CN104753597A - 一种无源分光rs-485光纤总线接入方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无源分光RS-485光纤总线接入方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)设置RS-485总线控制端；(2)设置无源RS-485光网络局端；(3)设置无源RS-485光网络终端；(4)设置用户终端设备；(5)RS-485总线控制端发出控制信号，无源RS-485光网络局端将控制信号转换成光信号，传输至无源RS-485光网络终端，将光信号转换成RS-485总线逻辑信号，从而控制用户终端设备；(6)用户终端设备将反馈数据信号通过无源RS-485光网络终端，转换成光信号，然后通过光纤将光信号传输至无源RS-485光网络局端，由无源RS-485光网络局端将光信号转换成RS-485总线电平或是RS-232电平信号，传输至RS-485总线控制端的RS-485接口或是RS-232接口。本发明还公开了实施该方法的系统。
Description
技术领域
本发明涉及工业制造领域，具体涉及一种无源分光RS-485光纤总线接入方法，及实施该方法的系统。
背景技术
智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS-232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS-485解决了这个问题。
RS-485采用差分信号负逻辑，-2V～-6V表示“0”，+2V～+6V表示“1”。RS-485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上一般最多可以挂接32个结点。在RS-485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。连接RS-485通信链路时用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。
传统的网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。组网介质主要有双绞线电缆和光纤，双绞线电缆和光纤在构建网络时，具有如下问题：
(1)共模干扰：RS-485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有满足上述条件，整个 网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。
(2)EMI：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道(信号地)，就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。
(3)采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。
(4)采用一条双绞线电缆作总线的最大通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mbps，传输速率与传输距离成反比，在100KbpS的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。随着传输距离的增加，通信速率会急速下降，并不能保证高速远距离的通信要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种远距离、高速、大容量、采用RS-485结合光纤通信，通信可靠性高的无源分光RS-485光纤总线接入方法及实施该方法的系统。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：
一种无源分光RS-485光纤总线接入方法，其包括以下步骤：
(1)设置RS-485总线控制端；
(2)设置无源RS-485光网络局端，且无源RS-485光网络局端的一端连接RS-485总线控制端；
(3)设置无源RS-485光网络终端，且无源RS-485光网络终端的一端连接无源RS-485光网络局端的另一端；
(4)设置用户终端设备，且用户终端设备连接无源RS-485光网络终端的另一端；
(5)工作时，RS-485总线控制端发出控制信号，并通过总线传 输至无源RS-485光网络局端，无源RS-485光网络端局将控制信号转换成TTL逻辑信号后，然后根据通信逻辑，将TTL逻辑信号转换成光信号，然后由光纤，将光信号传输至无源RS-485光网络终端，无源RS-485光网络终端将光信号转换成RS-485总线逻辑电平信号，从而控制与无源RS-485光网络终端连接的用户终端设备；
(6)用户终端设备将反馈数据信号通过无源RS-485光网络终端，转换成光信号，然后通过光纤将光信号传输至无源RS-485光网络局端，由无源RS-485光网络局端将信号转换成RS-485总线电平或是RS-232电平信号，传输至RS-485总线控制端的RS-485或是RS-232接口。
所述无源RS-485光网络局端包括电源模块，主控板，多个平面波导型光分路器和多个光口，其中，所述主控板包括RS-232中控接口，RS-485中控接口，两路RS-485级联接口，多个光电转换模块和总线仲裁处理器，所述RS-232中控接口、RS-485中控接口和两路RS-485级联接口连接总线仲裁处理器和RS-485总线控制端，所述多个光电转换模块一端连接总线仲裁处理器，另一端连接平面波导型光分路器一端，平面波导型光分路器另一端连接光口。
