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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于光纖的多功能串行通信轉(zhuǎn)換器
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 為滿足現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要，解決現(xiàn)有工業(yè)總線的問(wèn)題，改善傳輸效率，實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備互聯(lián)。擬基于光纖介質(zhì)設(shè)計(jì)一種具有多協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的通信轉(zhuǎn)換器。通過(guò)該轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議之間無(wú)縫轉(zhuǎn)換；通過(guò)光電轉(zhuǎn)換技術(shù)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光纖信號(hào)進(jìn)行傳輸。為了光纖的充分利用，轉(zhuǎn)換器中的對(duì)光纖復(fù)用技術(shù)的研究，可以實(shí)現(xiàn)一條光纖的全雙工傳輸信號(hào)的功能。因此該轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備之間不同信號(hào)的轉(zhuǎn)換及傳輸，擴(kuò)大傳輸距離，提高生產(chǎn)效率。
- 詳細(xì)介紹：
- 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，工業(yè)通信已經(jīng)從一般通信行業(yè)中脫離出來(lái)，發(fā)展成為有自己獨(dú)立體系的一整套復(fù)雜的通信系統(tǒng)，其不但囊括了不同設(shè)備間的通信網(wǎng)絡(luò)，也包含多種多樣的人機(jī)接口。但也帶了不同通信設(shè)備對(duì)通信接口的越來(lái)越多的要求。經(jīng)過(guò)我們對(duì)工業(yè)控制中數(shù)據(jù)通信設(shè)備及相關(guān)通信協(xié)議的調(diào)查與了解，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)通信中存在以下問(wèn)題： 1.串行傳輸協(xié)議種類多，不同協(xié)議無(wú)法兼容 如現(xiàn)有工業(yè)通信協(xié)議主要包含UART 、CAN、RS-485等。不同的通信協(xié)議所具有的特點(diǎn)決定了它們之間無(wú)法兼容。又由于工業(yè)通訊規(guī)模的不斷擴(kuò)大，相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)廠家的數(shù)量也越來(lái)越多。不同的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)設(shè)備所選用的通信協(xié)議不同，造成了來(lái)自不同廠家的具有不同傳輸協(xié)議的設(shè)備間無(wú)法進(jìn)行直接數(shù)據(jù)傳輸。例如，具有CAN信號(hào)協(xié)議的設(shè)備無(wú)法與具有RS-485協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而這一現(xiàn)狀在短期內(nèi)無(wú)法解決。 2.用雙絞線作為傳輸介質(zhì)，易受外界干擾造成信號(hào)傳輸錯(cuò)誤,而且大多使用屏蔽雙絞線，提高了造價(jià)和重量，且安裝較困難。 3.信號(hào)的傳輸速率受距離影響較大。 例如:CAN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在線纜為5ns大小，傳輸速率1Mbps信號(hào)速率時(shí)，在要求信號(hào)不衰減的情況下，最大線纜長(zhǎng)度為40米。而RS422和RS485在19kpbs下能傳輸1200米。按照傳輸線方程的解釋，通信速率越高，經(jīng)電纜傳輸?shù)乃p越大，有效傳輸距離越短。這樣在高傳輸速率的要求下，現(xiàn)有信號(hào)的傳輸距離就會(huì)大大縮短。 針對(duì)現(xiàn)有工業(yè)總線中多種傳輸協(xié)議并存且兼容性差這一問(wèn)題，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了多種總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，如RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，RS-485/CAN轉(zhuǎn)換器等，但這些轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換功能單一，不能實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備互聯(lián)，造成了用戶在轉(zhuǎn)換設(shè)備選擇上的繁瑣，以及廠家在對(duì)轉(zhuǎn)換設(shè)備生產(chǎn)材料上的浪費(fèi)，不利于提高生產(chǎn)效率。因此現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信需要有這樣一種轉(zhuǎn)換器，通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議之間多種轉(zhuǎn)換。例如，將一種工業(yè)總線信號(hào)（RS-485、CAN信號(hào)等）方便快捷的轉(zhuǎn)換成所需要的其他種類的信號(hào)。 