一种远程I/O光纤通讯扩展模块的制作方法

一种远程i/o光纤通讯扩展模块
技术领域
1.本技术涉及工业自动化的技术领域，尤其是一种远程i/o光纤通讯扩展模块。


背景技术：

2.分散控制系统是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。集散控制系统简称dcs，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。dcs在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。
3.部分现场中分散的i/o模块之间的距离较长，而普遍使用的rs485通讯总线的通讯距离只有1200米左右，且数据在通讯过程中很容易受到干扰。


技术实现要素：

4.为了提高远距离通讯时的通讯效果，本技术提供一种远程i/o光纤通讯扩展模块。
5.本技术提供的一种远程i/o光纤通讯扩展模块，采用如下的技术方案：
6.一种远程i/o光纤通讯扩展模块，包括mcu模块、第一通讯转换模块和光纤通讯模块，所述mcu模块包括usart通讯接口，所述mcu模块通过所述usart通讯接口输出通讯信号，所述第一通讯转换模块连接于所述mcu模块上的usart通讯接口以接收通讯信号，并将通讯信号转换为供所述光纤通讯模块使用的第一信号，所述光纤通讯模块连接于所述第一通讯转换模块以传递从所述第一通讯转换模块中输出的第一信号。
7.通过采用上述技术方案，通过第一通讯转换模块将通讯模块转换为供光纤通讯模块使用的第一信号，而光纤通讯抗干扰能力强，不受电磁场的影响，且在长距离运输过程中，光纤的损耗非常低，每公里损耗在0.35db以下，比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多，故在长距离通讯的情况下效果更好。
8.优选的，还包括通讯拓展模块，所述通讯拓展模块一端连接于所述mcu模块以接收所述通讯信号，并将一个所述通讯信号进行拓展以输出多个通讯信号，所述第一通讯转换模块连接于所述通讯拓展模块以接收其中一个通讯信号。
9.通过采用上述技术方案，使用通讯拓展模块，可以实现多级级联的通讯状态，面对复杂的通讯工程可以有更多的选择性。
10.优选的，还包括第二通讯转换模块和rs485通讯模块，所述第二通讯转换模块连接于所述通讯拓展模块以接收其中一个通讯信号，并将所述通讯信号转换为供所述rs485通讯模块使用的第二信号，所述rs485通讯模块连接于所述第二通讯转换模块，并对所述第二信号进行通讯运输。
11.通过采用上述技术方案，在使用光纤通讯的同时还是用rs485通讯模块进行通讯，保证在短距离通讯或专用于rs485通讯的特殊工作情境下使用rs485线进行通讯，工作效果更丰富。
12.优选的，所述rs485通讯模块至少设置有两个，且任意rs485通讯模块皆连接于所述通讯拓展模块以接收其中一个通讯信号。
13.通过采用上述技术方案，设置多个rs485通讯模块，可以在复杂工作环境中有更多的端口进行选择，效果更好。
14.优选的，所述光纤通讯模块和所述rs485通讯模块上设置有通讯状态监测电路，所述通讯状态监测电路用于监测所述第一信号或第二信号是否进行通讯并输出相应的通讯状态信号，所述通讯状态监测电路还连接于所述mcu模块以将述通讯状态信号发送至所述mcu模块。
15.通过采用上述技术方案，通讯状态监测电路对光纤通讯模块和rs485通讯模块的通讯状态进行监测，并将监测数据发送至mcu模块进行上报和记录。
16.优选的，所述mcu模块上连接有电源监测电路，所述电源监测电路用于监测所述mcu模块上的电源值大小。
17.优选的，所述mcu模块上连接有温度监测电路，所述温度监测电路用于监测所述mcu模块上的温度大小。
18.优选的，所述通讯状态监测电路上连接有第一报警电路，所述第一报警电路接收所述通讯状态信号，并根据所述通讯状态信号进行报警；所述电源监测电路上连接有第二报警电路，所述第二报警电路根据所述mcu模块上的电源值大小进行报警；所述温度监测电路上连接有第三报警电路，所述第三报警电路根据所述mcu模块上的温度大小进行报警。
19.通过采用上述技术方案，当通讯状态出现异常，无法进行通讯时，第一报警电路进行报警；当mcu模块上电源发生异常时，第二报警电路进行报警；当mcu模块上温度较高时，第三报警电路进行报警。
20.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
21.通过将通讯信号转换为光纤通讯信号以实现远距离通讯运输；