所述无源RS-485光网络终端包括单端口RS-485光网络终端、嵌入式RS-485光网络终端和多端口RS-485光网络终端，其中，所述单端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换模块、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；嵌入式RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换单元、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；所述多端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口，光电转换模块，总线仲裁处理器，高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路，其还包括与处理芯片相连接的一路上行光纤接口、两路级联光口和两路RS-485级联接口。
所述光电转换模块将总线仲裁处理器送出的TTL电平控制信号 转换成光信号送到平面波导型光分路器，并将平面波导型光分路器送回来的光信号还原成总线仲裁处理器可以处理的TTL电平信号。
所述光电转换模块包括发射单元和接收单元；发射单元包括激光驱动器和激光器；接收单元包括光电二极管和放大比较电路，发射单元接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“0”时驱动激光器发光，发出逻辑“0”的光信号，在接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“1”时，驱动电路不驱动激光器发光，产生逻辑“1”的光信号，接收单元在接收到无源RS-485光网络终端发送来的逻辑“0”光信号，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“1”TTL高电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“0”TTL低电平信号，送到RS-485总线驱动芯片后传送到RS-485总线控制端，在没有光信号输入时，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“0”TTL低电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“1”TTL高电平信号，送到RS-485总线驱动芯片后传送到RS-485总线控制端。
所述无源RS-485光网络终端光电转换模块的接收单元将无源RS-485光网络局端发送过来的光信号转换成TTL逻辑电平信号，经相位转换后送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光由输入逻辑状态决定，对高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，并将数据发送RS-485接口芯片驱动到数据总线上；当用户终端设备通过RS-485总线发送数据时，RS-485接口芯片将RS-485电平转换成TTL逻辑电平信号送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光是由输入逻辑状态决定的，对应高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，数据相位转换后送到光电转换模块的发射单元，经局端设备送到RS-485控制端，实现数据的采集。
一种实施所述方法的系统，其包括依次连接的RS-485总线控制 端，无源RS-485光网络局端，无源RS-485光网络终端和用户终端设备，其中所述RS-485总线控制端发出控制信号，并通过总线传输至无源RS-485光网络局端，无源RS-485光网络局端将控制信号转换成TTL逻辑信号后，然后将TTL逻辑信号转换成光信号，由光纤将光信号传输至无源RS-485光网络终端，无源RS-485光网络终端将光信号转换成RS-485总线逻辑电平信号，从而控制与无源RS-485光网络终端连接的用户终端设备；用户终端设备将反馈数据信号通过无源RS-485光网络终端，转换成光信号，然后通过光纤将光信号传输至无源RS-485光网络局端，由无源RS-485光网络局端将信号转换成RS-485总线电平或是RS232电平信号，然后传输至RS-485总线控制端。
所述无源RS-485光网络局端包括电源模块，主控板，多个平面波导型光分路器和多个光口，其中，所述主控板包括RS-232中控接口，RS-485中控接口，两路RS-485级联接口，多个光电转换模块和总线仲裁处理器，所述RS-232中控接口、RS-485中控接口和两路RS-485级联接口连接总线仲裁处理器和RS-485总线控制端，所述多个光电转换模块一端连接总线仲裁处理器，另一端连接平面波导型光分路器一端，平面波导型光分路器另一端连接光口。
所述无源RS-485光网络终端包括单端口RS-485光网络终端、嵌入式RS-485光网络终端和多端口RS-485光网络终端，其中，所述单端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换模块、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；嵌入式RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换单元、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；所述多端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口，光电转换模块，总线仲裁处理器，高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路，其还包括与处理芯片相连接的一路上行光纤接口、两路级联光口和两路RS-485级联接口。
