CN114257315B - 一种光通信模块、器件及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光通信模块、器件及系统，所述光通信模块包括：电通信单元，交换通信主板，第一光收发单元和第二光收发单元，所述第一光收发单元和第二光收发单元分别从第一器件和第二器件中接收和/或发射光信号并转换；通过所述第一光收发单元和所述第二光收发单元将与所述电通信单元连接的器件与所述第一器件和所述第二器件组成网络并具备自愈环网功能。本发明通过具有独立实现数据信号收发光电转换功能的光收发模块、和集成了多器件光信号交换处理的光通信主板，将同构和异构设备组网工程的复杂度，转化为简单的光网络总线上即插即用，省去了同构和异构网络的设计及建设、编程及组网设备和维护运营成本，具有明显的工程和产业价值。

Description

一种光通信模块、器件及系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体而言，涉及一种光通信模块、器件及系统。
背景技术
光纤通信有极好的抗射频干扰(RFI)和抗电磁干扰(EMI)以及优秀的抗背景噪声的优点，在不适合无线传输的场景以及铜缆有线传输受干扰的场景中(例如发电厂、电力设备巡检、矿井下通信等)，越来越多地被应用。
光通信模块是光纤通信系统的核心器件之一，主要作用是实现光电转换。其中：光通信模块的发送端把电信号转换为光信号，接收端把光信号转换为电信号；目前，光通信模块主要由光发射器件、光接收器件、信号处理单元、电路接口组成。
在这种两光(光发射器件和光接收器件)一电(电路接口)的光通信模块中，两个光口(光发射器件和光接收器件)只能分别单独实现发射或者接收功能，因此，一个光通信模块只能连接单个器件，将与之连接的单个器件的数据传输至云端服务器。而实际的光纤通信系统中，往往有多个器件，且多个器件之间需要组网进行数据传输，而这种组网通常比较复杂，需要专门的组网设备及网络配置，且建设维护成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明主要目的在于提出一种光通信模块、器件及系统，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提出一种光通信模块，包括：电通信单元，与所述电通信单元连接的交换通信主板，以及分别与所述交换通信主板连接的第一光收发单元和第二光收发单元，其中：
所述第一光收发单元，用于从第一器件中接收和/或发射光信号并转换；
所述第二光收发单元，用于从第二器件中接收和/或发射光信号并转换；
所述交换通信主板，用于对所述电通信单元、所述第一光收发单元和所述第二光收发单元传输的数据进行处理；
通过所述第一光收发单元和所述第二光收发单元将与所述电通信单元连接的器件与所述第一器件和所述第二器件组成网络。
根据本发明一种优选实施方式，所述交换通信主板包括：光交换模块和微处理器；
所述光交换模块，用于读取所述电通信单元、所述第一光收发单元和所述第二光收发单元传输的数据，将读取到的数据进行交换和传输；
所述微处理器，用于对光交换模块的工作状态进行配置和监测，并对所述第一光收发单元和第二光收发单元的工作状态进行监测，将监测结果发送给外部设备。
根据本发明一种优选实施方式，还包括：第一光纤和第二光纤，所述第一光收发单元通过第一光纤从第一器件中接收和/或发射光信号并转换；所述第二光收发单元通过第二光纤从第二器件中接收和/或发射光信号并转换。
根据本发明一种优选实施方式，所述交换通信主板还用于监测与所述电通信单元连接的器件的工作状态。
根据本发明一种优选实施方式，所述交换通信主板还用于监测所述第一光纤、第二光纤、以及与所述电通信单元连接的器件的工作状态。
根据本发明一种优选实施方式，所述交换通信主板还可包括：
测试仪，用于监测所述第一光纤、第二光纤、以及与所述电通信单元连接的器件的工作状态；
微处理器，还用在所述测试仪监测出工作异常时，发出警报提示。
为解决上述技术问题，本发明第二方面还提供一种内置光通信模块的器件，包括：主机壳，上述任意一种光通信模块，所述光通信模块内置于所述主机壳中。
根据本发明一种优选实施方式，所述主机壳内还设有机芯模组，所述光通信模块固定在所述机芯模组上。
根据本发明一种优选实施方式，所述机芯模组包括：机芯模组主板和设置于所述机芯模组主板上的固定机构，所述机芯模组主板与所述光通信模块的交换通信主板共用一条主板，光通信模块的电通信单元是所述主板上的走线；或者，所述光通信模块的交换通信主板固定在所述机芯模组主板上；光通信模块的电通信单元通过连接器与所述机芯模组主板连接；
所述固定机构用于分别固定光通信模块的第一光收发单元和第二光收发单元。
根据本发明一种优选实施方式，所述主机壳包括：前壳组件和后壳组件，所述后壳组件或前壳组件上与所述第一光收发单元和第二光收发单元相对应的位置上分别设有光纤门，通过所述光纤门将第一光纤和第二光纤分别插入所述第一光收发单元和第二光收发单元。
根据本发明一种优选实施方式，还包括：光纤锁紧组件，用于光纤插入光通信模块后，将光纤锁紧；
