基本信息
- 项目名称：
- 基于光纤的多功能串行通信转换器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 为满足现代工业现场的需要，解决现有工业总线的问题，改善传输效率，实现多种设备互联。拟基于光纤介质设计一种具有多协议转换功能的通信转换器。通过该转换器实现多种现场总线协议之间无缝转换；通过光电转换技术将电信号转换成光纤信号进行传输。为了光纤的充分利用，转换器中的对光纤复用技术的研究，可以实现一条光纤的全双工传输信号的功能。因此该转换器实现工业设备之间不同信号的转换及传输，扩大传输距离，提高生产效率。
- 详细介绍：
- 经过多年的发展，工业通信已经从一般通信行业中脱离出来，发展成为有自己独立体系的一整套复杂的通信系统，其不但囊括了不同设备间的通信网络，也包含多种多样的人机接口。但也带了不同通信设备对通信接口的越来越多的要求。经过我们对工业控制中数据通信设备及相关通信协议的调查与了解，发现现有工业通信中存在以下问题： 1.串行传输协议种类多，不同协议无法兼容 如现有工业通信协议主要包含UART 、CAN、RS-485等。不同的通信协议所具有的特点决定了它们之间无法兼容。又由于工业通讯规模的不断扩大，相关设备的生产厂家的数量也越来越多。不同的生产厂家生产设备所选用的通信协议不同，造成了来自不同厂家的具有不同传输协议的设备间无法进行直接数据传输。例如，具有CAN信号协议的设备无法与具有RS-485协议的设备进行数据传输。而这一现状在短期内无法解决。 2.用双绞线作为传输介质，易受外界干扰造成信号传输错误,而且大多使用屏蔽双绞线，提高了造价和重量，且安装较困难。 3.信号的传输速率受距离影响较大。 例如:CAN标准规定，在线缆为5ns大小，传输速率1Mbps信号速率时，在要求信号不衰减的情况下，最大线缆长度为40米。而RS422和RS485在19kpbs下能传输1200米。按照传输线方程的解释，通信速率越高，经电缆传输的衰减越大，有效传输距离越短。这样在高传输速率的要求下，现有信号的传输距离就会大大缩短。 针对现有工业总线中多种传输协议并存且兼容性差这一问题，通过市场调查发现，市场上已经出现了多种总线协议转换器，如RS232/RS485转换器，RS-485/CAN转换器等，但这些转换器转换功能单一，不能实现多种设备互联，造成了用户在转换设备选择上的繁琐，以及厂家在对转换设备生产材料上的浪费，不利于提高生产效率。因此现代工业现场通信需要有这样一种转换器，通过一个转换器实现通信协议之间多种转换。例如，将一种工业总线信号（RS-485、CAN信号等）方便快捷的转换成所需要的其他种类的信号。 同时，工业串行通信一般采用的通信介质为双绞线或同轴电缆等金属介质，这种传输方式容易受到外界干扰，又由于其本身存在阻抗，从而使得传输速率受到距离影响。此外，为防止干扰而增加的屏蔽措施也会大大的增加设备成本和重量。这都使得现代工业总线应用受到限制。因此要满足工业现场对信号高速率，高准确性以及远距离传输的要求。需设计具有光电转换功能的转换器，该转换器可将电信号转换成光信号，同时带有光纤接口，使用光纤作为传输介质传输光信号，最终达到信号的有效、高速、准确的传输。 综上所述，为满足现代工业现场的需要，解决现有工业总线的问题，改善传输效率，实现多种设备互联。本课题拟基于光纤介质设计一种具有多种协议转换功能的通信转换器。通过该转换器能通过多种现场总线协议之间转换以实现不同信号之间的转换；通过光电转换技术将电信号转换成光纤信号。同时为了光纤的充分利用，转换器中的对光纤复用技术的研究，可以实现一条光纤的全双工传输信号的功能。因此该转换器实现工业设备之间不同信号的转换及传输，扩大传输距离，提高生产效率。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 针对工业现场总线通信中串行协议种类繁多所造成的兼容性差，传输距离短和电磁兼容性差等问题，本项目拟设计一种可用于多种工业现场总线协议的智能转换器。该转换器采用光纤通信、信号转换、光纤复用等技术。通过多协议转换，光电转换、光纤复用和高度集成等技术，实现有较高的传输速率、多种通信传输协议智能转换、较远的传输距离、丰富的接口类型和较强的电磁兼容性等功能
科学性、先进性
- 本转换器首先利用多协议转换技术，扩充了单一转换器的功能填补了市场的空白，而且为使用不同通讯协议的设备间直接通讯建立了基础；其次利用光电转换技术将用光信号作为传输载体的光纤代替传统以电信号为传输载体的双绞线来作为传输介质。不仅提高了数据传输速率而且增加了数据传输距离，还提高了数据传输的可靠性，使得其在较苛刻的使用环境下可以得到广泛应用；最后利用光纤复用技术，不仅节约了光纤的使用量而且减轻了线缆的重量再次扩充了转换器的使用范围。而且节约成本，提高了经济效益。所以本转换器不但极大程度的提高了工业现场设备间的传输效率、传输距离等而且为构建下一代物联网系统数据通信提供了可行的参考方案。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 主动转让
作品可展示的形式
- 模型 图纸 磁盘 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本转换器技术特点：多协议转换可以增加该转换器的使用范围；光电转换功能使得信号可以增加信号的传输距离，提高信号的传输效率；光纤复用功能可以节约光纤使用量，环保经济。而本设备可以广泛使用于物联网技术，长距离的工业通讯，航天器等有特殊要求的环境，也可以在智能家居中有所应用。随着物联网等技术的发展，未来通讯的传输范围越来越广，数据传输要求越来越高，本转换器存在更多的使用价值，能给社会带来更多的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 通过市场调研发现市场上已经出现了多种总线协议转换器： RS-232/光纤转换器，RS-485转光纤，CAN/光纤转换器，RS-232转RS-485，RS-232/RS-485转CAN等。 具体产品有：上海徽亚智能科技有限公司的RS232转RS485商业级接口转换器、武汉吉阳光电科技有限公司的CAN转232总线协议转换器、武汉波仕公司的OPT-CAN型CAN/光纤转换器等。 通过对以上产品相关技术指标及性能与本项目作品相比，当前国内外同类课题及产品存在以下使用局限性： 1.转换信号标准单一，兼容性不强，只实现单一信号之间进数据的传输； 2.传输介质的限制致使信号传输速率不高，不能够适应大规模工业生产的速率要求； 3.能够传输的距离相对较短，不能满足较远距离应用； 4.其中涉及光纤转换的都为两条光纤组成，在工业控制中非常浪费，不经济； 5.转换器的制作材料质地要求不高，不能适应较特殊的应用场所。 上述的问题在其他的转化器之中也同时存在。并且这种状态一直没有得到根本性的改变。 所以在多种信号相互转换，高速、高保真传输，单光纤长距离输送等方面还有极大的改进空间和开发余地。
