一種無源分光rs-485光纖總線局端系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)制造領(lǐng)域，具體涉及一種無源分光RS-485光纖總線局端系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]智能儀表是隨著80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。宄其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。最初是數(shù)據(jù)模擬信號輸出簡單過程量，后來儀表接口是RS-232接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。隨后出現(xiàn)的RS-485解決了這個(gè)問題。
[0003]RS-485采用差分信號負(fù)邏輯，-2V?-6V表示“0”，+2V?+6V表示“I”。RS-485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上一般最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS-485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。連接RS-485通信鏈路時(shí)用一對雙絞線將各個(gè)接口的端連接起來。
[0004]傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)介質(zhì)主要有雙絞線電纜和光纖，雙絞線電纜和光纖在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，具有如下問題:
[0005](I)共模干擾:RS_485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7?+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。
[0006](2)EM1:發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道(信號地)，就會以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。
[0007](3)采用一條雙絞線電纜作總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。
[0008](4)采用一條雙絞線電纜作總線的最大通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，在10KbpS的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。隨著傳輸距離的增加，通信速率會急速下降，并不能保證高速遠(yuǎn)距離的通信要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種遠(yuǎn)距離、高速、大容量、采用RS-485結(jié)合光纖通信，通信可靠性高的無源分光RS-485光纖總線局端系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0011]一種無源分光RS-485光纖總線局端系統(tǒng)，其兩端分別連接無源分光的工業(yè)光纖總線的RS-485總線控制端和無源RS-485光網(wǎng)絡(luò)終端；其包括相互連接的電源模塊，主控板，多個(gè)平面波導(dǎo)型光分路器和多個(gè)光口，其中，所述主控板包括RS-232中控接口，RS-485中控接口，兩路RS-485級聯(lián)接口，多個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊和總線仲裁處理器，所述RS-232中控接口和兩路RS-485級聯(lián)接口連接總線仲裁處理器和RS-485總線控制端，所述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊一端連接總線仲裁處理器，另一端連接平面波導(dǎo)型光分路器一端，平面波導(dǎo)型光分路器另一端連接光口。
[0012]其通過光信號與總線邏輯信號之間的轉(zhuǎn)換，將RS-485總線控制端的控制信號傳輸至用戶終端設(shè)備，對用戶終端設(shè)備進(jìn)行控制；以及，將用戶終端設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)傳輸至RS-485總線控制端。
[0013]RS-485總線控制端發(fā)出控制信號后，由無源RS-485光網(wǎng)絡(luò)局端將控制信號轉(zhuǎn)換成TTL邏輯信號“O”和“ I ”后，然后將TTL邏輯信號轉(zhuǎn)換成光信號，其中對應(yīng)RS-485總線邏輯“O”信號為有光輸出信號，對應(yīng)RS-485總線邏輯“I”信號為無光輸出信號，并將光信號通過光纖傳輸至無源RS-485光網(wǎng)絡(luò)終端，將光信號轉(zhuǎn)換成RS-485總線邏輯電平信號，實(shí)現(xiàn)對終端設(shè)備的控制。
[0014]用戶終端設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)，通過無源RS-485光網(wǎng)絡(luò)終端將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TTL邏輯信號，然后根據(jù)TTL邏輯信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖傳輸至無源RS-485光網(wǎng)絡(luò)局端，將光信號轉(zhuǎn)換成RS-485總線電平或是RS-232電平信號，然后傳輸至RS-485總線控制端。