所述主机壳、光纤门、光纤锁紧组件的外表面有防水设计，所述主机壳、光纤门、光纤锁紧组件之间设有防水密封设计。
为解决上述技术问题，本发明第三方面还提供一种包含上述任一所述的多个内置光通信模块的器件的网络系统，所述网络系统还包括云端服务器，所述多个内置光通信模块的器件及云端服务器通过光通信模块之间的光纤连接组成网络。
根据本发明一种优选实施方式，所述光通信模块还用于监测与之连接的光纤、及内置光通信模块的器件的工作状态；
所述多个内置光通信模块中的一个光交换模块，用于根据各个光通信模块监测到的工作状态控制各个内置光通信模块的器件之间的数据传输。
为解决上述技术问题，本发明第四方面提供一种应用于上述网络系统的数据传输方法，所述方法包括：
光通信模块监测与之连接的内置光通信模块的器件及光纤的工作状态是否正常；
若光通信模块监测到与之连接的内置光通信模块的器件或者任一光纤的工作状态异常，控制该光通信模块将与之连接的内置光通信模块的数据通过另一个工作状态正常的光纤传输至相邻的光通信模块或者云端服务器；
若光通信模块监未测到与之连接的内置光通信模块的器件或者任一光纤的工作状态异常，控制该光通信模块将与之连接的内置光通信模块的数据通过任一光纤传输至相邻的光通信模块或者云端服务器。
为解决上述技术问题，本发明第五方面还提供一种光交换模块，所述光交换模块可执行应用于上述网络系统的数据传输方法，通过所述光交换模块与光总线组成自愈环数据通信网。
为解决上述技术问题，本发明第六方面还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被处理器执行时，实现应用于上述网络系统的数据传输方法。
本发明公开了一种光通信模块、器件及系统，其中：光通信模块的第一光收发单元和第二光收发单元均可以独立实现与其他器件之间的信号接收和/或发射，第一光收发单元从第一器件中接收和/或发射光信号并转换；第二光收发单元从第二器件中接收和/或发射光信号并转换；则通过所述第一光收发单元和所述第二光收发单元可以将与电通信单元连接的器件与所述第一器件和所述第二器件组成网络；通过通信模块主板对所述电通信单元、所述第一光收发单元和所述第二光收发单元传输的信号进行处理，从而满足多器件组网传输的需求；相较于现有技术，本发明通过具有独立实现信号接发功能的光接发模块、和集成了多器件信号处理的光通信主板，将异构设备组网工程的复杂度，转化为简单的光网络总线上即插即用，即插即成，省去了组网网络的设计及编程、以及组网设备和建设维护成本；随意扩展的网络及其网络设备，具有巨大的工程和产业价值。
本发明还将光交换模块集成于交换通信主板上，通过光交换模块读取电通信单元、第一光收发单元和第二光收发单元传输的数据，将读取到的数据进行交换和传输；通过微处理器对光交换模块的工作状态进行配置和监测，并对所述第一光收发单元和第二光收发单元的工作状态进行监测，将监测结果发送给外部设备。
本发明的交换通信主板还用于监测所述第一光纤、第二光纤、以及与所述电通信单元连接的器件的工作状态。当检测到任一光纤或者器件发生故障时，通过控制信号在各个组网器件中的传输方向，可以保证组网中每个器件的数据传输到云端服务器，实现组网自愈，满足多器件组网传输的同时，实现组网自愈的功能，即插即用，网络和网络扩展即插即成，省去了有关网络设计，中间设备和建设维护成本。
可见，本发明通过具有独立实现数据信号收发光电转换功能的光收发模块、和集成了多器件光信号交换处理的光通信主板，将同构和异构设备组网工程的复杂度，转化为简单的光网络总线上即插即用，省去了同构和异构网络的设计及建设、编程及组网设备和维护运营成本，具有明显的工程和产业价值。
附图说明
为了使本发明所解决的技术问题、采用的技术手段及取得的技术效果更加清楚，下面将参照附图详细描述本发明的具体实施例。但需声明的是，下面描述的附图仅仅是本发明的示例性实施例的附图，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1是本发明提供的光通信模块的结构框架示意图；
图2a是本发明实施例提供的一种光通信模块的结构框架示意图；
图2b是本发明实施例提供的另一种光通信模块的结构框架示意图；
图3a～3c分别是本发明实施例的一种光通信模块的物理形态结构示意图的俯视图、剖面图和仰视图；
图4是本发明实施例的一种内置光通信模块的器件的爆炸图；
图5a～5e分别是本发明实施例的一种内置光通信模块的器件的俯视图、仰视图、前视图、后视图、右视图；
图5f是本发明实施例的一种内置光通信模块的器件对光纤进行锁紧的示意图；
图6为本发明实施例一种包含内置光通信模块的器件的网络系统的组网示意图；
图7为本发明实施例一种包含内置光通信模块的器件的网络系统的物理形态组网示意图；
图8是本发明实施例的网络系统实现自愈环的物理结构示意图；
图9是本发明实施例基于光通信模块的数据传输方法的流程示意图。
具体实施方式
现在将参考附图来更加全面地描述本发明的示例性实施例，虽然各示例性实施例能够以多种具体的方式实施，但不应理解为本发明仅限于在此阐述的实施例。相反，提供这些示例性实施例是为了使本发明的内容更加完整，更加便于将发明构思全面地传达给本领域的技术人员。