所述光电转换模块包括发射单元和接收单元；发射单元包括激光驱动器和激光器；接收单元包括光电二极管和放大比较电路，发射单元接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“0”时驱动激光器发光，发出逻辑“0”的光信号，在接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“1”时，驱动电路不驱动激光器发光，产生逻辑“1”的光信号，接收单元在接收到无源RS-485光网络终端发送来的逻辑“0”光信号，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“1”TTL高电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“0”TTL低电平信号，接收单元在接收到无源RS-485光网络终端发送来的逻辑“1”光信号，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“0”TTL高电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“1”TTL高电平信号。
所述平面波导型光分路器负责将光电转换模块发射单元发出的光均匀的分配到每一个光纤节点端口上面和将各节点的光信号送到光电转换模块的接收端；PLC分光器是一种无源器件，它们不需要外部能量，只要有输入光即可。PLC分光器的优点
(1)损耗对光波长不敏感，可以满足不同波长的传输需要。
(2)分光均匀，可以将信号均匀分配给用户。
(3)结构紧凑，体积小，可以直接安装在现有的各种交接箱内，不需留出很大的安装空间。
(4)单只器件分路通道很多，可以达到32路以上。
(5)多路成本低，分路数越多，成本优势越明显。
所述总线仲裁处理器由高密度、高速CPLD或FPGA组成，通过复杂的数字逻辑运算，完成各个RS-485光纤端口的通信逻辑控制，是整个系统的核心，总线仲裁处理器将RS-485总线控制平台发出的控制命令广播到所有光纤节点端口，让所有用户终端节点都可以接收到RS-485总线控制平台的控制指令，当用户终端设备收到属于自己 发送指令时，将需要提交的数据经过无源RS-485光网络终端转换成光信号，通过光纤链路发送到无源RS-485光网络局端的总线仲裁处理器，总线仲裁处理器按照约定的通信机制将数据正确的传送到RS-485总线控制端，从而实现数据的远程采集。
所述防雷电路由于高品质TVS瞬态抑制二极管、GAS TUBE陶瓷气体放电管、PPTC自恢复保险丝组成三级高性能抗雷击电路，GDT可以用两个陶瓷SPA090F或用用两个玻璃管SPMB201M，F1和F2为PPTC自恢复保险丝可采用K250-120U，T1、T2、T3为TVS瞬态抑制二极管可采用P6KE6.8CA。可通过IEC6100-4-54级标准1.2/50us 4KV 8/20us 2KA。
所述光电转换模块将总线仲裁处理器送出的TTL电平控制信号转换成光信号送到平面波导型光分路器，并将平面波导型光分路器送回来的光信号还原成总线仲裁处理器可以处理的TTL电平信号。
光电转换模块的接收单元将无源RS-485光网络局端发送过来的光信号转换成TTL逻辑电平信号送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光由输入逻辑状态决定，对高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，并将数据发送RS-485接口芯片驱动到数据总线上；当终端设备通过RS-485总线发送数据时，RS-485接口芯片将RS-485电平转换成TTL逻辑电平信号送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光是由输入逻辑状态决定的，对应高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，并将数据发送到光电转换模块的发射单元，实现数据的远程采集。
本发明的无源RS-485光网络通信逻辑协议：任何时刻，不管是局端设备还是终端设备只能有一个设备允许发送信号，其它设备处于侦听状态。所有终端设备的数据发送都由RS-485总线控制端控制，用户终端设备只有在接收到属于自己的发送指令时，才可以进行数据 的传送，否则处于静默侦听状态。本发明专利涉及的通信逻辑，采用有光(即光电转换器发射单元的激光器发射出具有一定强度的激光信号)表示RS-485总线逻辑“0”信号，采用无光(即光电转换器发射单元的激光器不发射激光出来，处于关闭状态)表示RS-485总线逻辑“1”信号；任何一个总线设备在不发送信号时，自身的光电转换模块光发射单元均不能发出超过规定强度的光信号出来，即在发送逻辑“1”时，要具备发射判断功能，防止产生总线混乱而导致无法通信的故障。
本发明的有益效果是：本发明的接入系统，有效解决了现有技术中，共模干扰，EMI，通信距离问题，可以传输10公里至40公里(根据平面波导型光分路器分光比而定)；通信速率与传输距离相互影响的问题；信号由于阻抗不连续造成的反射；提升系统抗雷击防护能力，采用光纤隔离所有通信节点，同时所有RS-485光网络终端均采用三级超强防雷技术，彻底解决雷击对整个系统的破坏危害。
采用PLC分光方式直接无源传输RS-485信号，无需经过协议转换，不需要改变原有的网络架构，相比采用TCP/IP网络传输方式，整个系统十分简单。采用点对多点的主--从结构，一个无源RS-485光网络局端最大可挂载128个节点，通过n个无源RS-485光网络局端的RS-485扩展接口级联可以挂载128*n个网络节点，极大的提高了系统的通信容量。以往的点对点光纤连接方式需要两个设备对接，而现采用点对多点的主--从光纤方式，多个终端设备共享一个局端设备，而且整个局端设备成本相比以往要节省很多。无源RS-485光网络局端与无源RS-485光网络终端之间采用单根单模光纤双向传输数据信号，节省光纤资源。本发明可以广泛的应用于电力系统的自动电力抄表系统、城市给水系统的水表自动抄表系统、城市燃气自动抄表系统、分布式矿井控制与监测系统、分布式桥梁监测系统、工厂自动化控制系统等相关工业控制领域。
