[发明专利]一种USB口的串行通信光纤转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤转换装置，属于电力电子应用技术领域。

背景技术

目前，光纤这种新的通信载体已经逐渐应用于串行通信系统中，为外界用户经串行通信系统后与控制系统之间的通信提供了新的方式。PC机不仅要向控制系统发出指令，而且要实时监测控制系统的相关数据，既要保证高实时性，也要保证高可靠性。在通信系统中为了解决大容量、高速率数据传输问题，产生了光纤通信网。与双绞线和同轴电缆相比，光纤的低传输损耗使中继之间距离大为增加。除此以外，光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感，且光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响，也不会有在线路“接头处”感应耦合导致的安全问题。所以为进一步提高串行通信网络的性能，采用光纤作传输介质十分必要。

USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)是用来连接外围设备与计算机的新式接口，目前每一台计算机的PC机都至少有两个USB连接端口。标准的外围设备都已经改用USB接口来连接到PC机。USB的接头与连接端口不但体积小，而且可以利用集线器让多个USB设备同时连接到一个连接端口。安装USB设备不需要用户自己设定硬件与软件的选项，可以在计算机运行时连接或移除设备，操作系统会自动侦测USB设备的连接。Windows包含有标准外围设备的USB驱动程序，并且提供API函数让用户与设备通信。USB总线与现存的PC机操作系统具有良好的衔接接口，数据传输速度快，现场抗干扰能力强，可以充分利用PC机的资源。

然而在现行的串行通信系统中，缺乏采用集成技术的光纤转换装置，尤其是在PC机与控制系统距离较远、控制系统接近强电、现场操作环境比较恶劣以及对控制的可靠性要求较高的场合(如兆瓦级的串行通信系统的应用现场)，现有的转换装置不能满足上述特殊场合的需求，不能便利地实现远程控制。

发明内容

为了解决上述问题，在现场操作环境比较恶劣时仍能实现PC机经串行通信装置后与控制系统之间的控制、监测以及其他通信数据交互，本发明提供了一种USB口的串行通信光纤转换装置，该装置包括：USB接口电路、发送驱动电路、接收驱动电路、发送光纤电路、接收光纤电路，其中：

USB接口电路包括标准USB插口及USB控制器；标准USB插口设有：电源端VDD、接地端GND、差分信号输出端D+和D-；其中，差分信号输出端D+和D-与外部PC机用户界面上的任选的USB插口互连，电源端VDD、接地端GND与所述的PC机的相应端相连，并向所述的发送驱动电路、接收驱动电路、发送光纤电路和接收光纤电路供电；USB控制器的电源端和接地端依次分别经电感L与所述VDD和GND端相连，该控制器的差分信号输入端分别经依次相连的电阻R、电感L后与所述D+、D-端相连；

发送驱动电路，采用双通道的与非门驱动器(优选采用集成芯片DS75451)，该电路的输入端与所述USB控制器的标准TTL信号输出端TXD相连；

发送光纤电路，该电路的TTL信号输入端与所述的发送驱动电路的相应信号端相连，该电路的光信号输出端与外部的控制系统相应的光信号输入端相连；

接收驱动电路，该电路的标准TTL信号输出端与所述USB控制器的相应输入端RXD相连；

接收光纤电路，该电路的TTL信号输出端与所述接收驱动电路的相应输入端相连，该电路的光信号输入端与外部的控制系统的相应光信号输出端相连。

与本发明光纤转换装置相连接的控制系统是一个变频器，其中包括用以取代现有的工业现场总线结构的光纤CAN(Controller Area Network)网络。本发明光纤转换装置可以有多个，通过同一个PC机的多个USB端口实现对多个控制系统的实时的分布集中式控制。本发明采用在与PC机的标准USB插口相配合的USB接口电路，其中USB控制器可以实现接口协议的协调，本发明的USB控制器优选采用集成芯片PL-2303，具有以下特点：价格便宜；支持USB1.1规范；支持自动握手模式；256字节缓存器；支持多种数据格式和可编程的波特率发生器。经过USB控制器后，USB插口的D+和D-差分信号转化为TXD和RXD的TTL标准信号，这一对标准TTL信号进入发送驱动电路和接收驱动电路，而后信号进入光纤发送电路和光纤接收电路，通过两根光纤与串行通信系统中控制系统实现交互。其中，发送驱动电路的双通道的与非门驱动器采用集成芯片DS75451，具有输出电流大(可达300mA)、输出信号与TTL信号兼容、低阻抗、高电流速率的特点，降低了发送光纤电路中LED拖尾现象的影响。

通过采用上述技术方案，本发明具有如下技术特点：