在符合本发明的技术构思的前提下，在某个特定的实施例中描述的结构、性能、效果或者其他特征可以以任何合适的方式结合到一个或更多其他的实施例中。
在对于具体实施例的介绍过程中，对结构、性能、效果或者其他特征的细节描述是为了使本领域的技术人员对实施例能够充分理解。但是，并不排除本领域技术人员可以在特定情况下，以不含有上述结构、性能、效果或者其他特征的技术方案来实施本发明。
附图中的流程图仅是一种示例性的流程演示，不代表本发明的方案中必须包括流程图中的所有的内容、操作和步骤，也不代表必须按照图中所显示的的顺序执行。例如，流程图中有的操作/步骤可以分解，有的操作/步骤可以合并或部分合并，等等，在不脱离本发明的发明主旨的情况下，流程图中显示的执行顺序可以根据实际情况改变。
附图中的框图一般表示的是功能实体，并不一定必然与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
各附图中相同的附图标记表示相同或类似的元件、组件或部分，因而下文中可能省略了对相同或类似的元件、组件或部分的重复描述。还应理解，虽然本文中可能使用第一、第二、第三等表示编号的定语来描述各种器件、元件、组件或部分，但是这些器件、元件、组件或部分不应受这些定语的限制。也就是说，这些定语仅是用来将一者与另一者区分。例如，第一器件亦可称为第二器件，但不偏离本发明实质的技术方案。此外，术语“和/或”、“及/或”是指包括所列出项目中的任一个或多个的所有组合。
本发明公开了一种光通信模块、器件及系统，所述光通信模块，包括：第一光收发单元、第二光收发单元、交换通信主板和电通信单元，其中：第一光收发单元和第二光收发单元均可以独立实现与其他器件之间的信号接收和/或发射，第一光收发单元从第一器件中接收和/或发射光信号并转换；第二光收发单元从第二器件中接收和/或发射光信号并转换；则通过所述第一光收发单元和所述第二光收发单元可以将与电通信单元连接的器件与所述第一器件和所述第二器件组成网络；通过通信模块主板对所述电通信单元、所述第一光收发单元和所述第二光收发单元传输的信号进行处理，从而满足多器件组网传输的需求。
本发明所述的器件可以是光纤通信系统中可以进行数据监测的的任意模块或装置，比如：传感器、多元感应装置，物联网(Internet of things，IoT)设备等。其中，多元感应装置指：可以对多种信号进行监测、处理的装置，其中，多种信号包括但不限于：光信号、电信号、音频及超声信号、电磁信号、视觉及超视觉信号、温度及其分布，等等。本发明所述的光通信模块可以内置于所述器件之内。
请参阅图1，图1是本发明提供的光通信模块的结构框架示意图。该光通信模块可以将与之连接的器件采集到的信号(也称为数据)传输到云端服务器，其中，器件采集到的信号通常是电信号，光通信模块负责将器件采集到的电信号转换成光信号，并传送到云端服务器。如图1所述，所述光通信模块包括：第一光收发单元M1、第二光收发单元M2、分别与所述第一光收发单元M1和第二光接发电压M2连接的交换通信主板M3、以及与所述交换通信主板M3连接的电通信单元M4，其中：
所述第一光收发单元M1，用于从第一器件中接收和/或发射光信号并转换；
所述第二光收发单元M2，用于从第二器件中接收和/或发射光信号并转换；
所述交换通信主板M3，用于对所述电通信单元M4、所述第一光收发单元M1和所述第二光收发单元M2传输的信号进行处理；
通过所述第一光收发单元M1和所述第二光收发单元M2将与所述电通信单元M4连接的器件与所述第一器件和所述第二器件组成网络。
本发明实施例中，第一器件并不限于通常意义上的器件，其还可以是与第一光收发单元相连的外部器件、设备、系统或网络中任意一个；第二器件也并不限于通常意义上的器件，其还可以是与第二光收发单元相连的外部器件、设备、系统或网络中任意一个。
在一种实施方式中，如图2a所示，第一光收发单元M1和第二光收发单元M2可以是功能相同的光发射接收组件(Bi-Directional Optical Sub-Assembly，BOSA)，由光发射器模块(Transmitting Optical Sub-Assembley，TOSA)和光接收组件(Resceiving OpticalSub-Assembley，ROSA)通过同轴耦合过程集成光源的收发(LD和PIN/APD)，再加上分离器，光纤和其他组件组合而成。其中，TOSA主要完成电信号转光信号，其中光源(半导体发光二极管或激光二极管)为核心，LD芯片，监控光电二极管(MD)和其他组件封装在紧凑的结构(TO同轴封装或蝶形封装)中，然后构成TOSA。在高数据速率光纤模块中，ROSA通常将PIN或ADP光电二极管和TIA组装在密封的金属外壳，构成ROSA。
本发明的第一光收发单元M1和第二光收发单元M2在与之连接的器件中工作，其可以只接收、只发射、也可同时接收和发射信号。以第一光收发单元M1为例，其可以只从第一器件中接收光信号并将其转换为电信号，完成信号接收，也可以只从电通信模块M4中接收电信号并将其转换为光信号，完成信号发射，还可以从第一器件中接收光信号并将其转换为电信号，同时从电通信模块M4中接收电信号并将其转换为光信号，同时完成信号接收和发射。通过第一光收发单元M1和第二光收发单元M2可以实现信号在物理层及传输介质之间的传输。