附图说明
图1为本发明系统整体结构示意图；
图2为本发明单端口无源RS-485光网络终端示意图；
图3为本发明多端口RS-485光网络终端示意图；
图4为本发明嵌入式RS-485光网络终端示意图；
图5为本发明三级防雷电路。
具体实施方式
实施例：参见图1至图5，本实施例提供一种无源分光RS-485光纤总线接入方法，其包括以下步骤：
(1)设置RS-485总线控制端；
(2)设置无源RS-485光网络局端，且无源RS-485光网络局端的一端连接RS-485总线控制端；
(3)设置无源RS-485光网络终端，且无源RS-485光网络终端的一端连接无源RS-485光网络局端的另一端；
(4)设置用户终端设备，且用户终端设备连接无源RS-485光网络终端的另一端；
(5)工作时，RS-485总线控制端发出控制信号，并通过总线传输至无源RS-485光网络局端，无源RS-485光网络端局将控制信号转换成TTL逻辑信号后，然后根据通信逻辑，将TTL逻辑信号转换成光信号，然后由光纤，将光信号传输至无源RS-485光网络终端，无源RS-485光网络终端将光信号转换成RS-485总线逻辑电平信号，从而控制与无源RS-485光网络终端连接的用户终端设备；
(6)用户终端设备将反馈数据信号通过无源RS-485光网络终端，转换成光信号，然后通过光纤将光信号传输至无源RS-485光网络局端，由无源RS-485光网络局端将信号转换成RS-485总线电平或是RS-232电平信号，传输至RS-485总线控制端的RS-485或是RS-232接口。
所述无源RS-485光网络局端包括电源模块，主控板，多个平面波导型光分路器和多个光口，其中，所述主控板包括RS-232中控接口，RS-485中控接口，两路RS-485级联接口，多个光电转换模块和总线仲裁处理器，所述RS-232中控接口、RS-485中控接口和两路RS-485级联接口连接总线仲裁处理器和RS-485总线控制端，所述多个光电转换模块一端连接总线仲裁处理器，另一端连接平面波导型光分路器一端，平面波导型光分路器另一端连接光口。
所述无源RS-485光网络终端包括单端口RS-485光网络终端、嵌入式RS-485光网络终端和多端口RS-485光网络终端，其中，所述单端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换模块、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；嵌入式RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换单元、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；所述多端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口，光电转换模块，总线仲裁处理器，高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路，其还包括与处理芯片相连接的一路上行光纤接口、两路级联光口和两路RS-485级联接口。
所述光电转换模块将总线仲裁处理器送出的TTL电平控制信号转换成光信号送到平面波导型光分路器，并将平面波导型光分路器送回来的光信号还原成总线仲裁处理器可以处理的TTL电平信号。
所述光电转换模块包括发射单元和接收单元；发射单元包括激光驱动器和激光器；接收单元包括光电二极管和放大比较电路，发射单元接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“0”时驱动激光器发光，发出逻辑“0”的光信号，在接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“1”时，驱动电路不驱动激光器发光，产生逻辑“1”的光信号，接收单元在接收到无源RS-485光网络终端发送来的逻辑“0”光信号，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“1”TTL高电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为 逻辑“0”TTL低电平信号，送到RS-485总线驱动芯片后传送到RS-485总线控制端，在没有光信号输入时，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“0”TTL低电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“1”TTL高电平信号，送到RS-485总线驱动芯片后传送到RS-485总线控制端。
所述无源RS-485光网络终端光电转换模块的接收单元将无源RS-485光网络局端发送过来的光信号转换成TTL逻辑电平信号，经相位转换后送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光由输入逻辑状态决定，对高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，并将数据发送RS-485接口芯片驱动到数据总线上；当用户终端设备通过RS-485总线发送数据时，RS-485接口芯片将RS-485电平转换成TTL逻辑电平信号送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光是由输入逻辑状态决定的，对应高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，数据相位转换后送到光电转换模块的发射单元，经局端设备送到RS-485控制端，实现数据的采集。
