CN106253984A - 光纤‑rs485信号转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤‑RS485信号转换装置，包括电源电路和依次串接的光电转换电路、控制器、电平转换电路和串口‑RS485转换电路；电源电路供电；光电转换电路将光纤信号转换为电信号输入控制器，或接收控制器电信号转换为光信号传输到光纤；控制器将光纤信号和电信号转换；电平转换电路将控制器的电信号和RS485电路的电平信号进行转换；串口‑RS485转换电路与外部RS485电路连接，将控制器发出的串口信号和外部RS485信号转换。本发明能够实现RS485信号和光纤信号之间的双向转换，适用于城市老台区设备升级，而且电路结构简单、可靠性高。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种光纤-RS485信号转换装置。
背景技术
电力行业通信方式多种多样，主要包括电力线载波、RS-485、微功率无线、无线公网、230MHz电力专网、塑料光纤等通信方式。在电力行业低压集抄建设初期，RS-485通信作为主流通信方式之一被广泛应用于现场，随着低压集抄建设和通信技术发展的不断进步，新通信技术——塑料光纤通信被逐渐应用于电力行业。
早期应用于低压集抄通信领域的RS-485通信采用两线制半双工网络模式，连接线多利用屏蔽双绞线传输，主从通信方式，即一个主机带多个从机，在综合考虑带载能力和通信效果的情况下，现场总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个节点。RS-485电气特性是采用差分信号负逻辑，逻辑"0”以两线间的电压差为+(2~6)V表示；逻辑"1"以两线间的电压差为-(2~6)V表示。而低压集抄通信领域新引进的塑料光纤通信方式，是采用一种纤芯和包层都由透明的导光高分子聚合物材料组成的圆柱体线性导光纤维传输介质，它利用光在塑料光纤介质里面进行全反射来传输光信号，实现通信。塑料光纤通信方式具有传输速度快、通信距离远以及抗干扰能力强等优点，非常适用于电磁干扰强和噪声大的电力系统通信环境。
但是，随着现有技术的发展，我国城市改造及电网设备升级的过程中，为了提高老台区内的设备升级后的抄表采集成功率，要求在保持计量设备不做改动的情况下实现老台区的升级，因此老台区中的RS485通信和新建设备之间的光纤通信就成为了老台区升级过程中的关键问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够专用于城市老台区设备升级过程的光纤-RS485信号转换装置。
本发明提供的这种光纤-RS485信号转换装置，包括电源电路、光电转换电路、控制器、电平转换电路和串口-RS485转换电路；电源电路给串口-RS485转换电路、电平转换电路、控制器和光电转换电路供电；光电转换电路、控制器、电平转换电路和串口-RS485转换电路依次串接；外部的光纤传输介质与光电转换电路连接；光电转换电路将光纤信号转换为电信号后输入到控制器，或者接收控制器发送的电信号并转换为光纤信号后传输到光纤介质上；控制器用于将光纤信号转换为电信号或者将电信号转换为光纤信号；电平转换电路用于将控制器输出的电信号转换为RS485电路的电平信号，或者将RS485电路的电平信号转换为控制器的电频信号；串口-RS485转换电路与外部RS485传输介质连接，用于将控制器发出的串口信号转换为RS485信号并通过RS485传输介质对外发送，或者接收RS485传输介质传输过来的信号并转换为串口通信信号。
所述的光纤-RS485信号转换装置还包括指示电路；指示电路与控制器和光电转换电路分别连接，用于指示控制器的运行状态和光电转换电路的运行状态。
所述的指示电路包括指示灯和限流电阻；指示灯与限流电阻串接在电源正极和控制器的I/O引脚之间，或者指示灯与限流电阻串接在电源正极和光电转换电路之间，通过指示灯的闪烁指示控制器的运行状态和光电转换电路的运行状态。
所述的电源电路包括220V整流电路和5V-3.3V直流转换电路。
所述的220V整流电路为包括变压器、整流管和保护器件在内的220V整流电路。
所述的5V-3.3V直流转换电路为型号为SPX1117的芯片构成的电路。
所述的控制器的型号为RL78/G13。
所述的光电转换电路为型号为MAX706和型号为ECOM-650S1的芯片构成的电路。
所述的串口-RS485转换电路为型号为AZRS485的芯片构成的电路。