所述交换通信主板M3可以包括：相互连接的光交换模块M301和微处理器M302，其中：光交换模块M301，用于读取所述电通信单元M4、所述第一光收发单元M1和所述第二光收发单元M2传输的数据，将读取到的数据进行交换和传输。示例性的，光交换模块M301可以采用千兆多端口的交换芯片。
微处理器M302，用于对光交换模块M301的工作状态进行配置和监测，并对所述第一光收发单元M1和第二光收发单元M2的工作状态进行监测，将监测结果发送给外部设备；其中，外部设备可以是：云端服务器、中央处理器，等等。示例性的，微处理器M302可以由GD32芯片实现，其中：GD32是32位MCU，是基于Arm Cortex-M3/M23/M4内核以及RISC-V内核的32位通用微控制器。但本发明并不排除其他具有数字处理功能的器件的实施方式，例如其也可以是STM32、FPGA，DSP、Marvell的88E1111微处理器，等等。微处理器M302可通过MODBUS将监测结果发送给外部设备。
进一步的，交换通信主板M3还可以包括：分别与所述微处理器M302连接的存储器M303和电源管理器M304，其中：
存储器M303，用于存储所述光通信模块工作时接收和产生的数据，还用于存储微处理器302运算产生的数据。所述存储器M303可以以任何具有可读写功能的存储器实现，例如NAND Flash Memory等。
电源管理M304，用于向光通信模块提供并管理工作电源。
进一步的，交换通信主板M3还用于监测与所述电通信单元连接的器件的工作状态，从而可以在器件工作异常时，控制信号在各个组网器件中的传输方向，可以保证组网中每个器件的数据传输到云端服务器，实现组网自愈。示例性的，交换通信主板M3可以进一步包括：分别与所述微处理器M302、存储器M303和电源管理器M304连接的测试仪M305，其中，测试仪M305能够监测所述电通信单元连接的器件的工作状态，所述工作状态可以包括：正常工作状态和异常工作状态，当与所述电通信单元M4连接的器件出现开路、短路、线缆阻抗不配、连接器坏、端子不配或者磁性差的故障时，确定其处于异常工作状态。测试仪M305具体可以根据器件的监测需要进行配置。比如：在大型室外风力发电网络，可以采用虚拟电缆检测仪(Virtual Cable Test，VCT)，VCT是利用时域反射测试技术(TimeDomainReflectometry，TDR)来远程识别潜在的线缆故障，从而减少了设备返回和服务呼叫。通过VCT可以监测到潜在的布线问题，如对交换，对极性和过度的对倾斜、以及线缆开路或任何不匹配。
所述电通信单元M4，用于在交换通信主板M3与光通信模块连接的器件之间传输数据。示例性的，电通信单元M4可以使用10/100/1000M自适应电端口单元以FPC软性排线的形式进行传输，通过TCP/IP以太网协议簇在交换通信主板M3与光通信模块连接的器件之间传输数据，当然，本发明的电通信单元M4还可以采用RS485、RS232、USB等串口通信方式实现。
在另一种实施方式中，如图2b所示，所述光通信模块还包括：第一光纤M501和第二光纤M502，所述第一光收发单元M1通过第一光纤M501从第一器件中接收和/或发射光信号并转换；所述第二光收发单元M2通过第二光纤M502从第二器件中接收和/或发射光信号并转换。
所述交换通信主板M3，还用于监测所述第一光纤M501、第二光纤M502、以及与所述电通信单元M4连接的器件的工作状态。
示例性的，如图2b，所述交换通信主板M3可以包括：相互连接的微处理器M302、测试仪M305、存储器M303和电源管理单元M304，以及与所述微处理器M302连接的光交换模块M301(图2b中未显示)，其中：
测试仪M305，用于监测所述第一光纤M501、第二光纤M502、以及与所述电通信单元M4连接的器件的工作状态。所述工作状态可以包括：正常工作状态和异常工作状态，当第一光纤M501、第二光纤M502、以及与所述电通信单元M4连接的器件中任意一个出现开路、短路、线缆阻抗不配、连接器坏、端子不配或者磁性差的故障时，确定其处于异常工作状态。
其中，测试仪M305可以根据实际需要进行配置，比如：在大型室外风力发电网络，可以采用虚拟电缆检测仪(Virtual Cable Test，VCT)，VCT是利用时域反射测试技术(TimeDomainReflectometry，TDR)来远程识别潜在的线缆故障，从而减少了设备返回和服务呼叫。通过VCT可以监测到潜在的布线问题，如对交换，对极性和过度的对倾斜、以及线缆开路或任何不匹配。
微处理器M302，还用于在所述测试仪M305监测出工作异常(即出现故障)时，发出警报提示；比如：当测试仪M305监测到任一光纤或者器件工作异常时，以指示灯的方式提示该光纤或者器件发生故障。组网器件中的根光交换模块控制信号在各个组网器件中的传输方向，保证组网中每个器件的数据传输到云端服务器，实现组网自愈。其中：根光交换模块是从组网器件的所有光交换模块中预先指定的光交换模块。
相较于现有技术，本发明至少具有如下有益效果：