[0015]所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括發(fā)射單元和接收單元；發(fā)射單元包括激光驅(qū)動器和激光器；接收單元包括光電二極管和放大比較電路，發(fā)射單元接收到總線仲裁處理器處理過的RS-485總線邏輯電平“O”時(shí)驅(qū)動激光器發(fā)光，發(fā)出邏輯“O”的光信號，在接收到總線仲裁處理器處理過的RS-485總線邏輯電平“I”時(shí)，驅(qū)動電路不驅(qū)動激光器發(fā)光，產(chǎn)生邏輯“I”的光信號，接收單元在接收到無源RS-485光網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送來的邏輯“O”光信號，將此光信號轉(zhuǎn)換成總線仲裁處理器可以處理的邏輯“1”TTL高電平信號，總線仲裁處理器將此信號轉(zhuǎn)化為邏輯“0”TTL低電平信號，送到RS-485總線驅(qū)動芯片后傳送到RS-485總線控制端，在沒有光信號輸入時(shí)，將此光信號轉(zhuǎn)換成總線仲裁處理器可以處理的邏輯“0”TTL低電平信號，總線仲裁處理器將此信號轉(zhuǎn)化為邏輯“I”TTL高電平信號，送到RS-485總線驅(qū)動芯片后傳送到RS-485總線控制端。
[0016]所述總線仲裁處理器包括處理芯片，以及與該處理芯片相連接的復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，處理芯片電源濾波及退耦電路，編程接口電路，撥碼開關(guān)電路和接口擴(kuò)展電路。
[0017]所述RS-232中控接口包括總線驅(qū)動電路A，以及與該總線驅(qū)動電路A相連接的DC-DC電源電路，兩個(gè)光耦電路，接口插件和防雷電路。
[0018]所述RS-485中控接口和RS-485級聯(lián)接口包括總線驅(qū)動電路B，以及與該總線驅(qū)動電路B相連接的DC-DC電源電路，兩個(gè)光耦電路，反相電路，防雷電路和接口插件。
[0019]平面波導(dǎo)型光分路器負(fù)責(zé)將系統(tǒng)主控制板中光電轉(zhuǎn)換模塊發(fā)射單元發(fā)出的光均勻的分配到每一個(gè)光纖節(jié)點(diǎn)端口上面和將各節(jié)點(diǎn)的光信號匯聚后送到系統(tǒng)主控制板光電轉(zhuǎn)換模塊的接收端；系統(tǒng)主控制板由一路RS-232中控接口和一路RS-485中控接口、兩路RS-485級聯(lián)接口、N個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊、總線仲裁處理器組成。RS-232中控接口和RS-485中控接口主要用來實(shí)現(xiàn)與RS-485總線控制平臺(如遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)平臺)的通信連接，可以根據(jù)實(shí)際需要任選其一；兩個(gè)RS-485級聯(lián)端口，可以使一個(gè)局端設(shè)備擴(kuò)展連接兩個(gè)類似的局端設(shè)備，如果作為中間級聯(lián)設(shè)備，則一個(gè)RS-485級聯(lián)端口用于連接上行局端設(shè)備，一個(gè)用于連接下行局端設(shè)備。多個(gè)局端設(shè)備使用RS-485級聯(lián)端口可以實(shí)現(xiàn)端口數(shù)的高容量擴(kuò)展。
[0020]主控板的光電轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將總線仲裁處理器送出的TTL電平控制信號轉(zhuǎn)換成光的形式送到平面波導(dǎo)型光分路器，并將經(jīng)平面波導(dǎo)型光分路器送回來的光信號還原成總線仲裁處理器可以處理的TTL電平信號；光電轉(zhuǎn)換模塊由發(fā)射單元和接收單元組成。發(fā)射單元由激光驅(qū)動器和激光器組成；接收單元由光電二極管和放大比較電路組成。光電轉(zhuǎn)換器的發(fā)射單元的輸入端口為電平“ I”時(shí)，驅(qū)動電路驅(qū)動激光器發(fā)光，發(fā)射單元的輸入端口為電平“O”時(shí)，激光器截止，不發(fā)光；接收單元在接收有光信號輸入時(shí)，輸出高電平“ I ”，無光輸入時(shí)，輸出低電平“O”。
[0021]在RS-485中控接口總線邏輯為“O”電平時(shí)，經(jīng)過總線仲裁處理器邏輯轉(zhuǎn)換處理后，輸出邏輯“I”高電平信號，此時(shí)光電轉(zhuǎn)換模塊的光發(fā)射單元的激光器驅(qū)動器驅(qū)動激光器發(fā)出具有一定強(qiáng)度的激光信號，該信號用以代表RS-485總線邏輯“O” ；局端設(shè)備在RS-485中控接口總線邏輯為“ I”電平時(shí)，經(jīng)過總線仲裁處理器邏輯轉(zhuǎn)換處理后，輸出邏輯“O”低電平信號，光電轉(zhuǎn)換模塊的光發(fā)射單元的激光器驅(qū)動器驅(qū)動截止，迫使激光器不發(fā)出激光信號，該信號狀態(tài)代表RS-485總線邏輯“I” ；局端設(shè)備的光電轉(zhuǎn)換模塊的在光接收單元有光輸入時(shí)，輸出高電平“1”，經(jīng)過總線仲裁處理器邏輯轉(zhuǎn)換處理后，輸出邏輯“O”低電平信號，使RS-485中控接口總線輸出邏輯“0”，局端設(shè)備的光電轉(zhuǎn)換模塊的光接收單元無光輸入時(shí)，輸出低