22.将通讯信号进行拓展，以满足光纤通讯传输和多个rs485通讯传输共同工作，保证工作的灵活性；
23.对光纤通讯模块和rs485通讯模块进行监测，且在无法进行通讯时报警；当时监测mcu模块的电源状态及温度，并在电源异常或温度较高的时候进行报警。
附图说明
24.图1是本技术实施例的整体模块连接示意图；
25.图2是本技术中另一个实施例中的整体模块连接示意图；
26.图3是本技术实施例中fpga的内部模块示意图；
27.图4是本技术实施例中设置在光纤通讯模块上的通讯状态监测电路的电路连接示意图；
28.图5是本技术实施例中设置在rs485通讯模块上的通讯状态监测电路的电路连接示意图；
29.图6是本技术实施例中温度监测电路的电路连接示意图。
30.附图标记说明：1、mcu模块；2、第一通讯转换模块；3、光纤通讯模块；4、通讯拓展模块；5、第二通讯转换模块；6、rs485通讯模块；7、通讯状态监测电路；8、电源监测电路；9、温
度监测电路；10、第一报警电路；11、第二报警电路；12、第三报警电路；13、隔离电路；14、中继电路；15、限流电路。
具体实施方式
31.以下结合附图1-5对本技术作进一步详细说明。
32.本技术实施例公开一种远程i/o光纤通讯扩展模块。
33.如图1所示，一种远程i/o光纤通讯扩展模块包括mcu模块1、第一通讯转换模块2和光纤通讯模块3。
34.mcu模块1包括usart通讯接口，mcu模块1通过usart通讯接口输出通讯信号，这个通讯信号是基于usart通讯协议的通讯信号。
35.第一通讯转换模块2连接于mcu模块1上的usart通讯接口以接收通讯信号，并讲通讯信号转换为供光纤通讯模块3使用的第一信号。第一通讯转换模块2为集成光纤通讯模块3，集成光纤通讯模块3用于将基于usart通讯协议的通讯信号转换为基于光纤通讯协议的是通讯信号，也就是第一信号，使得能够通过光纤线缆进行数据通讯。
36.如图1所示，光纤通讯模块3连接于第一通讯转换模块2以接收第一信号，并对第一信号进行通讯运输。光纤通讯模块3在本实施例中为光纤线缆。
37.因为光纤线缆在数据通讯的过程中抗干扰能力强，不受电磁场的影响，且在长距离运输过程中，光纤的损耗非常低，每公里损耗在0.35db以下，比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多，故通过设置第一通讯转换模块2将usart协议下的通讯信号转化为可以通过光纤进行通讯的信号，提高了远距离通讯时的通讯效果。
38.如图2和图3所示，还包括通讯拓展模块4，通讯拓展模块4一端连接于mcu模块1以接收通讯信号，并多通讯信号进行拓展以输出等多个通讯信号，第一通讯转换模块2连接于通讯拓展模块4以接收其中一个通讯信号。
39.在本实施例中，通讯拓展模块4为fpga芯片，通过编写相应的代码可以在芯片内部搭建将一路usart接口转为6路usart接口的电路。
40.如图1所示，第一通讯转换模块2可以连接于通讯拓展模块4中的一个usart接口以接收一个通讯信号。
41.还包括第二通讯转换模块5和rs485通讯模块6。第二通讯转换模块5连接于通讯拓展模块4以接收其中一个通讯信号，并将通讯信号转换为供rs485通讯模块6使用的第二信号。rs485通讯模块6连接于第二通讯转换模块5，并对第二信号进行通讯运输。
42.第二通讯转换模块5在本实施例中为一个将usart通讯协议转换为rs485硬件通讯协议的电路，使得将基于usart通讯协议的通讯信号转换为供rs485线可以进行通讯的信号。
43.rs485通讯模块6在本实施例中为rs485线。
44.如图2和图3所示，在本实施例中，进一步的，rs485通讯模块6皆至少设置有两个，任意第二通讯转换模块5皆连接于通讯拓展模块4以接收其中一个通讯信号。
45.在本实施例中，通讯拓展模块4、第一通讯转换模块2和第二通讯转换模块5的功能皆有一个型号为gt9142的远程i/o光纤通讯模块实现，gt9142可以实现两路独立的usart通讯的输入，并分别转换为5路rs485接口输出及1路光纤通讯输出，可实现光纤远距离通讯，
并可以实现多模块1mcu多级级联通讯功能。
46.如图2和图3所示，故mcu模块1输出两路基于usart通讯协议的通讯信号，并将两路基于usart通讯协议的通讯信号分别转换为5路rs485输出和1路光纤输出，所以一种存在有2路光纤输出和10路rs485输出。操作人员可以根据具体工作场景选择使用其中几条光纤输出和rs485输出，而10路rs485输出的端口，当不输出rs485通讯时默认输出usart通讯信号。