1、本发明通过具有独立实现信号接发功能的光接发模块、和集成了多器件信号处理的光通信主板，将异构设备组网工程的复杂度，转化为简单的光网络总线上即插即用，省去了组网网络的设计及编程、以及组网设备和建设维护成本；随意扩展的网络及其网络设备，具有巨大的工程和产业价值。
2、本发明可以将各种类别设备的数据接口都在其设备内部转换为光通信接口直接接入光网络，适用性广。
3、本发明能够实现组网自愈的功能，省去组织自愈网络的有关网络设计，中间设备和建设维护成本；
4、本发明为嵌入式光通信模块，可以即插即用，组网简单、快捷，且可任意扩展；将异构设备的组网工程的复杂度，都转化为简单的光网络总线上即插即用，即插即成，随意扩展的网络及其网络设备，具有巨大的工程和产业价值。
可以理解的是：本发明的光交换模块可以如上述实施例那样设置在交换通信主板内，也可以独立设置于交换通信主板外，本发明不做具体限定。同时，本发明的光收发单元并不仅限于第一光收发单元、第二光收发单元，可以根据组网需要设置多个光收发单元，从而接发多个不同器件的信号，组成不同结构的网络系统。
图3a～3c分别是本发明实施例的一种光通信模块的物理形态结构示意图的俯视图、剖面图和仰视图；如图3a～3c所示，所述光通信模块包括：第一光收发单元M1，第二光收发单元M2，与所述第一光收发单元M1和第二光收发单元M2一端连接的交换通信主板M3，与所述交换通信主板M3连接的电通信单元M4，以及与第一光收发单元M1另一端连接的第一光纤M501、与第二光收发单元M2另一端连接的第二光纤M502；其中：
第一光收发单元M1和第二光收发单元M2中BOSA的发射管芯LD和接收管芯PD-TIA的物理连接方式包含但不限于金属针脚，也可以是FPC等，尾端包含但不限于是尾端适配，也可以是尾纤。
交换通信主板M3的各个功能单元以PCB板为载体，交换通信主板M3可以采用一个独立的PCB板制成，也可以和光通信模块连接的器件的主板共用一块PCB板，本发明不做具体限定。
电通信单元M4采用10/100/1000M自适应电端口单元以FPC软性排线的形式进行传输，其可以是一块柔性电路板(FlexiblePrintedCircuit，FPC)加一对24pins的板对板连接器的物理连接，也可以是排线或板对板的物理连接，等等。
第一光纤M501和第二光纤M502可以采用单芯光纤，尾纤的光纤连接器可以是PC型光纤连接器。第一光纤M501和第二光纤M502也可以采用双芯及多芯光纤，尾纤的光纤连接器包含但不限于PC型光纤连接器，也可以是FC型光纤连接器、SC型光纤连接器、ST型光纤连接器、，等等。
基于上述光通信模块，本发明还提供一种内置光通信模块的器件，示例性的，内置光通信模块的器件可以是：传感器、多元感应装置，物联网(Internet of things，IoT)设备等。所述内置光通信模块的器件包括：主机壳，以及内置于所述主机壳内的上述任意一种光通信模块。图4是本发明实施例的一种内置光通信模块的器件的爆炸图，图5a～5f分别是本发明实施例的一种内置光通信模块的器件的俯视图、仰视图、前视图、后视图、右视图和对光纤进行锁紧的示意图。
参考图4和图5a～5f，所述内置光通信模块的器件包括：主机壳、机芯模组M6、第一光收发单元M1，第二光收发单元M2，交换通信主板M3，电通信单元M4，第一光纤M501，第二光纤M502，以及光纤门M9。
示例性的，所述主机壳可以包括：前壳组件M7和后壳组件M8，用于安装固定并保护机芯模组M6以及光通信模块M3，同时将第一光纤M501和第二光纤M502的尾纤固定在主机壳内。
所述光通信模块可以通过组装的方式固定在所述机芯模组M6上。其中，所述机芯模组M6包括：机芯模组主板和设置于所述机芯模组主板上的固定机构，在一种示例中，所述机芯模组主板与所述光通信模块的交换通信主板共用一条主板，光通信模块的电通信单元是所述主板上的走线；在另一种示例中，所述光通信模块的交换通信主板固定在所述机芯模组主板上；光通信模块的电通信单元通过连接器与所述机芯模组主板连接；所述固定机构用于分别固定光通信模块的第一光收发单元M1和第二光收发单元M2，从而方便光纤M501和光纤M502的拔插及相应的定位，保证光纤插入后能正确地传输光信号。
进一步的，如图5f，所述后壳组件M8上与所述第一光收发单元M1和第二光收发单元M2相对应的位置上分别设有光纤门M9，通过所述光纤门M9将第一光纤M501和第二光纤M502分别插入所述第一光收发单元M1和第二光收发单元M2，从而方便光纤拔插，当光纤损坏或断裂需要更换的时候，打开光纤门更换光纤即可。
进一步的，如图5f，所述装置还可以包括：光纤锁紧组件M10，用于光纤插入光通信模块后，将光纤锁紧；
进一步的，为了保证上述任一内置光通信模块的器件能够在恶劣的环境下正常工作，所述主机壳、光纤门M9、光纤锁紧组件的外表面有防水设计，所述主机壳、光纤门M9、光纤锁紧组件之间设有防水密封设计。
示例性的，可以在内置光通信模块的器件主机内做IP67标准的防水防尘设计，光纤M5的尾纤的固定机构设于内置光通信模块的器件主机内。同时，在前壳组件M7和后壳组件M8的机壳上设计相应的防水结构，在前壳组件M7和后壳组件M8之间加防水硅胶圈做防水防尘的密封作用，其中，前壳组件M7和后壳组件M8可以通过锁螺丝的方式锁紧固定的。同时，后壳组件M8和光纤门M9的机壳上也设置对应的防水结构，后壳组件M8和光纤门M9之间加防水硅胶圈做防水防尘的密封作用，后壳组件M8和光纤门M9可以通过锁螺丝的方式锁紧固定。