一种实施所述方法的系统，其包括依次连接的RS-485总线控制端，无源RS-485光网络局端，无源RS-485光网络终端和用户终端设备，其中所述RS-485总线控制端发出控制信号，并通过总线传输至无源RS-485光网络局端，无源RS-485光网络局端将控制信号转换成TTL逻辑信号后，然后将TTL逻辑信号转换成光信号，由光纤将光信号传输至无源RS-485光网络终端，无源RS-485光网络终端将光信号转换成逻辑电平信号，从而控制与无源RS-485光网络终端连接的用户终端设备；用户终端设备将反馈数据信号通过无源RS-485光网络终端，转换成光信号，然后通过光纤将光信号传输至无源RS-485光网络局端，由无源RS-485光网络局端将信号转换成RS-485总线电平或是RS232电平信号，然后传输至RS-485总线控制端。
所述无源RS-485光网络局端包括电源模块，主控板，多个平面波导型光分路器和多个光口，其中，所述主控板包括RS-232中控接口，RS-485中控接口，两路RS-485级联接口，多个光电转换模块和总线仲裁处理器，所述RS-232中控接口、RS-485中控接口和两路RS-485级联接口连接总线仲裁处理器和RS-485总线控制端，所述多个光电转换模块一端连接总线仲裁处理器，另一端连接平面波导型光分路器一端，平面波导型光分路器另一端连接光口。
所述无源RS-485光网络终端包括单端口RS-485光网络终端、嵌入式RS-485光网络终端和多端口RS-485光网络终端，其中，所述单端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换模块、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；嵌入式RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换单元、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；所述多端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口，光电转换模块，总线仲裁处理器，高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路，其还包括与处理芯片相连接的一路上行光纤接口、两路级联光口和两路RS-485级联接口。
所述光电转换模块包括发射单元和接收单元；发射单元包括激光驱动器和激光器；接收单元包括光电二极管和放大比较电路，发射单元接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“0”时驱动激光器发光，发出逻辑“0”的光信号，在接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“1”时，驱动电路不驱动激光器发光，产生逻辑“1”的光信号，接收单元在接收到无源RS-485光网络终端发送来的逻辑“0”光信号，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“1”TTL高电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“0”TTL低电平信号，接收单元在接收到无源RS-485光网络终端发送来的逻辑“1”光信号，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“0”TTL高电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化 为逻辑“1”TTL高电平信号。
所述平面波导型光分路器负责将光电转换模块发射单元发出的光均匀的分配到每一个光纤节点端口上面和将各节点的光信号送到光电转换模块的接收端；PLC分光器是一种无源器件，它们不需要外部能量，只要有输入光即可。PLC分光器的优点
(1)损耗对光波长不敏感，可以满足不同波长的传输需要。
(2)分光均匀，可以将信号均匀分配给用户。
(3)结构紧凑，体积小，可以直接安装在现有的各种交接箱内，不需留出很大的安装空间。
(4)单只器件分路通道很多，可以达到32路以上。
(5)多路成本低，分路数越多，成本优势越明显。
所述总线仲裁处理器由高密度、高速CPLD或FPGA组成，通过复杂的数字逻辑运算，完成各个RS-485光纤端口的通信逻辑控制，是整个系统的核心，总线仲裁处理器将RS-485总线控制平台发出的控制命令广播到所有光纤节点端口，让所有用户终端节点都可以接收到RS-485总线控制平台的控制指令，当用户终端设备收到属于自己发送指令时，将需要提交的数据经过无源RS-485光网络终端转换成光信号，通过光纤链路发送到无源RS-485光网络局端的总线仲裁处理器，总线仲裁处理器按照约定的通信机制将数据正确的传送到RS-485总线控制端，从而实现数据的远程采集。
所述防雷电路由于高品质TVS瞬态抑制二极管、GAS TUBE陶瓷气体放电管、PPTC自恢复保险丝组成三级高性能抗雷击电路，GDT可以用两个陶瓷SPA090F或用用两个玻璃管SPMB201M，F1和F2为PPTC自恢复保险丝可采用K250-120U，T1、T2、T3为TVS瞬态抑制二极管可采用P6KE6.8CA。可通过IEC6100-4-54级标准1.2/50us 4KV 8/20us 2KA。
所述光电转换模块将总线仲裁处理器送出的TTL电平控制信号 转换成光信号送到平面波导型光分路器，并将平面波导型光分路器送回来的光信号还原成总线仲裁处理器可以处理的TTL电平信号。