47.如图2和图3所示，光纤通讯模块3和rs485通讯模块6上皆连接有通讯状态监测电路7，通讯状态监测电路7用于监测第一信号和第二信号是否进行通讯以输出通讯状态信号，通讯状态监测电路7连接于mcu模块1以将通讯状态信号发送至mcu模块1。
48.通讯状态监测电路7进行光纤通讯模块3和rs485通讯模块6上数据的通讯波形的回读监测，以此监控通讯的状态并将检测到的通讯状态发送至mcu模块1进行记录上报。
49.如图4和图5所示，进一步的，通讯状态监测电路7包括检测电路、延时电路和开关电路，检测电路连接于光纤通讯模块3和rs485通讯模块6以检测是否有数据进行通讯以输出检测信号，延时电路连接于检测电路以接收检测信号，并对检测信号进行预设时间的延时以输出延时信号，开关电路连接于延时电路以接收延时信号，并根据延时信号控制光纤通讯模块3和rs485通讯模块6的通讯通断。
50.当检测到光纤通讯模块3或rs485通讯模块6上数据无法进行通讯时，检测电路输出低电平信号，延时电路接收低电平信号，并对低电平信号进行一端时间的延时，以此判断数据通讯时是发生了不稳定还是发生了异常，当低电平信号维持的时间达到了延时的时间，也确定该通讯模块6rs4851mcu发生了异常，这时便发出延时信号，开关电路接收到延时信号以控制光纤通讯模块3或rs485通讯模块6关闭，减少对其他通道的影响。
51.其中，延时电路和开关电路的功能可以使用延时继电器进行实现。
52.如图2所示，通讯状态监测电路7上连接有第一报警电路10，第一报警电路10用于接收通讯状态信号，并根据通讯状态信号进行报警，当光纤通讯模块3或rs485通讯模块6无法进行数据通讯时，第一报警电路10进行报警以告知工作人员进行维修。
53.mcu模块1上连接有电源监测电路8，电源监测电路8用于监测mcu模块1上的电源值大小，以监测mcu模块1上是否发生了短路或断路等情况。
54.电源监测电路8上还连接有第二报警电路11，当发生短路或断路等情况时，第二报警电路11进行报警以告知工作人员进行维修。
55.如图2和6所示，mcu模块1上连接有温度监测电路9，温度监测电路9用于监测mcu模块1上的温度大小。温度监测电路9包括温度传感器、比较器、三极管及继电器，温度传感器用于检测muc模块1mcu上的温度以输出温度信号，比较器接收温度信号，并将温度信号与预设信号进行比较，当温度信号大于预设信号时输出高电平，当温度信号小于预设信号时输出低电平，三极管连接于比较器以接收高电平或低电平信号，当接收到高电平信号时，三极管导通，继电器导通，继电器的常闭触点断开，mcu模块1停止工作；当三极管接收到高电平信号时，三极管关断，继电器不受电，常闭触点保持闭合，mcu模块1正常工作。温度监测电路9还可以使用常用的监测控制电路，只需满足本技术的效果即可。
56.如图2所示，进一步的，温度监测电路9上连接有第三报警电路12，第三报警电路12根据mcu模块1上的温度大小进行报警，当温度较高时，第三报警电路12进行报警以告知工作人员进行维修。
57.第一报警电路、第二报警电路和第三报警电路皆为一蜂鸣器。
58.在本实施例中，还包括隔离电路13，隔离电路13一端连接于通讯拓展模块4，另一端连接于光纤通讯模块3或rs485通讯模块6，隔离电路13用于将通讯现场侧与fpga侧进行隔离，实现通讯通道之间的物理隔离，减少通讯通道之间的影响。
59.还包括中继电路14，中继电路14连接于光纤通讯模块3或rs485通讯模块6，中继电路14为对通讯模块6rs4851mcu驱动能力的中继提升，保证多级级联时的可靠性，通讯波形的稳定性。
60.如图2所示，rs485通讯模块6一端连接有限流电路15，限流电路15为供电电源进行一定的限流保护，保证在外部短路的情况下，可以实现自动关断供电，保护外部及模块1mcu内部的电气安全。
61.还包括5v稳压电路和3.3v稳压电路。5v稳压电路为一个将24vdc电压转化为稳定5vdc的稳压电路，其作用为对模块1mcu内部使用5v电压的相关器件进行供电；3.3v稳压电路是一个将5vdc电压转换为稳定3.3vdc电压的稳压电路，其作用是对mcu模块1和fpga等芯片进行供电。
62.实施原理为：
63.因为光纤线缆在数据通讯的过程中抗干扰能力强，不受电磁场的影响，且在长距离运输过程中，光纤的损耗非常低，每公里损耗在0.35db以下，比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多，故通过设置第一通讯转换模块2将usart协议下的通讯信号转化为可以通过光纤进行通讯的信号，提高了远距离通讯时的通讯效果。
64.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。