轉(zhuǎn)換電路之間，通過指示燈的閃爍指示控制器的運行狀態(tài)和光電轉(zhuǎn)換電路的運行狀態(tài)。

所述的電源電路包括220V整流電路和5V-3.3V直流轉(zhuǎn)換電路。

所述的220V整流電路為包括變壓器、整流管和保護(hù)器件在內(nèi)的220V整流電路。

所述的5V-3.3V直流轉(zhuǎn)換電路為型號為SPX1117的芯片構(gòu)成的電路。

所述的控制器的型號為RL78/G13。

所述的光電轉(zhuǎn)換電路為型號為MAX706和型號為ECOM-650S1的芯片構(gòu)成的電路。

所述的串口-RS485轉(zhuǎn)換電路為型號為AZRS485的芯片構(gòu)成的電路。

所述的電平轉(zhuǎn)換電路包括開關(guān)管、低壓上拉電阻和高壓上拉電阻；低壓信號通過低壓上拉電阻與低壓電源正極連接，低壓電源的正極還連接到開關(guān)管的控制端；開關(guān)管的活動端一端與低壓信號連接，另一端連接高壓信號，同時通過高壓上拉電阻與高壓電源的正極連接。

本發(fā)明提供的這種光纖-RS485信號轉(zhuǎn)換裝置，通過光電轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行電信號和光信號之間的轉(zhuǎn)換，通過控制器完成信號的解析，再通過電平轉(zhuǎn)換進(jìn)行不同電壓等級之間的電平轉(zhuǎn)換，最后通過串口-RS485轉(zhuǎn)換電路完成控制器和RS485電路之間的轉(zhuǎn)換，因此本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)RS485信號和光纖信號之間的雙向轉(zhuǎn)換，適用于城市老臺區(qū)設(shè)備升級，而且電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的功能模塊圖。

圖2為本發(fā)明的電源模塊中220V整流電路的電路原理圖。

圖3為本發(fā)明的電源模塊中5V-3.3V轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖。

圖4為本發(fā)明的控制器的電路原理圖。

圖5為本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖。

圖6為本發(fā)明的串口-RS485轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖。

圖7為本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖。

圖8為本發(fā)明的指示電路的控制器指示電路的電路原理圖。

圖9為本發(fā)明的指示電路的光電轉(zhuǎn)換模塊指示電路的電路原理圖。

具體實施方式

如圖1所示為本發(fā)明的功能模塊圖：本發(fā)明提供的這種光纖-RS485信號轉(zhuǎn)換裝置，包括電源電路、光電轉(zhuǎn)換電路、控制器、電平轉(zhuǎn)換電路和串口-RS485轉(zhuǎn)換電路；電源電路給串口-RS485轉(zhuǎn)換電路、電平轉(zhuǎn)換電路、控制器和光電轉(zhuǎn)換電路供電；光電轉(zhuǎn)換電路、控制器、電平轉(zhuǎn)換電路和串口-RS485轉(zhuǎn)換電路依次串接；外部的光纖傳輸介質(zhì)與光電轉(zhuǎn)換電路連接；光電轉(zhuǎn)換電路將光纖信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸入到控制器，或者接收控制器發(fā)送的電信號并轉(zhuǎn)換為光纖信號后傳輸?shù)焦饫w介質(zhì)上；控制器用于將光纖信號轉(zhuǎn)換為電信號或者將電信號轉(zhuǎn)換為光纖信號；電平轉(zhuǎn)換電路用于將控制器輸出的電信號轉(zhuǎn)換為RS485電路的電平信號，或者將RS485電路的電平信號轉(zhuǎn)換為控制器的電頻信號；串口-RS485轉(zhuǎn)換電路與外部RS485傳輸介質(zhì)連接，用于將控制器發(fā)出的串口信號轉(zhuǎn)換為RS485信號并通過RS485傳輸介質(zhì)對外發(fā)送，或者接收RS485傳輸介質(zhì)傳輸過來的信號并轉(zhuǎn)換為串口通信信號。

如圖2所示為本發(fā)明的電源模塊中220V整流電路的電路原理圖：圖中外部220V電源通過保險（圖中標(biāo)示RT1）和變壓器（圖中標(biāo)示T1）后，再通過四個二極管構(gòu)成的不控整流電路（圖中標(biāo)示BR1）后形成15V直流電，電容C3和C4為濾波電容。得到15V直流電后，再通過型號為L78L05的電源芯片后，得到需要的5V直流電，電容C23同樣為濾波電容。