光电转换模块的接收单元将无源RS-485光网络局端发送过来的光信号转换成TTL逻辑电平信号送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光由输入逻辑状态决定，对高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，并将数据发送RS-485接口芯片驱动到数据总线上；当终端设备通过RS-485总线发送数据时，RS-485接口芯片将RS-485电平转换成TTL逻辑电平信号送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光是由输入逻辑状态决定的，对应高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，并将数据发送到光电转换模块的发射单元，实现数据的远程采集。
本发明的无源RS-485光网络通信逻辑协议：任何时刻，不管是局端设备还是终端设备只能有一个设备允许发送信号，其它设备处于侦听状态。所有终端设备的数据发送都由RS-485总线控制端控制，用户终端设备只有在接收到属于自己的发送指令时，才可以进行数据的传送，否则处于静默侦听状态。本发明专利涉及的通信逻辑，采用有光(即光电转换器发射单元的激光器发射出具有一定强度的激光信号)表示RS-485总线逻辑“0”信号，采用无光(即光电转换器发射单元的激光器不发射激光出来，处于关闭状态)表示RS-485总线逻辑“1”信号；任何一个总线设备在不发送信号时，自身的光电转换模块光发射单元均不能发出超过规定强度的光信号出来，即在发送逻辑“1”时，要具备发射判断功能，防止产生总线混乱而导致无法通信的故障。
但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书内容所作的等效步骤及结构变化，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种无源分光RS-485光纤总线接入方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)设置RS-485总线控制端；
(2)设置无源RS-485光网络局端，且无源RS-485光网络局端的一端连接RS-485总线控制端；
(3)设置无源RS-485光网络终端，且无源RS-485光网络终端的一端连接无源RS-485光网络局端的另一端；
(4)设置用户终端设备，且用户终端设备连接无源RS-485光网络终端的另一端；
(5)工作时，RS-485总线控制端发出控制信号，并通过总线传输至无源RS-485光网络局端，无源RS-485光网络端局将控制信号转换成TTL逻辑信号后，然后根据通信逻辑，将TTL逻辑信号转换成光信号，然后由光纤，将光信号传输至无源RS-485光网络终端，无源RS-485光网络终端将光信号转换成RS-485总线逻辑电平信号，从而控制与无源RS-485光网络终端连接的用户终端设备；
(6)用户终端设备将反馈数据信号通过无源RS-485光网络终端，转换成光信号，然后通过光纤将光信号传输至无源RS-485光网络局端，由无源RS-485光网络局端将信号转换成RS-485总线电平或是RS-232电平信号，传输至RS-485总线控制端的RS-485或是RS-232接口。
2.根据权利要求1所述的无源分光RS-485光纤总线接入方法，其特征在于，所述无源RS-485光网络局端包括电源模块，主控板，多个平面波导型光分路器和多个光口，其中，所述主控板包括RS-232中控接口，RS-485中控接口，两路RS-485级联接口，多个光电转换模块和总线仲裁处理器，所述RS-232中控接口、RS-485中控接口和两路RS-485级联接口连接总线仲裁处理器和RS-485总线控制端，所述多个光电转换模块一端连接总线仲裁处理器，另一端连接平面波导型光分路器一端，平面波导型光分路器另一端连接光口。
3.根据权利要求1所述的无源分光RS-485光纤总线接入方法，其特征在于，所述无源RS-485光网络终端包括单端口RS-485光网络终端、嵌入式RS-485光网络终端和多端口RS-485光网络终端，其中，所述单端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换模块、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；嵌入式RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换单元、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；所述多端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口，光电转换模块，总线仲裁处理器，高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路，其还包括与处理芯片相连接的一路上行光纤接口、两路级联光口和两路RS-485级联接口。
4.根据权利要求2所述的无源分光RS-485光纤总线接入方法，其特征在于，所述光电转换模块将总线仲裁处理器送出的TTL电平控制信号转换成光信号送到平面波导型光分路器，并将平面波导型光分路器送回来的光信号还原成总线仲裁处理器可以处理的TTL电平信号。
