RS—485雙絞線總線與塑料光纖電信息相互轉(zhuǎn)換研究與應(yīng)用

樓華輝 李題印 姚海燕 高俊青 包拯民

摘 要：為保證電氣設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)間的信息傳輸實現(xiàn)實時、可靠、高速、抗干擾的高質(zhì)量通信，本文特介紹一種短距離通信線路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。主要方法是：一端的RS-485總線接口模塊轉(zhuǎn)換成塑料光纖接口模塊后再與另一端的塑料光纖接口模塊轉(zhuǎn)換成RS-485接口模塊，兩端之間的塑料光纖通信模塊連接塑料光纖，組成塑料光纖傳輸通道，實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信。避免了通信網(wǎng)絡(luò)的癱瘓、故障率和通信率的較大下降，極大地提高了各設(shè)備間的信息傳輸效率，使傳輸誤碼率大幅下降。

關(guān)鍵詞：高質(zhì)量通信 RS-485雙絞線接口 塑料光纖光電接口 轉(zhuǎn)換

中圖分類號：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0043-02

1 概述短距離通信技術(shù)的需求

電氣設(shè)備及系統(tǒng)是電力建設(shè)的重要組成部分，其通信質(zhì)量直接影響系統(tǒng)與設(shè)備的實時、可靠運(yùn)行。當(dāng)前，智能電氣設(shè)備正逐步向先進(jìn)性、可靠性、實時性技術(shù)升級，信息傳輸數(shù)字化、通信架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化將作為重要支撐部分，實現(xiàn)信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和檢測等主要功能。

為保證電氣設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)間的信息傳輸實現(xiàn)實時、可靠、高速、抗干擾的高質(zhì)量通信，本文特介紹一種短距離（數(shù)百米）通信線路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，即RS-485總線接口模塊與塑料光纖接口模塊進(jìn)行接口模式轉(zhuǎn)換，然后通過塑料光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?/p>

實現(xiàn)的方法是：一端的RS-485總線接口模塊轉(zhuǎn)換成塑料光纖接口模塊后再與另一端的塑料光纖接口模塊轉(zhuǎn)換成RS-485接口模塊，兩端之間的塑料光纖通信模塊連接塑料光纖，組成塑料光纖傳輸通道，即通過塑料光纖實現(xiàn)可見光（綠光：520nm；紅光：650nm）雙向數(shù)據(jù)通信。該項技術(shù)和方法還可用于在多個設(shè)備、終端或通信模塊之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換連接。在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，各設(shè)備或終端之間采用閉環(huán)通信，如果在工作過程中某段通信線路出現(xiàn)故障問題時，任何一端都可下發(fā)和獲取數(shù)據(jù)命令，所述設(shè)備可以通過另一路徑繼續(xù)向目標(biāo)設(shè)備發(fā)送輸出數(shù)據(jù)命令和接收反饋結(jié)果，因此不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)因某一個設(shè)備故障或斷纖而無法發(fā)送或接收的現(xiàn)象發(fā)生，避免了通信網(wǎng)絡(luò)的癱瘓、故障率和通信率的較大下降，極大地提高了各設(shè)備間的信息傳輸效率，使傳輸誤碼率大幅下降（≤10-9）。

2 背景技術(shù)

2.1 RS-485技術(shù)

目前，在短距離信息通信方式上，最常用的是RS-485雙絞總線。

RS-485總線通信比較穩(wěn)定，接線與調(diào)試方便，維修相對簡單。但在室外容易受到空間電磁環(huán)境的干擾，若架空線路則易受雷擊、浪涌的沖擊，難以抗拒強(qiáng)電造成的電子器件大范圍損壞；室內(nèi)也避免不了周圍較強(qiáng)電磁環(huán)境的干擾。可以是調(diào)制解調(diào)器（Modem）、線路適配器、信號變換器等。

