本實(shí)用新型屬于光通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種可以安裝在RS485接口的光接口模組，具體來(lái)說(shuō)就是在設(shè)備原有的RS485接口位置直接替換為嵌入式RS485光電模組，并且不需要改動(dòng)設(shè)備原有的外觀接口大小。

背景技術(shù)：

目前，在工業(yè)控制場(chǎng)合，RS485總線因其接口簡(jiǎn)單，組網(wǎng)方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

通常的RS485（正規(guī)名稱(chēng)是TIA/EIA-485-A）是使用平衡雙線連接的。一共三條線分別為信號(hào)正、信號(hào)負(fù)和地線。因?yàn)镽S485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線（一般叫AB線），所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。

1)RS-485的電氣特性：邏輯“0”以AB兩線間的電壓差為+（2—6）V表示；邏輯“1”以AB兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。

2)RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。

3)RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

4)RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺（約1219米），而RS-485接口在總線上允許連接多達(dá)32個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

5)在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。

但RS485在使用過(guò)程中存在有如下問(wèn)題：

a)共模干擾問(wèn)題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。

b)EMI(電磁兼容性)問(wèn)題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），信號(hào)中的共模部分就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。

c)在低速、短距離、無(wú)干擾的場(chǎng)合可以采用普通的雙絞線。在高速、長(zhǎng)線傳輸時(shí)，則必須采用阻抗匹配（一般為120Ω）的RS485專(zhuān)用電纜，同時(shí)需要仔細(xì)調(diào)整兩端匹配電阻，否則系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。

d)理論上，通信速率在100Kbps及以下時(shí)，RS485的最長(zhǎng)傳輸距離可達(dá)1200米，但在實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x也因芯片及電纜的傳輸特性而所差異。

在需要高速、長(zhǎng)距離傳輸、抑制共模干擾、減少EMI輻射時(shí)，一般采用光纖為傳播介質(zhì)，設(shè)備兩端各加一個(gè)RS485光電轉(zhuǎn)換器，多模光纖的傳輸距離1公里以內(nèi)，單模光纖傳輸距離可達(dá)50公里。通用的RS485光電轉(zhuǎn)換器體積較大，需要外置，使用不方便。

針對(duì)這種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)一種嵌入式RS485光電轉(zhuǎn)換模組，用戶只要將此模塊直接安裝在原來(lái)RS485接口位置，就可以讓設(shè)備之間光纖連接。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種嵌入式RS485光電轉(zhuǎn)換模組。本實(shí)用新型在設(shè)備原有的RS485接口位置直接安裝嵌入式RS485光電轉(zhuǎn)換模組，基本不需要改變?cè)O(shè)備原有的外觀接口，可以直接將原有RS485電接口轉(zhuǎn)換為RS485光纖接口，大大減少了原先具有RS485接口的設(shè)備升級(jí)為光接口的技術(shù)難度。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種嵌入式RS485信號(hào)光電轉(zhuǎn)換模組，它包括光接口、WDM復(fù)用器、發(fā)光器、收光器、TTL高速比較器、TTL驅(qū)動(dòng)電路、MCU處理器、RS485收發(fā)芯片以及外部接口接插件，所述的嵌入式RS485信號(hào)光電轉(zhuǎn)換模組的光接口的一端連接外部光纖，光接口的另一端連接WDM復(fù)用器，WDM復(fù)用器解復(fù)用的兩路光信號(hào)分別連接發(fā)光器、收光器對(duì)應(yīng)的一組不同波長(zhǎng)的光信號(hào)端口，前述發(fā)光器、收光器的電信號(hào)接口分別連接TTL驅(qū)動(dòng)電路輸出端和TTL高速比較器的信號(hào)輸入端，TTL驅(qū)動(dòng)電路輸入端和TTL高速比較器的信號(hào)輸出端均與MCU處理器的對(duì)應(yīng)端口連接，MCU處理器與RS485收發(fā)芯片的一組TTL數(shù)據(jù)收、發(fā)端相連，RS485收發(fā)芯片連接外部接口接插件，作為RS485信號(hào)的輸入和輸出。

本實(shí)用新型還包括同步時(shí)鐘模塊和信號(hào)指示燈，所述的同步時(shí)鐘模塊和信號(hào)指示燈均與MCU處理器的對(duì)應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)端相連，前述同步時(shí)鐘模塊用于提供MCU處理器的工作時(shí)鐘、TTL輸入和輸出信號(hào)同步時(shí)鐘。

本實(shí)用新型的外部接口接插件采用通用接插件排陣，用于連接原有的RS485接口。

本實(shí)用新型的光接口采用FC、SC、ST光口。

本實(shí)用新型的信號(hào)指示燈包括電信號(hào)指示燈和光信號(hào)指示燈，MCU處理器輸出電信號(hào)顯示端和光信號(hào)顯示端分別連接電信號(hào)指示燈和光信號(hào)指示燈。

