RS—485双绞线总线与塑料光纤电信息相互转换研究与应用

摘 要：为保证电气设备及通信网络间的信息传输实现实时、可靠、高速、抗干扰的高质量通信，本文特介绍一种短距离通信线路转换系统。主要方法是：一端的RS-485总线接口模块转换成塑料光纤接口模块后再与另一端的塑料光纤接口模块转换成RS-485接口模块，两端之间的塑料光纤通信模块连接塑料光纤，组成塑料光纤传输通道，实现双向数据通信。避免了通信网络的瘫痪、故障率和通信率的较大下降，极大地提高了各设备间的信息传输效率，使传输误码率大幅下降。

关键词：高质量通信 RS-485双绞线接口 塑料光纤光电接口 转换

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（b）-0043-02

1 概述短距离通信技術的需求

电气设备及系统是电力建设的重要组成部分，其通信质量直接影响系统与设备的实时、可靠运行。当前，智能电气设备正逐步向先进性、可靠性、实时性技术升级，信息传输数字化、通信架构网络化、信息共享标准化将作为重要支撑部分，实现信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等主要功能。

为保证电气设备及通信网络间的信息传输实现实时、可靠、高速、抗干扰的高质量通信，本文特介绍一种短距离（数百米）通信线路转换系统，即RS-485总线接口模块与塑料光纤接口模块进行接口模式转换，然后通过塑料光纤进行数据传输的方式。

实现的方法是：一端的RS-485总线接口模块转换成塑料光纤接口模块后再与另一端的塑料光纤接口模块转换成RS-485接口模块，两端之间的塑料光纤通信模块连接塑料光纤，组成塑料光纤传输通道，即通过塑料光纤实现可见光（绿光：520nm；红光：650nm）双向数据通信。该项技术和方法还可用于在多个设备、终端或通信模块之间进行转换连接。在进行数据通信时，各设备或终端之间采用闭环通信，如果在工作过程中某段通信线路出现故障问题时，任何一端都可下发和获取数据命令，所述设备可以通过另一路径继续向目标设备发送输出数据命令和接收反馈结果，因此不会出现数据因某一个设备故障或断纤而无法发送或接收的现象发生，避免了通信网络的瘫痪、故障率和通信率的较大下降，极大地提高了各设备间的信息传输效率，使传输误码率大幅下降（≤10-9）。

2 背景技术

2.1 RS-485技术

目前，在短距离信息通信方式上，最常用的是RS-485双绞总线。

RS-485总线通信比较稳定，接线与调试方便，维修相对简单。但在室外容易受到空间电磁环境的干扰，若架空线路则易受雷击、浪涌的冲击，难以抗拒强电造成的电子器件大范围损坏；室内也避免不了周围较强电磁环境的干扰。可以是调制解调器（Modem）、线路适配器、信号变换器等。

RS-485能实现点到点间的连接，还可以实现一点到多点间的连接。接口在总线上是允许连接多达128～256个收发器，此外还具有双向通信的能力。这个标准规定逻辑一的电平不得低于200mV，逻辑零的电平不得低于+200 mV。两端的电压差最小为0.2V以上时有效，但只要电压范围-7～+12V之间，网络都可以正常工作。

RS-485标准的传输介质为实芯线的双绞电缆，一路双绞线可进行半双工通信，如果进行全双工通信则需使用两路（四线）双绞线。通过双绞线进行高电压差分平衡传输，最远传输距离不超过1200m。理想情况下RS-485总线需要两个上拉电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗，以防止数据传输出现错误。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”“B”端连接起来。

RS-485总线在数据传输速率较高（1200～9600bps）的短距离传输中，常用于设备连接、销售点终端（POS）、计量仪器和大型专用自动化机器等方面，通信协议遵循DL 645等协议。

2.2 塑料光纤技术

塑料光纤是一种可用于短距离通信线路的新型线缆。具有实时性好、可靠性高、可见光（绿光、红光）通信、传输损耗低、耦合效率高、容量大、重量轻、防水、不受电磁干扰、防雷电、耐腐蚀、柔韧性好、无需熔接等优异性能，是进行300m距离以内通信的理想介质，性价比很高，可弥补RS-485总线抗干扰能力的不足，必将为信息通信行业在短距离通信体系及通信设备带来革新和升级。