5.根据权利要求2所述的无源分光RS-485光纤总线接入方法，其特征在于，所述光电转换模块包括发射单元和接收单元；发射单元包括激光驱动器和激光器；接收单元包括光电二极管和放大比较电路，发射单元接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“0”时驱动激光器发光，发出逻辑“0”的光信号，在接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“1”时，驱动电路不驱动激光器发光，产生逻辑“1”的光信号，接收单元在接收到无源RS-485光网络终端发送来的逻辑“0”光信号，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“1”TTL高电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“0”TTL低电平信号，送到RS-485总线驱动芯片后传送到RS-485总线控制端，在没有光信号输入时，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“0”TTL低电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“1”TTL高电平信号，送到RS-485总线驱动芯片后传送到RS-485总线控制端。
6.根据权利要求3所述的无源分光RS-485光纤总线接入方法，其特征在于，所述无源RS-485光网络终端光电转换模块的接收单元将无源RS-485光网络局端发送过来的光信号转换成TTL逻辑电平信号，经相位转换后送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光由输入逻辑状态决定，对高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，并将数据发送RS-485接口芯片驱动到数据总线上；当用户终端设备通过RS-485总线发送数据时，RS-485接口芯片将RS-485电平转换成TTL逻辑电平信号送到高速光耦的发光二极管引脚，发光二极管是否发光是由输入逻辑状态决定的，对应高速光耦的光敏器件，将光信号逻辑转换相应的逻辑电平输出，从而实现电气隔离，数据相位转换后送到光电转换模块的发射单元，经局端设备送到RS-485控制端，实现数据的采集。
7.一种实施权利要求1～6之一所述方法的系统，其特征在于，其包括依次连接的RS-485总线控制端，无源RS-485光网络局端，无源RS-485光网络终端和用户终端设备，其中所述RS-485总线控制端发出控制信号，并通过总线传输至无源RS-485光网络局端，无源RS-485光网络局端将控制信号转换成TTL逻辑信号后，然后将TTL逻辑信号转换成光信号，由光纤将光信号传输至无源RS-485光网络终端，无源RS-485光网络终端将光信号转换成RS-485总线逻辑电平信号，从而控制与无源RS-485光网络终端连接的用户终端设备；用户终端设备将反馈数据信号通过无源RS-485光网络终端，转换成光信号，然后通过光纤将光信号传输至无源RS-485光网络局端，由无源RS-485光网络局端将信号转换成RS-485总线电平或是RS232电平信号，然后传输至RS-485总线控制端。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述无源RS-485光网络局端包括电源模块，主控板，多个平面波导型光分路器和多个光口，其中，所述主控板包括RS-232中控接口，RS-485中控接口，两路RS-485级联接口，多个光电转换模块和总线仲裁处理器，所述RS-232中控接口、RS-485中控接口和两路RS-485级联接口连接总线仲裁处理器和RS-485总线控制端，所述多个光电转换模块一端连接总线仲裁处理器，另一端连接平面波导型光分路器一端，平面波导型光分路器另一端连接光口。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述无源RS-485光网络终端包括单端口RS-485光网络终端、嵌入式RS-485光网络终端和多端口RS-485光网络终端，其中，所述单端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换模块、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；嵌入式RS-485光网络终端包括依次连接的光口、光电转换单元、高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路；所述多端口RS-485光网络终端包括依次连接的光口，光电转换模块，总线仲裁处理器，高速光耦、RS-485接口芯片和三级防雷电路，其还包括与处理芯片相连接的一路上行光纤接口、两路级联光口和两路RS-485级联接口。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述光电转换模块包括发射单元和接收单元；发射单元包括激光驱动器和激光器；接收单元包括光电二极管和放大比较电路，发射单元接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“0”时驱动激光器发光，发出逻辑“0”的光信号，在接收到总线仲裁处理器处理过的RS-485总线逻辑电平“1”时，驱动电路不驱动激光器发光，产生逻辑“1”的光信号，接收单元在接收到无源RS-485光网络终端发送来的逻辑“0”光信号，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“1”TTL高电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“0”TTL低电平信号，接收单元在接收到无源RS-485光网络终端发送来的逻辑“1”光信号，将此光信号转换成总线仲裁处理器可以处理的逻辑“0”TTL高电平信号，总线仲裁处理器将此信号转化为逻辑“1”TTL高电平信号。
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