[发明专利]一种光纤现场总线通讯系统

权利要求书

1.一种光纤现场总线通讯系统，其特征在于，该系统采用分布式环形网络拓扑结构，在CAN总线基础上由多个光纤现场总线通讯装置通过光纤相互连接而成；其中，所述光纤现场总线通讯装置包括：

两个单模光模块，分别连接于现场总线控制板，作为光纤现场总线通讯装置的输入端或输出端，同时该单模光模块用于连接两个相邻的光纤现场总线通讯装置，实现光纤现场总线通讯系统的分布式环形网络拓扑结构；

一现场总线控制板，包括物理层模块、数据链路层模块和传输方式控制模块，其中物理层模块包括复杂可编程逻辑器件CPLD、光模块、有源晶振和电源模块，数据链路层模块包括CAN控制器，传输方式控制模块包括两个接口和四种传输方式，其中三种传输方式为有效控制方式；

一ARM控制主板，该ARM控制主板基于ARM9处理器和嵌入式操作系统实现，包括ARM9微处理器、RS232接口和PC104接口，ARM控制主板采用PC104插针与现场总线控制板进行数据通信，采用RS232接口与控制台主机进行数据通信；以及

一控制台主机，采用RS232接口与ARM控制主板进行数据通信，实现控制台主机对各现场设备的监控与通信，实现对工业现场的实时控制。

2.根据权利要求1所述的光纤现场总线通讯系统，其特征在于，所述光纤现场总线通讯装置通过光纤相互连接成环形网络拓扑结构，使用光信号的频率的高低代表高低电平，通过现场总线控制板上的传输方式控制模块来选择节点传输方式，通过单模光模块完成上层数字信号和光信号之间的转换，通过可编程逻辑器件CPLD实现数据链路层和物理层协议的转换，通过数据链路层模块实现应用层协议和物理层协议之间的转换，通过ARM控制主板实现应用层协议，完成上位机与现场设备之间的通讯。

3.根据权利要求1所述的光纤现场总线通讯系统，其特征在于，所述单模光模块是1×9单模收发一体模块，每个单模光模块具有两根单模光纤，采用光纤作为信息传输媒介，采用光信号作为信息传输载体。

4.根据权利要求3所述的光纤现场总线通讯系统，其特征在于，所述单模光模块只能传输一种模式的光信号，并且只能传输高频信号，采用的信息载体为高频光信号作为显性信号，低频光信号作为隐性信号。

5.根据权利要求1所述的光纤现场总线通讯系统，其特征在于，该光纤现场总线通讯系统采用分布式环形拓扑网络，根据网络拓扑情况并通过传输方式控制模块选择相应节点采用单向传输方式或双向传输方式，在某个节点或某个区域内的所有节点都出现故障时，通过改变传输方向来保证整个通讯系统的正常运行。

6.根据权利要求1所述的光纤现场总线通讯系统，其特征在于，所述光纤现场总线通讯装置的物理层协议由CPLD及单模光模块来实现，具体包括：

通过单模光模块将上一节点传来的高低频率光信号转换成相应频率的数字信号进入CPLD，通过CPLD内部组合逻辑和时序逻辑将有用信息分析出来并传给本地节点，完成解调过程；通过CPLD内部的组合逻辑和时序逻辑将本地节点的有用信息转换成不同频率的数字信号，并通过单模光模块将不同频率的数字信号转换成相应频率的光信号，完成调制过程。

7.根据权利要求1所述的光纤现场总线通讯系统，其特征在于，所述光纤现场总线通讯装置的数据链路层由CAN控制器来实现，具体包括：

CPLD解调后的信息通过CAN控制器传输到本地节点的ARM控制器中，同时本地控制器的信息通过CAN控制器传送到CPLD中进行调制，实现物理层与应用层之间的连接。

8.根据权利要求1所述的光纤现场总线通讯系统，其特征在于，所述ARM控制主板包括ARM微处理器、RS232接口和PC104接口：通过RS232接口实现ARM处理器和控制台主机的互联，完成对ARM处理器的初始化、上下位机之间的实时通讯及控制台对现场设备的监控；通过PC104插针实现ARM控制主板和现场总线控制板之间的通讯，应用层信息通过PC104插针发送到现场总线控制板上的数据链路层模块，同时数据链路层模块的信息也通过PC104插针发送到ARM控制主板，实现应用层和数据链路层之间的信息交换。

9.根据权利要求1所述的光纤现场总线通讯系统，其特征在于，所述光纤现场总线通讯装置的应用层协议是基于CAN2.0B总线实现的，并在CAN总线报文格式的基础上通过对扩展帧中的标识符进行重定义来提高报文的利用率，从而提高总线传输速率；或者

在CAN总线报文格式的基础上通过定义管道位实现多线程通讯，从而提高信息的传输速率，防止网络阻塞；通过定义帧号和设置位图的方法，实现报文的分割和重组，保证信息传输的准确度，进一步提高信息传输速率。