RS-485能實現(xiàn)點到點間的連接，還可以實現(xiàn)一點到多點間的連接。接口在總線上是允許連接多達(dá)128～256個收發(fā)器，此外還具有雙向通信的能力。這個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定邏輯一的電平不得低于200mV，邏輯零的電平不得低于+200 mV。兩端的電壓差最小為0.2V以上時有效，但只要電壓范圍-7～+12V之間，網(wǎng)絡(luò)都可以正常工作。

RS-485標(biāo)準(zhǔn)的傳輸介質(zhì)為實芯線的雙絞電纜，一路雙絞線可進(jìn)行半雙工通信，如果進(jìn)行全雙工通信則需使用兩路（四線）雙絞線。通過雙絞線進(jìn)行高電壓差分平衡傳輸，最遠(yuǎn)傳輸距離不超過1200m。理想情況下RS-485總線需要兩個上拉電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗，以防止數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”“B”端連接起來。

RS-485總線在數(shù)據(jù)傳輸速率較高（1200～9600bps）的短距離傳輸中，常用于設(shè)備連接、銷售點終端（POS）、計量儀器和大型專用自動化機(jī)器等方面，通信協(xié)議遵循DL 645等協(xié)議。

2.2 塑料光纖技術(shù)

塑料光纖是一種可用于短距離通信線路的新型線纜。具有實時性好、可靠性高、可見光（綠光、紅光）通信、傳輸損耗低、耦合效率高、容量大、重量輕、防水、不受電磁干擾、防雷電、耐腐蝕、柔韌性好、無需熔接等優(yōu)異性能，是進(jìn)行300m距離以內(nèi)通信的理想介質(zhì)，性價比很高，可彌補(bǔ)RS-485總線抗干擾能力的不足，必將為信息通信行業(yè)在短距離通信體系及通信設(shè)備帶來革新和升級。

塑料光纖技術(shù)的優(yōu)勢主要有以下幾點。

2.2.1 抗干擾

塑料光纖傳輸?shù)奈锢硇诺朗怯芯€專用信道，鏈路可靠，光纖介質(zhì)屬絕緣材料，不會受到電磁干擾影響。

2.2.2 組網(wǎng)

塑料光纖具有可靠的物理鏈路，布線鏈接邏輯簡單，不需復(fù)雜的組網(wǎng)、路由算法，只需制定好布線架構(gòu)方案，做好現(xiàn)場綜合布線，其應(yīng)用效果將極大地提高傳輸速度，縮短抄表時間，實現(xiàn)實時性數(shù)據(jù)采集。

2.2.3 信息安全

塑料光纖和石英光纖都是以光信號的模式進(jìn)行鏈路傳輸?shù)模瑹o法通過搭接手段從鏈路中偵聽數(shù)據(jù)，安全性較高。

2.2.4 電磁污染

光纖上傳送的光信號是可見光，不會對人體造成傷害和產(chǎn)生電磁干擾。

2.2.5 耐腐蝕

塑料光纖是由非金屬材料合成的，不會受到銹蝕、鹽霧、水寖等的侵蝕和影響，因而使用壽命也較長，可達(dá)20年以上。

2.2.6 安裝調(diào)試

塑料光纖的安裝與調(diào)試非常簡便，安裝時只需對準(zhǔn)連接插頭插入即可，符合相關(guān)國標(biāo)和行標(biāo)對通信模塊的接口要求。

2.2.7 光電通信模塊功耗

與傳統(tǒng)的宿光通信模塊相比較，本模塊具有很多優(yōu)勢，比如：功耗很低、損耗很小。

2.2.8 運(yùn)維服務(wù)

在運(yùn)維服務(wù)方面，塑料光纖具有比傳統(tǒng)通信技術(shù)更多的優(yōu)點，在出現(xiàn)問題時可以快速解決、維修簡便，對工作人員的技術(shù)水平要求較低，所以，在維修成本方面可以大幅降低，提高工作效率。

