一種無源分光rs-485光纖總線嵌入式終端的制作方法
【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光纖總線嵌入式終端。
【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(hào)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(hào)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(hào)方式，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號(hào)，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(huì)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(dòng)器輸出信號(hào)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(hào)地)，就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)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(hào)對總線信號(hào)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(huì)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光纖總線嵌入式終端。
[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]—種無源分光RS-485光纖總線嵌入式終端，其兩端分別連接無源分光RS-485光纖總線的無源RS-485光網(wǎng)絡(luò)局端和終端設(shè)備，其包括電源模塊，光電轉(zhuǎn)換單元，RS-485驅(qū)動(dòng)芯片，高速光耦隔離電路，無極性自動(dòng)收發(fā)換向電路和三級(jí)防雷電路，其中，光電轉(zhuǎn)換單元連接高速光耦隔離電路一端，高速光耦隔離電路另一端連接無極性自動(dòng)收發(fā)換向電路和RS-485驅(qū)動(dòng)芯片，RS-485驅(qū)動(dòng)芯片連接三級(jí)防雷電路；所述光電轉(zhuǎn)換單元包括發(fā)射單元和接收單元；發(fā)射單元包括激光驅(qū)動(dòng)器和激光器；接收單元包括光電二極管和放大比較電路。
[0012]其通過光信號(hào)與總線邏輯信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，將RS-485總線控制端的控制信號(hào)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(hào)后，由無源RS-485光網(wǎng)絡(luò)局端將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并通過光纖傳輸至嵌入式終端，嵌入式終端光信號(hào)與總線邏輯信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL邏輯信號(hào)“O”和“I”后，，經(jīng)RS-485驅(qū)動(dòng)芯片轉(zhuǎn)換為RS-485電平信號(hào)，對用戶終端設(shè)備進(jìn)行控制；其中對應(yīng)有光輸出信號(hào)為RS-485總線邏輯“O”信號(hào)，對應(yīng)無光輸出信號(hào)為RS-485總線邏輯“I”信號(hào)。
[0014]用戶終端設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)，通過嵌入式終端將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL邏輯信號(hào)“O”和“I”后，然后將TTL邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，其中對應(yīng)RS-485總線邏輯“O”信號(hào)為有光輸出信號(hào)，對應(yīng)RS-485總線邏輯“I”信號(hào)為無光輸出信號(hào)，并將光信號(hào)通過光纖傳輸至無源RS-485光網(wǎng)絡(luò)局端，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS-485總線電平或是RS-232電平信號(hào)，然后傳輸至RS-485總線控制端。
[0015]用戶終端設(shè)備沒有接收到局端設(shè)備下發(fā)的上傳數(shù)據(jù)指令時(shí)，嵌入式終端只會(huì)處于偵聽狀態(tài)，不會(huì)向總線發(fā)送任何數(shù)據(jù)，所有嵌入式終端的數(shù)據(jù)發(fā)送請求都由RS-485總線中央控制平臺(tái)仲裁處理。
[0016]嵌入式終端在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，即RS-485總線空閑，為邏輯“I”(高電平)時(shí)，光接口單元的發(fā)射機(jī)并不會(huì)發(fā)出有強(qiáng)度的激光；嵌入式終端在發(fā)送邏輯“O”(低電平)時(shí)，光接口單元的發(fā)射機(jī)會(huì)發(fā)出有一定強(qiáng)度的激光，用以代表邏輯“0”，嵌入式終端在發(fā)送邏輯“I”(高電平)時(shí)，光接口單元的發(fā)射機(jī)并不會(huì)發(fā)出有強(qiáng)度的激光。
[0017]通過有光表示RS-485總線邏輯“O”信號(hào)，無光表示RS-485總線邏輯“I”信號(hào)；總線設(shè)備在不發(fā)送信號(hào)時(shí)，自身的光電轉(zhuǎn)換單元光發(fā)射單元均不能發(fā)出超過規(guī)定強(qiáng)度的光信號(hào)出來，即在發(fā)送RS-485總線邏輯“I”時(shí)，要具備發(fā)射判斷功能，防止產(chǎn)生總線混亂而導(dǎo)致無法通信的故障。
[0018]嵌入式終端的信號(hào)輸入接口，具有RS-485電平輸入和TTL電平輸入兩種方式。
[0019]在無源分光RS-485光纖總線系統(tǒng)中的所有設(shè)備在任何時(shí)刻，不管是局端設(shè)備還是終端設(shè)備只能有允許一個(gè)設(shè)備發(fā)送信號(hào)，其它設(shè)備處于偵聽狀態(tài)。所有用戶終端設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送請求都由RS-485總線控制端裁處理，所有終端設(shè)備只有在接收到RS-485總線控制端發(fā)送的屬于自己的數(shù)據(jù)發(fā)送指令時(shí)，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，否則處于靜默偵聽狀態(tài)。
[0020]RS-485總線在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線被強(qiáng)制為邏輯“I”(高電平)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)送邏輯“I”(高電平)信號(hào)時(shí)，RS485總線電平不進(jìn)行跳變，保持邏輯“I”(高電平)狀態(tài)；而當(dāng)發(fā)送邏輯“O”(低電平)時(shí)，RS-485總線由高電平邏輯“I”電平跳變?yōu)檫壿嫛癘”(低電平)，當(dāng)發(fā)送完邏輯“O”信號(hào)后，總線邏輯狀態(tài)又恢復(fù)為邏輯“I” (高電平)并保持直到下一個(gè)邏輯“O”信號(hào)的到來。
[0021]用有光(即光電轉(zhuǎn)換器發(fā)射單元的激光器發(fā)射出具有一定強(qiáng)度的激光信號(hào))表示RS-485總線邏輯“O”信號(hào)，采用無光(即光電轉(zhuǎn)換器發(fā)射單元的激光器不發(fā)射激光出來，處于關(guān)閉狀態(tài))表示RS-485總線邏輯“I”信號(hào)；任何一個(gè)總線設(shè)備在不發(fā)送信號(hào)時(shí)，自身的光電轉(zhuǎn)換單元光發(fā)射電路均不能發(fā)出超過規(guī)定強(qiáng)度的光信號(hào)出來，即在發(fā)送邏輯“I”時(shí)，要具備發(fā)射判斷功能，防止產(chǎn)生總線混亂而導(dǎo)致無法通信的故障。
[0022]嵌入式終端中光電轉(zhuǎn)換單元的功能是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)與將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的關(guān)鍵元件，其由光發(fā)射電路和光接收電路組成。光發(fā)射電路分別由激光驅(qū)動(dòng)電路和激光器組成；光接收電路分別由光電探測器、放大電路和高速比較器組成。
[0023]當(dāng)光接收電路有光信號(hào)輸入時(shí)，光電探測器產(chǎn)生光電流，一路送到高速比較器的同相端，另一路做為參考基準(zhǔn)源送到高速比較器的反相端，高速比較器的參考基準(zhǔn)電壓是隨著光電流的強(qiáng)弱(輸入光信號(hào)的強(qiáng)弱)變化的，所以相比固定基準(zhǔn)電壓的方案，可以獲得更高的接收靈敏度，并且可以減小信號(hào)的脈寬失真，具有寬動(dòng)態(tài)范圍和低失真的優(yōu)點(diǎn)。另外光接收電路還具有信號(hào)丟失告警功能，可以將高速比較器輸出的信號(hào)取一部分經(jīng)積分處理后送到另一個(gè)比較器的反相端，與設(shè)定的同相端參考基準(zhǔn)電壓比較，當(dāng)有光信號(hào)輸入時(shí)，比