当第一光纤M501或第二光纤M502的尾纤插入光通信模块后，安装光纤锁紧组件M10，光纤锁紧组件M10设有相应的防水防尘的结构，从而保证在光纤门M9和后壳组件M8组装后的防水防尘功能，同时也可以防止外力将光纤M5轻易地从内置光通信模块的器件主机内拉出。
基于上述内置光通信模块的器件，本发明还提供一种包含上述内置光通信模块的器件的网络系统，该网络系统可以包括：多个内置光通信模块的器件和云端服务器，所述多个内置光通信模块的器件及云端服务器通过光通信模块组成网络。其中，内置光通信模块的器件可以分布式的安装在工作现场，相邻的内置光通信模块的器件之间可以用光纤组成环形网。组网的内置光通信模块的器件的数量根据施工现场的需求确定，数量不少于一个。
图6为本发明实施例一种包含内置光通信模块的器件的网络系统的组网示意图，图7为本发明实施例一种包含内置光通信模块的器件的网络系统的物理形态组网示意图；如图6和7所示，内置光通信模块的器件S01通过光纤M501连接云端服务器，通过光纤M502连接内置光通信模块的器件S02、内置光通信模块的器件S02内置通过光纤M503连接光通信模块的装置S03、内置光通信模块的器件S03内置通过光纤M504连接光通信模块的装置S04、内置光通信模块的器件S04内置通过光纤M505连接光通信模块的装置S05、内置光通信模块的器件S05内置通过光纤M505连接光通信模块的装置S06、…、内置光通信模块的器件Snn内置通过光纤M5nn连接云端服务器，组成环网。其中，内置光通信模块的器件S01～Snn内置的光通信模块M3不只是接收和发送本装置产生的数据，还通过光交换模块M305接收和发送相邻内置光通信模块的器件传送过来的数据。
本发明实施例包含内置光通信模块的器件的网络系统可应用于风力发电机的数据监控。其中：多个内置光通信模块的器件S01～Snn分布式地安装在风力发电机的塔身、变速箱、发电机组、传送轴、叶片等不同位置组成环网，目的是获取在同一个时间点上，不同位置坐标的声音信号、震动频率、幅度、震源位置坐标、位移、速度、加速度、风速、温度、湿度、大气压值、光亮度、光波长、高清图像及视频、热成像图像及视频、3D图像及视频、毫米波雷达图像等数据，通过各个装置内置的光通信模块组成的环形网络，传送到云端服务器。云端服务器根据智能算法对采集到的信号进行特征提取，得到机舱运行状态、风轮运行状态、塔身姿态及运行状态、基础运行状态等特征，通过模型匹配诊断故障，并提出告警，通知相关人员检修维护。
由于内置光通信模块的器件在实际运行的过程中，光缆、连接器和终端都有可能出现质量问题和安装可靠性的问题。本发明实施例中，内置光通信模块的器件内置的光通信模块M3包含的虚拟线缆测试仪M304，可以监测光纤、以及内置光通信模块的器件的连接器和终端的工作状态，从而可以诊断出包括开路、短路、线缆阻抗不配、连接器坏、端子不配和磁性差等故障。基于此，本发明包含内置光通信模块的器件的网络系统组网后还可以实现自愈环的功能。图8是本发明实施例的网络系统实现自愈环的物理结构示意图。其中：内置光通信模块的器件S01通过光纤M502和S02相连，通过光纤M501和服务器C相连。内置光通信模块的器件S01内置的光通信模块M3的虚拟线缆测试仪M304，可以检测和监控的光纤包括M501和M502，以及内置光通信模块的器件S03本身的连接器和终端的工作状态。在组网的各个光交换模块中预先指定根光交换模块，通过根光交换模块根据各个光通信模块监测到的工作状态控制各个内置光通信模块的器件之间的数据传输。
以内置光通信模块的器件S02和内置光通信模块的器件S03之间的连接光纤M503为例，当光纤M503断裂，或和光纤M503连接的内置光通信模块的器件S02或者S02的连接器或者终端出现开路、短路、线缆阻抗不配、连接器坏、端子不配和磁性差等故障，内置光通信模块的器件S02内置的光通信模块M3中的虚拟线缆测试仪M304检测出异常，根光交换模块控制内置光通信模块的器件S02的数据通过光纤M502、内置光通信模块的器件S01、光纤M501传送到云端服务器C。同时，内置光通信模块的器件S03内置的光通信模块M3包含的组件虚拟线缆测试仪M304检测出异常，网络系统控制内置光通信模块的器件S03数据通过光纤M504、多元感知终端S04、光纤M505、内置光通信模块的器件S05、光纤M506光、…、纤M5nn传送到云端服务器C。
本领域技术人员可以理解，上述装置实施例中的各模块可以按照描述分布于装置中，也可以进行相应变化，分布于不同于上述实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
基于上述网络系统，本发明实施例还提供一种基于上述光通信模块的数据传输方法，其中，该网络系统包含多个光通信模块和云端服务器，所述光通信模块和所述云端服务器通过光纤组成环网，每个光通信模块内置于内置光通信模块的器件中，该方法包括：
