CN219322401U - 一种半双工光通信模块及其多设备通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半双工光通信模块，包括接收单元，所述接收单元包括1个光接收器U1和上拉电阻，光接收器U1将接收到的光信号转换成TTL电平信号并通过TX引脚对外输出转换后的TTL电平信号；在光接收器的输出端经上拉电阻R1连接至电源VCC。本实用新型的优点在于：采用光通信方式，抗干扰能力强；具有电路结构简单、体积小巧、成本低廉的优点；可以自动转发接收到的光信号，满足半双工总线通信的要求；应用于电磁干扰特别强烈的场合，通信可靠性较高。

Description

一种半双工光通信模块及其多设备通信系统

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，特别涉及一种半双工光通信模块及其多设备通信系统。

背景技术

在工业控制中，对通信的可靠性和抗干扰能力有很高的要求。目前工业上常用的通信接口有RS232、RS485以及CAN等。RS232为全双工通信接口，其在传统的TTL串口通信的基础上提升了信号的电压，以提升自身的抗干扰能力。但面对复杂的电磁环境，RS232的抗干扰能力依然不够理想。相比RS232，采用差分信号的RS485和CAN等半双工通信接口，其抗干扰能力和可靠性均提升了很多。但对于电磁干扰特别强烈的场合，RS485和CAN依然存在被干扰的问题。因此对于一些特殊环境，光通信具有无可替代的作用。目前大部分的光通信设备均采用复杂的调制逻辑进行信号传输，导致设备体积较大，成本较高，光路连接也比较繁琐。如专利申请号为2021116647524的一种单光纤半双工可见光通信芯片，其虽然公开了一种光通信方案，但是其电路结构复杂，无法简单可靠的实现半双工光通信的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种半双工光通信模块及其多设备通信系统，用于解决现有技术中的光通信模块成本高、结构复杂的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种半双工光通信模块，包括接收单元，所述接收单元包括1个光接收器U1和上拉电阻，光接收器U1将接收到的光信号转换成TTL电平信号并通过TX引脚对外输出转换后的TTL电平信号；在光接收器的输出端引出端子经上拉电阻R1连接至电源VCC。

所述半双工光通信模块还包括发射及转发单元；所述发射及转发单元的输入端分别连接至接收单元的输出端以及输入引脚RX，其用于将接收单元的输出信号以及输入引脚RX输入的TTL电平信号转换成光信号后发送出去。

所述发射及转发单元包括光接收器U2、开关管Q1、与非门U3以及电阻R2、R3、R4、R5；与非门U3的第一输入端分别经过电阻R3连接至光接收器U1的输出端、经过电阻R4连接至电源VCC；与非门U3的第二输入端经电阻R5连接至电源VCC；与非门U3的第二输入端连接至输入引脚RX；与非门U3的输出端连接至开关管Q1的栅极；开关管Q1的源极接地、漏极连接至光发射器U2的输入负极；光发射器U2的输入正极经电阻R2连接至电源VCC。

所述半双工光通信模块还包括上位机控制单元，上位机控制单元的输入端连接至TX引脚；上位机控制单元的输出端连接RX引脚。

所述开关管Q1为MOS管。

在电阻R3和与非门第一输入端之间设置开关S1。

一种多设备通信系统，所述系统包括多个设备，多个所述设备之间的通信采用所述的半双工光通信模块进行通信。

本实用新型的优点在于：采用光通信方式，抗干扰能力强；具有电路结构简单、体积小巧、成本低廉的优点；可以自动转发接收到的光信号，满足半双工总线通信的要求；应用于电磁干扰特别强烈的场合，通信可靠性较高。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型通信模块的电路原理图；

图2为本实用新型采用本方案通信模块实现通信的多设备通信连接示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本申请提供一种半双工光通信模块，该模块具备抗干扰能力强，体积小巧，成本低廉等特点。如图1所示，一种半双工光通信模块，包括接收单元、发射及转发单元，其电路结构具体为：接收单元包括1个光接收器U1和上拉电阻，光接收器U1将接收到的光信号转换成TTL电平信号并通过TX引脚对外输出转换后的TTL电平信号；在光接收器的输出端经上拉电阻R1连接至电源VCC。

发射及转发单元的输入端分别连接至接收单元的输出端以及输入引脚RX，其用于将接收单元的输出信号以及输入引脚RX输入的TTL电平信号转换成光信号后发送出去。

发射及转发单元包括光接收器U2、开关管Q1、与非门U3以及电阻R2、R3、R4、R5；与非门U3的第一输入端分别经过电阻R3连接至光接收器U1的输出端、经过电阻R4连接至电源VCC；与非门U3的第二输入端经电阻R5连接至电源VCC；与非门U3的第二输入端连接至输入引脚RX；与非门U3的输出端连接至开关管Q1的栅极；开关管Q1的源极接地、漏极连接至光发射器U2的输入负极；光发射器U2的输入正极经电阻R2连接至电源VCC。所述光接收器U1采用安华高的HFBR-2521Z，光发射器采用安华高的HFBR-1521Z。

其工作原理为：光接收器U1根据有无光信号来控制光接收器U1的输出导通与否；当有光信号则导通，此时TX引脚被拉低至接地，此时光信号被转换成低电平；当没有光信号时，此时光接收器U1输出不导通，则由于上拉电阻的存在此时TX引脚是高电平，这一就是可以根据光信号的有无实现将光信号转换成TTL电平信号，TTL电平信号可以被TX引脚发送出去，实现了光信号的接收。