如圖3所示為本發(fā)明的的電源模塊中5V-3.3V轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖：5V直流電通過兩個濾波電容（圖中標(biāo)示C12和C13）后，輸入到型號為SPX1117的電源芯片，芯片的1腳接地，3腳連接5V電源正極，然后芯片的2腳和4腳為輸出，得到3.3V電壓；3.3V電壓的電源正極同樣通過兩個濾波電容（圖中標(biāo)示C22和C15）接地，同時還通過保護(hù)二極管（圖中標(biāo)示D7）接地進(jìn)行保護(hù)。

如圖4所示為本發(fā)明的控制器的電路原理圖：控制器的型號為RL78/G13；芯片的3腳為充值引腳（圖中標(biāo)示RESET），與3.3V電源正極連接；芯片的11號引腳為電源正極引腳，直接與3.3V電源正極連接；芯片的20腳、21腳和22腳與外置的EEPROM芯片24AA020T（圖中標(biāo)示U4）連接，芯片U4作為控制器的外部擴(kuò)展的EEPROM；芯片的41~43引腳為串口引腳，輸出串口數(shù)據(jù)；芯片的27和28號引腳為與光電轉(zhuǎn)換模塊連接的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳；芯片的24腳為PWM引腳，輸出PWM信號控制光電轉(zhuǎn)換模塊的工作。

如圖5所示為本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖：圖中的PWM信號通過限流電阻（圖中標(biāo)示R11）連接開關(guān)管（圖中標(biāo)示V5）的控制端，開關(guān)管的活動端一端與3.3V電源連接，另一端通過濾波LC濾波電路（圖中標(biāo)示L2、C21和C14）連接光電轉(zhuǎn)換芯片（圖中標(biāo)示D4，型號為ECOM-650S1）的電源端，控制器通過控制PWM信號的高電平和低電平，從而控制光電轉(zhuǎn)換芯片的電源供應(yīng)的有和無，從而控制光電轉(zhuǎn)換芯片的工作與否。光電轉(zhuǎn)換芯片的1腳和9腳之間連接一片型號為MAX706的監(jiān)控芯片，光電轉(zhuǎn)換電路的7腳和8腳為芯片的輸入引腳和輸出引腳，與控制器連接。

如圖6所示為本發(fā)明的串口-RS485轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖：控制器的串口輸出3路信號（圖中標(biāo)示RXD1_P、RE/DE_P和TXD1_P），連接到型號為AZRS485的通信芯片（圖中標(biāo)示D2）的1腳~4腳，芯片的8腳連接5V電源，芯片的5腳接地，芯片的6腳和7腳為RS485的信號引腳，6腳通過上拉電阻（圖中標(biāo)示R55）與5V電源正極連接，7腳通過下拉電阻（圖中標(biāo)示R54）與地連接，7腳和6腳之間連接有保護(hù)二極管（圖中標(biāo)示V4）；芯片的6腳產(chǎn)生的信號通過保險（圖中標(biāo)示F1）后產(chǎn)生最終的第一路RS485信號，芯片的7腳產(chǎn)生的第二路信號通過保護(hù)電阻（圖中標(biāo)示R5）后，產(chǎn)生第二路RS485信號。

如圖7所示為本發(fā)明的電平轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖：由于控制器電路的高電平為3.3V，而RS485電路需要的高電平為5V，因此需要電平轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換電路由開關(guān)管（圖中標(biāo)示Q2）、低壓上拉電阻（圖中標(biāo)示R20）和高壓上拉電阻（圖中標(biāo)示R19）；低壓信號通過低壓上拉電阻與低壓電源正極（圖中標(biāo)示V3P3）連接，低壓電源的正極還連接到開關(guān)管的控制端；開關(guān)管的活動端一端與低壓信號連接，另一端連接高壓信號，同時通過高壓上拉電阻與高壓電源的正極（圖中標(biāo)示V5P0）連接。

如圖8所示為本發(fā)明的指示電路的控制器指示電路的電路原理圖：發(fā)光二極管的正極通過限流電阻（圖中標(biāo)示R10和R13）與電源正極連接，發(fā)光二極管的負(fù)極與控制器連接；控制器在工作時，通過將相應(yīng)的I/O引腳至低電平，即可通過所述的發(fā)光二極管進(jìn)行相應(yīng)的指示。

如圖9所示為本發(fā)明的指示電路的光電轉(zhuǎn)換模塊指示電路的電路原理圖：光電轉(zhuǎn)換芯片的1腳為SD引腳，其輸出一路信號通過限流電阻（圖中標(biāo)示R8）連接開關(guān)管（圖中標(biāo)示V3）的控制端，開關(guān)管的活動端的一端與地連接，另一端通過限流電（圖中標(biāo)示R14）、發(fā)光二極管（圖中標(biāo)示V1）和電源正極連接；只要光電轉(zhuǎn)換芯片正常工作，則發(fā)光二極管V1會發(fā)光，以指示光電轉(zhuǎn)換芯片的工作狀態(tài)。