S1、光通信模块监测与之连接的内置光通信模块的器件及光纤的工作状态是否正常；
S2、若光通信模块监测到与之连接的内置光通信模块的器件或者任一光纤的工作状态异常，控制该光通信模块将与之连接的内置光通信模块的数据通过另一个工作状态正常的光纤传输至相邻的光通信模块或者云端服务器；
S3、若光通信模块监未测到与之连接的内置光通信模块的器件或者任一光纤的工作状态异常，控制该光通信模块将与之连接的内置光通信模块的数据通过任一光纤传输至相邻的光通信模块或者云端服务器。
下面以图9中的网络系统为例对本发明实施例基于光通信模块的数据传输方法进行说明。图9的网络系统包括：光纤M501、M502、M503、M504、M505、M506、M5n～M5nn，用于连接云端服务器和内置光通信模块的器件、或者内置光通信模块的器件之间互联，其物理形态可以是光纤线。内置光通信模块的器件S01、S02、S03、S04、S05～Snn，其中：
云端服务器，可以根据智能算法对多个内置光通信模块的器件采集到的信号进行特征提取，得到机舱运行状态、风轮运行状态、塔身姿态及运行状态、基础运行状态等特征，通过模型匹配诊断故障，并提出告警，通知相关人员检修维护。同时，在组网的各个光交换模块中预先指定根光交换模块，通过根光交换模块根据各个光通信模块监测到的工作状态控制各个内置光通信模块的器件之间的数据传输。
内置光通信模块的器件在实际运行的过程中，光缆、连接器和终端都有可能出现质量问题和安装可靠性的问题。本发明实施例中，内置光通信模块的器件内置的光通信模块M3包含虚拟线缆测试仪M304，可以诊断出可能存在的问题包括开路、短路、线缆阻抗不配、连接器坏、端子不配和磁性差等问题。
以光纤M502开路为例，当内置光通信模块的器件S01内置的光通信模块M3包含的虚拟线缆测试仪M304检测到光纤M502开路，控制内置光通信模块的器件S01的数据通过光纤M501传送到云端服务器C。
同时，内置光通信模块的器件S03内置的光通信模块M3包含的虚拟线缆测试仪M304也能检测出M502开路，控制内置光通信模块的器件S02的数据通过光纤M503、内置光通信模块的器件S03、光纤M504、内置光通信模块的器件S04、光纤M505、内置光通信模块的器件S05、光纤M506传送到云端服务器C。
当内置光通信模块的器件S01内置的光通信模块M3包含的虚拟线缆测试仪M304检测到光纤M502正常，内置光通信模块的器件S01的数据可以通过M502传到内置光通信模块的器件S02，并通过内置光通信模块的器件S03\S04\S05\Snn传输数据到云端服务器C；也可以通过M501直接传输数据到服务器C。
流程图中光纤M501、光纤M502、光纤M504、光纤M505、光纤M506、光纤M5nn都存在这样的自愈环数据传输过程，本发明不一一赘述。
基于上述方法，本发明实施例还提供一种光交换模块，所述光交换模块可作为组网的根光交换模块执行上述基于光通信模块的数据传输方法，通过所述光交换模块与光总线组成自愈环数据通信网，实现网络自愈的功能。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被处理器执行时，实现上述基于光通信模块的数据传输方法。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，本发明描述的示例性实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个计算机可读的存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台数据处理设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行根据本发明的上述方法。
所述计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行电子设备、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语音的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语音包括面向对象的程序设计语音—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语音—诸如“C”语音或类似的程序设计语音。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，本发明不与任何特定计算机、虚拟装置或者电子设备固有相关，各种通用装置也可以实现本发明。以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种光通信模块，包括：电通信单元，与所述电通信单元连接的交换通信主板，以及分别与所述交换通信主板连接的第一光收发单元和第二光收发单元，其特征在于：
第一光收发单元和第二光收发单元均可以独立实现与其他器件之间的信号接收和/或发射；