接收并转换为TTL电平信号可以通过电阻R3将TTL电平信号转换至与非门U3的一个输入端，当低电平0对应的是接收到的一个光信号。此时为了满足光信号的转发功能，通过电阻R3将TTL电平信号引入到与非门U3的一个输入端，只要有低电平0则U3导通，U3输出高电平驱动Q1导通，光发射器U2也就导通，从而实现TTL电平信号转换为光信号的输出。当然在Q1不导通时，光发射器U2不输出，接收方根据光信号的有无通即可将其转换成TTL电平信号。当然如果不做转发使用，只需要将R3断开即可，在此在电阻R3和与非门第一输入端之间设置开关S1。根据是否需要转发TTL信号来控制开关S1的断开或闭合即可。当不需要转发时，断开S1，此时可以根据RX端输入的TTL电平来控制U3、Q1进而实现将TTL信号转换成光信号。开关管Q1对应的是一个MOS管，实现TTL信号到光信号转换的控制。

TX引脚、RX引脚分别是上位机控制单元的对应的输入端和输出端；上位机控制单元的输入端连接至TX引脚；上位机控制单元的输出端连接RX引脚。上位机控制单元一般为设备的控制器、处理器等，用于获取TTL信号或发送TTL信号，可以根据这两个引脚RX、TX进行连接。这样就可以实现光信号的通信传输。

在进行通信时可以根据是否需要转发光信号而进行手动或自动的控制开关S1的断开和闭合，开关S1可以是手动开关或电控开关等。

基于上述通信模块本申请可以实现多设备通信系统，多设备通信系统包括多个设备，多个所述设备之间的通信采用本申请的半双工光通信模块进行通信。如图1所示，为本申请的多设备通信系统的结构原理图；其中多设备包括一个主设备和多个从设备，主设备的光通信模块的光发射器U2经过光纤连接至其中一个从设备光通信模块的光接收器U1，该从设备通信模块光发射器U2与另外一个从设备通信模块的光接收器U1连接，剩余的从设备的通信模块按照串联的方式形成光纤连接回路，最后一个从设备n的通信模块的光信号发射器U2经过光纤连接至主设备光通信模块的光接收器U1，从而形成光纤环路的方式实现通信系统，主设备的通信可以下发至每一个从设备，并可以接收每一个从设备的信号，其中主设备的光通信模块的S1需要断开，其余的需要闭合。

本申请提供的半双工光通信模块的光路接口包含1个光接收器U1和1个光发送器U2，电路接口为标准的TTL串口电平信号。光接收器U1将光信号转换成TTL电平信号并通过引脚TX对外输出。无光时通过上拉电阻R1让TX引脚输出高电平，有光时TX引脚将输出低电平。因此模块光路中只传输逻辑信号0，逻辑信号1通过串口时序进行判断。

光发送器U2在开关Q1的控制下，将TTL电平信号转换成光信号发送出去。由于是半双工总线，主设备和从设备之间采用一问一答的方式通信。为了保证所有从设备均能和主设备进行通信，主设备和其他设备之间通过光纤连成一个环路，并且从设备需要将接收到的光信号转发给下一个设备，直到光回到主设备结束。

为了既能无缝转发输入的光信号，又能发送输入引脚RX上的TTL电平信号，采用一个与非门U3做逻辑处理。模块接收的光信号转换成TTL信号后，通过电阻R3输入与非门U3，同时输入引进RX的TTL信号也输入与非门U3，只要有任何一个信号为0，U3将输出高电平驱动光发送器将光信号发送出去。由于光路结束于主设备，因此主设备使用该模块，应该将电阻R3断开，不进行光信号的转发。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本模块采用光路串联的方式进行通信，连接简单，性能可靠。

2.本模块只传输逻辑信号0，逻辑信号1通过串口时序进行判断，因此没有复杂的光信号调制逻辑，极大的降低了体积和成本。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半双工光通信模块，其特征在于：包括接收单元，所述接收单元包括1个光接收器U1和上拉电阻；光接收器U1将接收到的光信号转换成TTL电平信号并在其输出端引出TX引脚，通过TX引脚对外输出转换后的TTL电平信号；光接收器的输出端经上拉电阻R1连接至电源VCC。

2.如权利要求1所述的一种半双工光通信模块，其特征在于：所述半双工光通信模块还包括发射及转发单元；所述发射及转发单元的输入端分别连接至接收单元的输出端以及输入引脚RX，其用于将接收单元的输出信号以及输入引脚RX输入的TTL电平信号转换成光信号后发送出去。

3.如权利要求2所述的一种半双工光通信模块，其特征在于：所述发射及转发单元包括光发射器U2、开关管Q1、与非门U3以及电阻R2、R3、R4、R5；与非门U3的第一输入端分别经过电阻R3连接至光接收器U1的输出端、经过电阻R4连接至电源VCC；与非门U3的第二输入端经电阻R5连接至电源VCC；与非门U3的第二输入端连接至输入引脚RX；与非门U3的输出端连接至开关管Q1的栅极；开关管Q1的源极接地、漏极连接至光发射器U2的输入负极；光发射器U2的输入正极经电阻R2连接至电源VCC。

4.如权利要求1-3任一所述的一种半双工光通信模块，其特征在于：所述半双工光通信模块还包括上位机控制单元，上位机控制单元的输入端连接至TX引脚；上位机控制单元的输出端连接RX引脚。

5.如权利要求3所述的一种半双工光通信模块，其特征在于：所述开关管Q1为MOS管。

6.如权利要求2或3所述的一种半双工光通信模块，其特征在于：在电阻R3和与非门第一输入端之间设置开关S1。

7.一种多设备通信系统，其特征在于：所述系统包括多个设备，多个所述设备之间的通信采用如权利要求1-6任一所述的半双工光通信模块进行通信。

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