塑料光纤技术的优势主要有以下几点。

2.2.1 抗干扰

塑料光纤传输的物理信道是有线专用信道，链路可靠，光纤介质属绝缘材料，不会受到电磁干扰影响。

2.2.2 组网

塑料光纤具有可靠的物理链路，布线链接逻辑简单，不需复杂的组网、路由算法，只需制定好布线架构方案，做好现场综合布线，其应用效果将极大地提高传输速度，缩短抄表时间，实现实时性数据采集。

2.2.3 信息安全

塑料光纤和石英光纤都是以光信号的模式进行链路传输的，无法通过搭接手段从链路中侦听数据，安全性较高。

2.2.4 电磁污染

光纤上传送的光信号是可见光，不会对人体造成伤害和产生电磁干扰。

2.2.5 耐腐蚀

塑料光纤是由非金属材料合成的，不会受到锈蚀、盐雾、水寖等的侵蚀和影响，因而使用寿命也较长，可达20年以上。

2.2.6 安装调试

塑料光纤的安装与调试非常简便，安装时只需对准连接插头插入即可，符合相关国标和行标对通信模块的接口要求。

2.2.7 光电通信模块功耗

与传统的宿光通信模块相比较，本模块具有很多优势，比如：功耗很低、损耗很小。

2.2.8 运维服务

在运维服务方面，塑料光纤具有比传统通信技术更多的优点，在出现问题时可以快速解决、维修简便，对工作人员的技术水平要求较低，所以，在维修成本方面可以大幅降低，提高工作效率。

3 基本技术方案

一种基于塑料光纤技术实现RS-485双绞线接口与塑料光纤光电接口相互转换的模块的方法。

本申请提供一种短距离（数百米）通信线路转换系统，包括RS-485接口模块、塑料光纤接口转换模块以及塑料光纤。一端的RS-485接口模块和塑料光纤接口转换模块与另一端的RS-485接口模块和塑料光纤接口转换模块之间组成塑料光纤传输通道，即通过塑料光纤实現可见光双向数据通信；也可在多个设备或终端之间，以串行方式进行连接。在进行数据通信时，各设备或终端之间可采用闭环通信，如果在工作过程中某段通信线路出现故障问题时，任何一端都可下发和获取数据命令，所述设备可以通过另一路径继续向目标设备发送输出数据命令和接收反馈结果，因此不会出现数据因某一点故障或断纤而无法发送或接收的现象发生，避免了故障率和通信率的较大下降，极大地提高了各设备间的的信息传输效率，实现了基于塑料光纤技术的通信网络。技术水平上完全适合电气设备相互连接与通信传输的需要，提高效率，极大地提高和保证了通信质量，降低了电力成本。

4 本技术的优点

在进行数据通信时，各设备或终端之间可采用闭环通信，任何一端都可下发和获取数据命令，当其中某段通信线路出现故障时，所述设备可以通过另一路径继续向目标设备发送输出数据命令和接收反馈结果，因此不会出现数据因某一点故障或断纤而无法发送或接收的现象发生，避免了故障率和通信率的较大下降，极大地提高了各设备间的的信息传输效率。主要优点为以下几点。

（1）高速、透明传输，抗干扰性强，误码率极低，信息传输安全，无辐射。

（2）单根塑料光纤进行单芯同轴半双工通信

（3）可使RS-485总线通信方式转换为塑料光纤通信方式，是短距离传输的最可靠方式之一。

（4）安装调试与运维工作简单，不使用任何仪器。

（5）可快速解决原现场出现的通信误码率问题。

（6）某一处出现故障不会影响其他数据的传输和采集，极大地提高了采集效率。

（7）使用寿命10年以上。

5 本技术要点

（1）塑料光纤通信方式转换接入RS-485通信方式。

（2）塑料光纤实现可见光——绿光（520nm）的通信转换。

（3）多个设备间的塑料光纤短距离高速信息通信网络连接方法。

（4）基于塑料光纤技术的多设备间的通信网络。

6 技术附图

塑料光纤转485逻辑单元图如图1所示。

7 结语

本文提出的方法实现了各设备间高速、透明传输，抗干扰性强，误码率极低，信息传输安全，无辐射；使RS-485 总线通信方式转换为塑料光纤通信方式，是短距离传输的最可靠方式之一；同时，某一处出现故障不会影响其他数据的传输和采集，极大地提高了采集效率。

参考文献

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