3 基本技術(shù)方案

一種基于塑料光纖技術(shù)實現(xiàn)RS-485雙絞線接口與塑料光纖光電接口相互轉(zhuǎn)換的模塊的方法。

本申請?zhí)峁┮环N短距離（數(shù)百米）通信線路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括RS-485接口模塊、塑料光纖接口轉(zhuǎn)換模塊以及塑料光纖。一端的RS-485接口模塊和塑料光纖接口轉(zhuǎn)換模塊與另一端的RS-485接口模塊和塑料光纖接口轉(zhuǎn)換模塊之間組成塑料光纖傳輸通道，即通過塑料光纖實現(xiàn)可見光雙向數(shù)據(jù)通信；也可在多個設(shè)備或終端之間，以串行方式進(jìn)行連接。在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，各設(shè)備或終端之間可采用閉環(huán)通信，如果在工作過程中某段通信線路出現(xiàn)故障問題時，任何一端都可下發(fā)和獲取數(shù)據(jù)命令，所述設(shè)備可以通過另一路徑繼續(xù)向目標(biāo)設(shè)備發(fā)送輸出數(shù)據(jù)命令和接收反饋結(jié)果，因此不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)因某一點故障或斷纖而無法發(fā)送或接收的現(xiàn)象發(fā)生，避免了故障率和通信率的較大下降，極大地提高了各設(shè)備間的的信息傳輸效率，實現(xiàn)了基于塑料光纖技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)。技術(shù)水平上完全適合電氣設(shè)備相互連接與通信傳輸?shù)男枰岣咝剩瑯O大地提高和保證了通信質(zhì)量，降低了電力成本。

4 本技術(shù)的優(yōu)點

在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，各設(shè)備或終端之間可采用閉環(huán)通信，任何一端都可下發(fā)和獲取數(shù)據(jù)命令，當(dāng)其中某段通信線路出現(xiàn)故障時，所述設(shè)備可以通過另一路徑繼續(xù)向目標(biāo)設(shè)備發(fā)送輸出數(shù)據(jù)命令和接收反饋結(jié)果，因此不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)因某一點故障或斷纖而無法發(fā)送或接收的現(xiàn)象發(fā)生，避免了故障率和通信率的較大下降，極大地提高了各設(shè)備間的的信息傳輸效率。主要優(yōu)點為以下幾點。

（1）高速、透明傳輸，抗干擾性強(qiáng)，誤碼率極低，信息傳輸安全，無輻射。

（2）單根塑料光纖進(jìn)行單芯同軸半雙工通信

（3）可使RS-485總線通信方式轉(zhuǎn)換為塑料光纖通信方式，是短距離傳輸?shù)淖羁煽糠绞街弧?/p>

（4）安裝調(diào)試與運(yùn)維工作簡單，不使用任何儀器。

（5）可快速解決原現(xiàn)場出現(xiàn)的通信誤碼率問題。

（6）某一處出現(xiàn)故障不會影響其他數(shù)據(jù)的傳輸和采集，極大地提高了采集效率。

（7）使用壽命10年以上。

5 本技術(shù)要點

（1）塑料光纖通信方式轉(zhuǎn)換接入RS-485通信方式。

（2）塑料光纖實現(xiàn)可見光——綠光（520nm）的通信轉(zhuǎn)換。

（3）多個設(shè)備間的塑料光纖短距離高速信息通信網(wǎng)絡(luò)連接方法。

（4）基于塑料光纖技術(shù)的多設(shè)備間的通信網(wǎng)絡(luò)。

6 技術(shù)附圖

塑料光纖轉(zhuǎn)485邏輯單元圖如圖1所示。

7 結(jié)語

本文提出的方法實現(xiàn)了各設(shè)備間高速、透明傳輸，抗干擾性強(qiáng)，誤碼率極低，信息傳輸安全，無輻射；使RS-485 總線通信方式轉(zhuǎn)換為塑料光纖通信方式，是短距離傳輸?shù)淖羁煽糠绞街唬煌瑫r，某一處出現(xiàn)故障不會影響其他數(shù)據(jù)的傳輸和采集，極大地提高了采集效率。

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