本實(shí)用新型的模組屬于嵌入式設(shè)備，能夠直接安裝在原有的RS485接口位置。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)大大減少了原先具有RS485接口的設(shè)備升級(jí)為光接口的技術(shù)難度，節(jié)省設(shè)備通信模塊的開(kāi)發(fā)時(shí)間，同時(shí)提高了穩(wěn)定性和一致性。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，首先設(shè)計(jì)一個(gè)接插件接口P1（3針接插件排針），與原有的RS485接口PINtoPIN連接，這樣模組可以直接焊接在原有的RS485器件位置，可以將外設(shè)RS485信號(hào)引入到模組內(nèi)；信號(hào)進(jìn)入模塊以后被連接到RS485收發(fā)芯片U1，通過(guò)RS485收發(fā)芯片，RS485的差分信號(hào)被轉(zhuǎn)換為T(mén)TL信號(hào)，TTL信號(hào)被送入MCU處理器U2，MCU處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步、調(diào)相、驗(yàn)證等處理，并且對(duì)信號(hào)傳輸方向作出判定，對(duì)于需要通過(guò)光纖輸出的信號(hào)，則傳輸給TTL驅(qū)動(dòng)電路D1，TTL驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光器T2 (波長(zhǎng)為λ2)，送入WDM復(fù)用器F1，復(fù)用器的光信號(hào)連接到光接口J1輸出。

從光接口J1輸入的光信號(hào)(波長(zhǎng)為λ1)被耦合進(jìn)了WDM復(fù)用器F1，該波長(zhǎng)λ2被分離出來(lái)后送入收光器（T1），收光器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為T(mén)TL信號(hào)，TTL信號(hào)被送入TTL高速比較器D2，TTL高速比較器輸出的信號(hào)被送入MCU處理器U2，MCU處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步、調(diào)相、解碼處理，然后將TTL數(shù)據(jù)信號(hào)和傳輸控制方向信號(hào)送給RS485收發(fā)芯片U1，RS485收發(fā)芯片將TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485差分信號(hào)，連接到接插件排陣P1輸出。

本實(shí)用新型RS485光電轉(zhuǎn)換模塊包括光接口（可選用標(biāo)準(zhǔn)的FC、ST、SC光纖接口）、WDM（ 采用通用的2波長(zhǎng)光波片）、發(fā)光器（可以選用臺(tái)灣光環(huán)的TMC-1C31-000）、收光器（可以選用臺(tái)灣光環(huán)的 TME-3F42-008）、TTL高速比較器（可以選用TI公司的TLV3501），TTL驅(qū)動(dòng)電路D1（可以選用TI公司的SN74LVC1G14），RS485收發(fā)芯片（可以選用TI公司的sn65hvd1780、sn65lbc176a芯片）、MCU處理器（ Xilinx 公司的XC9536），電接口接插件（選用市場(chǎng)通用3針排針）、時(shí)鐘晶振（選用表貼的 27MHZ晶振），LED顯示（選用市場(chǎng)通用表貼LED顯示）。

本實(shí)用新型的工作過(guò)程是：

如圖1所示，首先設(shè)計(jì)一個(gè)接插件接口P1（3針接插件排針），與原有的RS485接口PINtoPIN連接，這樣模組可以直接焊接在原有的RS485器件位置，可以將外設(shè)RS485信號(hào)引入到模組內(nèi)；信號(hào)進(jìn)入模塊以后被連接到RS485收發(fā)芯片U1，通過(guò)RS485收發(fā)芯片，RS485的差分信號(hào)被轉(zhuǎn)換為T(mén)TL信號(hào)，TTL信號(hào)被送入MCU處理器U2，MCU處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步、調(diào)相、驗(yàn)證等處理，判定信號(hào)傳輸方向，對(duì)于需要通過(guò)光纖輸出的信號(hào)，則傳輸給TTL驅(qū)動(dòng)電路D1，TTL驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光器T2發(fā)光(波長(zhǎng)為λ2)，送入WDM復(fù)用器F1，復(fù)用器的光信號(hào)連接到光接口J1輸出。

從光接口J1輸入的光信號(hào)(波長(zhǎng)為λ1)被耦合進(jìn)了WDM復(fù)用器F1，該波長(zhǎng)λ1被分離出來(lái)后送入收光器（T1），收光器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為T(mén)TL信號(hào)，TTL信號(hào)被送入TTL高速比較器D2，TTL高速比較器輸出的信號(hào)被送入MCU處理器U2，對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步、調(diào)相、解碼處理，然后將數(shù)據(jù)信號(hào)和傳輸控制方向信號(hào)送給RS485收發(fā)芯片U1，RS485收發(fā)芯片將TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485差分信號(hào)，連接到接插件排陣P1輸出。

MCU處理器同時(shí)輸出兩路指示燈，分別用于指示光信號(hào)輸出和RS485信號(hào)輸入的工作狀態(tài)。

同步網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘采用27MHZ的時(shí)鐘，被送入MCU處理器芯片，作為MCU的工作時(shí)鐘，在MCU處理器芯片內(nèi)部進(jìn)行輸入和輸出信號(hào)的同步及鎖相。

以上內(nèi)容描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界。

本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。