所述的电平转换电路包括开关管、低压上拉电阻和高压上拉电阻；低压信号通过低压上拉电阻与低压电源正极连接，低压电源的正极还连接到开关管的控制端；开关管的活动端一端与低压信号连接，另一端连接高压信号，同时通过高压上拉电阻与高压电源的正极连接。
本发明提供的这种光纤-RS485信号转换装置，通过光电转换模块进行电信号和光信号之间的转换，通过控制器完成信号的解析，再通过电平转换进行不同电压等级之间的电平转换，最后通过串口-RS485转换电路完成控制器和RS485电路之间的转换，因此本发明能够实现RS485信号和光纤信号之间的双向转换，适用于城市老台区设备升级，而且电路结构简单、可靠性高。
附图说明
图1为本发明的功能模块图。
图2为本发明的电源模块中220V整流电路的电路原理图。
图3为本发明的电源模块中5V-3.3V转换电路的电路原理图。
图4为本发明的控制器的电路原理图。
图5为本发明的光电转换模块的电路原理图。
图6为本发明的串口-RS485转换电路的电路原理图。
图7为本发明的电平转换电路的电路原理图。
图8为本发明的指示电路的控制器指示电路的电路原理图。
图9为本发明的指示电路的光电转换模块指示电路的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的功能模块图：本发明提供的这种光纤-RS485信号转换装置，包括电源电路、光电转换电路、控制器、电平转换电路和串口-RS485转换电路；电源电路给串口-RS485转换电路、电平转换电路、控制器和光电转换电路供电；光电转换电路、控制器、电平转换电路和串口-RS485转换电路依次串接；外部的光纤传输介质与光电转换电路连接；光电转换电路将光纤信号转换为电信号后输入到控制器，或者接收控制器发送的电信号并转换为光纤信号后传输到光纤介质上；控制器用于将光纤信号转换为电信号或者将电信号转换为光纤信号；电平转换电路用于将控制器输出的电信号转换为RS485电路的电平信号，或者将RS485电路的电平信号转换为控制器的电频信号；串口-RS485转换电路与外部RS485传输介质连接，用于将控制器发出的串口信号转换为RS485信号并通过RS485传输介质对外发送，或者接收RS485传输介质传输过来的信号并转换为串口通信信号。
如图2所示为本发明的电源模块中220V整流电路的电路原理图：图中外部220V电源通过保险（图中标示RT1）和变压器（图中标示T1）后，再通过四个二极管构成的不控整流电路（图中标示BR1）后形成15V直流电，电容C3和C4为滤波电容。得到15V直流电后，再通过型号为L78L05的电源芯片后，得到需要的5V直流电，电容C23同样为滤波电容。
如图3所示为本发明的的电源模块中5V-3.3V转换电路的电路原理图：5V直流电通过两个滤波电容（图中标示C12和C13）后，输入到型号为SPX1117的电源芯片，芯片的1脚接地，3脚连接5V电源正极，然后芯片的2脚和4脚为输出，得到3.3V电压；3.3V电压的电源正极同样通过两个滤波电容（图中标示C22和C15）接地，同时还通过保护二极管（图中标示D7）接地进行保护。
如图4所示为本发明的控制器的电路原理图：控制器的型号为RL78/G13；芯片的3脚为充值引脚（图中标示RESET），与3.3V电源正极连接；芯片的11号引脚为电源正极引脚，直接与3.3V电源正极连接；芯片的20脚、21脚和22脚与外置的EEPROM芯片24AA020T（图中标示U4）连接，芯片U4作为控制器的外部扩展的EEPROM；芯片的41~43引脚为串口引脚，输出串口数据；芯片的27和28号引脚为与光电转换模块连接的数据输入/输出引脚；芯片的24脚为PWM引脚，输出PWM信号控制光电转换模块的工作。
如图5所示为本发明的光电转换模块的电路原理图：图中的PWM信号通过限流电阻（图中标示R11）连接开关管（图中标示V5）的控制端，开关管的活动端一端与3.3V电源连接，另一端通过滤波LC滤波电路（图中标示L2、C21和C14）连接光电转换芯片（图中标示D4，型号为ECOM-650S1）的电源端，控制器通过控制PWM信号的高电平和低电平，从而控制光电转换芯片的电源供应的有和无，从而控制光电转换芯片的工作与否。光电转换芯片的1脚和9脚之间连接一片型号为MAX706的监控芯片，光电转换电路的7脚和8脚为芯片的输入引脚和输出引脚，与控制器连接。