所述第一光收发单元，用于从第一器件中接收和/或发射光信号并转换；第一光收发单元只从第一器件中接收光信号并将其转换为电信号，或者，只从电通信模块中接收电信号并将其转换为光信号，或者从第一器件中接收光信号并将其转换为电信号，同时从电通信模块中接收电信号并将其转换为光信号；
所述第二光收发单元，用于从第二器件中接收和/或发射光信号并转换；第二光收发单元只从第二器件中接收光信号并将其转换为电信号，或者，只从电通信模块中接收电信号并将其转换为光信号，或者从第二器件中接收光信号并将其转换为电信号，同时从电通信模块中接收电信号并将其转换为光信号；
所述交换通信主板，用于对所述电通信单元、所述第一光收发单元和所述第二光收发单元传输的数据进行处理；
通过所述第一光收发单元和所述第二光收发单元将与所述电通信单元连接的器件与所述第一器件和所述第二器件组成网络；
所述交换通信主板还用于监测与所述电通信单元连接的器件的工作状态，在器件工作异常时，控制信号在各个组网器件中的传输方向，以保证组网中每个器件的数据传输到云端服务器，实现组网自愈。
2.根据权利要求1所述的光通信模块，其特征在于，所述交换通信主板包括：光交换模块和微处理器；
所述光交换模块，用于读取所述电通信单元、所述第一光收发单元和所述第二光收发单元传输的数据，将读取到的数据进行交换和传输；
所述微处理器，用于对光交换模块的工作状态进行配置和监测，并对所述第一光收发单元和第二光收发单元的工作状态进行监测，将监测结果发送给外部设备。
3.根据权利要求1或2所述的光通信模块，其特征在于，还包括：第一光纤和第二光纤，所述第一光收发单元通过第一光纤从第一器件中接收和/或发射光信号并转换；所述第二光收发单元通过第二光纤从第二器件中接收和/或发射光信号并转换。
4.根据权利要求3所述的光通信模块，其特征在于，所述交换通信主板还用于监测所述第一光纤、第二光纤、以及与所述电通信单元连接的器件的工作状态。
5.根据权利要求3所述的光通信模块，其特征在于，所述交换通信主板还可包括：
测试仪，用于监测所述第一光纤、第二光纤、以及与所述电通信单元连接的器件的工作状态；
微处理器，还用于在所述测试仪监测出工作异常时，发出警报提示。
6.一种内置光通信模块的器件，包括：主机壳，其特征在于，还包括：如权利要求1-5任一项所述的光通信模块，所述光通信模块内置于所述主机壳中。
7.根据权利要求6所述的内置光通信模块的器件，其特征在于，所述主机壳内还设有机芯模组，所述光通信模块固定在所述机芯模组上。
8.根据权利要求7所述的内置光通信模块的器件，其特征在于，所述机芯模组包括：机芯模组主板和设置于所述机芯模组主板上的固定机构，所述机芯模组主板与所述光通信模块的交换通信主板共用一条主板，光通信模块的电通信单元是所述主板上的走线；或者，所述光通信模块的交换通信主板固定在所述机芯模组主板上；光通信模块的电通信单元通过连接器与所述机芯模组主板连接；
所述固定机构用于分别固定光通信模块的第一光收发单元和第二光收发单元。
9.根据权利要求6-8任一项所述的内置光通信模块的器件，其特征在于，所述主机壳包括：前壳组件和后壳组件，所述后壳组件或前壳组件上与所述第一光收发单元和第二光收发单元相对应的位置上分别设有光纤门，通过所述光纤门将第一光纤和第二光纤分别插入所述第一光收发单元和第二光收发单元。
10.根据权利要求9所述的内置光通信模块的器件，其特征在于，还包括：光纤锁紧组件，用于光纤插入光通信模块后，将光纤锁紧；
所述主机壳、光纤门、光纤锁紧组件的外表面有防水设计，所述主机壳、光纤门、光纤锁紧组件之间设有防水密封设计。
11.一种包含多个权利要求6-10任一项所述的内置光通信模块的器件的网络系统，其特征在于，还包括：云端服务器，所述多个内置光通信模块的器件及云端服务器通过光通信模块之间的光纤连接组成网络。
12.根据权利要求11所述的网络系统，其特征在于，所述光通信模块还用于监测与之连接的光纤、及内置光通信模块的器件的工作状态；
所述多个内置光通信模块中的一个光交换模块，用于根据各个光通信模块监测到的工作状态控制各个内置光通信模块的器件之间的数据传输。
13.一种应用于权利要求12所述的网络系统的数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：
光通信模块监测与之连接的内置光通信模块的器件及光纤的工作状态是否正常；
若光通信模块监测到与之连接的内置光通信模块的器件或者任一光纤的工作状态异常，控制该光通信模块将与之连接的内置光通信模块的数据通过另一个工作状态正常的光纤传输至相邻的光通信模块或者云端服务器；
若光通信模块监未测到与之连接的内置光通信模块的器件或者任一光纤的工作状态异常，控制该光通信模块将与之连接的内置光通信模块的数据通过任一光纤传输至相邻的光通信模块或者云端服务器。
14.一种光交换模块，其特征在于，所述光交换模块可执行权利要求13所述的方法，通过所述光交换模块与光总线组成自愈环数据通信网。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被处理器执行时，实现权利要求13所述的方法。
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