如图6所示为本发明的串口-RS485转换电路的电路原理图：控制器的串口输出3路信号（图中标示RXD1_P、RE/DE_P和TXD1_P），连接到型号为AZRS485的通信芯片（图中标示D2）的1脚~4脚，芯片的8脚连接5V电源，芯片的5脚接地，芯片的6脚和7脚为RS485的信号引脚，6脚通过上拉电阻（图中标示R55）与5V电源正极连接，7脚通过下拉电阻（图中标示R54）与地连接，7脚和6脚之间连接有保护二极管（图中标示V4）；芯片的6脚产生的信号通过保险（图中标示F1）后产生最终的第一路RS485信号，芯片的7脚产生的第二路信号通过保护电阻（图中标示R5）后，产生第二路RS485信号。
如图7所示为本发明的电平转换电路的电路原理图：由于控制器电路的高电平为3.3V，而RS485电路需要的高电平为5V，因此需要电平转换电路进行转换。电平转换电路由开关管（图中标示Q2）、低压上拉电阻（图中标示R20）和高压上拉电阻（图中标示R19）；低压信号通过低压上拉电阻与低压电源正极（图中标示V3P3）连接，低压电源的正极还连接到开关管的控制端；开关管的活动端一端与低压信号连接，另一端连接高压信号，同时通过高压上拉电阻与高压电源的正极（图中标示V5P0）连接。
如图8所示为本发明的指示电路的控制器指示电路的电路原理图：发光二极管的正极通过限流电阻（图中标示R10和R13）与电源正极连接，发光二极管的负极与控制器连接；控制器在工作时，通过将相应的I/O引脚至低电平，即可通过所述的发光二极管进行相应的指示。
如图9所示为本发明的指示电路的光电转换模块指示电路的电路原理图：光电转换芯片的1脚为SD引脚，其输出一路信号通过限流电阻（图中标示R8）连接开关管（图中标示V3）的控制端，开关管的活动端的一端与地连接，另一端通过限流电（图中标示R14）、发光二极管（图中标示V1）和电源正极连接；只要光电转换芯片正常工作，则发光二极管V1会发光，以指示光电转换芯片的工作状态。
Claims (10)
1.一种光纤-RS485信号转换装置，其特征在于包括电源电路、光电转换电路、控制器、电平转换电路和串口-RS485转换电路；电源电路给串口-RS485转换电路、电平转换电路、控制器和光电转换电路供电；光电转换电路、控制器、电平转换电路和串口-RS485转换电路依次串接；外部的光纤传输介质与光电转换电路连接；光电转换电路将光纤信号转换为电信号后输入到控制器，或者接收控制器发送的电信号并转换为光纤信号后传输到光纤介质上；控制器用于将光纤信号转换为电信号或者将电信号转换为光纤信号；电平转换电路用于将控制器输出的电信号转换为RS485电路的电平信号，或者将RS485电路的电平信号转换为控制器的电频信号；串口-RS485转换电路与外部RS485传输介质连接，用于将控制器发出的串口信号转换为RS485信号并通过RS485传输介质对外发送，或者接收RS485传输介质传输过来的信号并转换为串口通信信号。
2.根据权利要求1所述的光纤-RS485信号转换装置，其特征在于还包括指示电路；指示电路与控制器和光电转换电路分别连接，用于指示控制器的运行状态和光电转换电路的运行状态。
3.根据权利要求2所述的光纤-RS485信号转换装置，其特征在于所述的指示电路包括指示灯和限流电阻；指示灯与限流电阻串接在电源正极和控制器的I/O引脚之间，或者指示灯与限流电阻串接在电源正极和光电转换电路之间，通过指示灯的闪烁指示控制器的运行状态和光电转换电路的运行状态。
4.根据权利要求1~3之一所述的光纤-RS485信号转换装置，其特征在于所述的电源电路包括220V整流电路和5V-3.3V直流转换电路。
5.根据权利要求4所述的光纤-RS485信号转换装置，其特征在于所述的220V整流电路为包括变压器、整流管和保护器件在内的220V整流电路。
6.根据权利要求4所述的光纤-RS485信号转换装置，其特征在于所述的5V-3.3V直流转换电路为型号为SPX1117的芯片构成的电路。
7.根据权利要求1~3之一所述的光纤-RS485信号转换装置，其特征在于所述的控制器的型号为RL78/G13。
8.根据权利要求1~3之一所述的光纤-RS485信号转换装置，其特征在于所述的光电转换电路为型号为MAX706和型号为ECOM-650S1的芯片构成的电路。
9.根据权利要求1~3之一所述的光纤-RS485信号转换装置，其特征在于所述的串口-RS485转换电路为型号为AZRS485的芯片构成的电路。
10.根据权利要求1~3之一所述的光纤-RS485信号转换装置，其特征在于所述的电平转换电路包括开关管、低压上拉电阻和高压上拉电阻；低压信号通过低压上拉电阻与低压电源正极连接，低压电源的正极还连接到开关管的控制端；开关管的活动端一端与低压信号连接，另一端连接高压信号，同时通过高压上拉电阻与高压电源的正极连接。
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