同時(shí)，工業(yè)串行通信一般采用的通信介質(zhì)為雙絞線或同軸電纜等金屬介質(zhì)，這種傳輸方式容易受到外界干擾，又由于其本身存在阻抗，從而使得傳輸速率受到距離影響。此外，為防止干擾而增加的屏蔽措施也會(huì)大大的增加設(shè)備成本和重量。這都使得現(xiàn)代工業(yè)總線應(yīng)用受到限制。因此要滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)信號(hào)高速率，高準(zhǔn)確性以及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊?。需設(shè)計(jì)具有光電轉(zhuǎn)換功能的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，同時(shí)帶有光纖接口，使用光纖作為傳輸介質(zhì)傳輸光信號(hào)，最終達(dá)到信號(hào)的有效、高速、準(zhǔn)確的傳輸。 綜上所述，為滿足現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要，解決現(xiàn)有工業(yè)總線的問(wèn)題，改善傳輸效率，實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備互聯(lián)。本課題擬基于光纖介質(zhì)設(shè)計(jì)一種具有多種協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的通信轉(zhuǎn)換器。通過(guò)該轉(zhuǎn)換器能通過(guò)多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議之間轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換；通過(guò)光電轉(zhuǎn)換技術(shù)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光纖信號(hào)。同時(shí)為了光纖的充分利用，轉(zhuǎn)換器中的對(duì)光纖復(fù)用技術(shù)的研究，可以實(shí)現(xiàn)一條光纖的全雙工傳輸信號(hào)的功能。因此該轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備之間不同信號(hào)的轉(zhuǎn)換及傳輸，擴(kuò)大傳輸距離，提高生產(chǎn)效率。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通信中串行協(xié)議種類繁多所造成的兼容性差，傳輸距離短和電磁兼容性差等問(wèn)題，本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)一種可用于多種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的智能轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器采用光纖通信、信號(hào)轉(zhuǎn)換、光纖復(fù)用等技術(shù)。通過(guò)多協(xié)議轉(zhuǎn)換，光電轉(zhuǎn)換、光纖復(fù)用和高度集成等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有較高的傳輸速率、多種通信傳輸協(xié)議智能轉(zhuǎn)換、較遠(yuǎn)的傳輸距離、豐富的接口類型和較強(qiáng)的電磁兼容性等功能
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本轉(zhuǎn)換器首先利用多協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)，擴(kuò)充了單一轉(zhuǎn)換器的功能填補(bǔ)了市場(chǎng)的空白，而且為使用不同通訊協(xié)議的設(shè)備間直接通訊建立了基礎(chǔ)；其次利用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)將用光信號(hào)作為傳輸載體的光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)以電信號(hào)為傳輸載體的雙絞線來(lái)作為傳輸介質(zhì)。不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸速率而且增加了數(shù)據(jù)傳輸距離，還提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，使得其在較苛刻的使用環(huán)境下可以得到廣泛應(yīng)用；最后利用光纖復(fù)用技術(shù)，不僅節(jié)約了光纖的使用量而且減輕了線纜的重量再次擴(kuò)充了轉(zhuǎn)換器的使用范圍。而且節(jié)約成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。所以本轉(zhuǎn)換器不但極大程度的提高了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的傳輸效率、傳輸距離等而且為構(gòu)建下一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信提供了可行的參考方案。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 主動(dòng)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型 圖紙 磁盤 圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本轉(zhuǎn)換器技術(shù)特點(diǎn)：多協(xié)議轉(zhuǎn)換可以增加該轉(zhuǎn)換器的使用范圍；光電轉(zhuǎn)換功能使得信號(hào)可以增加信號(hào)的傳輸距離，提高信號(hào)的傳輸效率；光纖復(fù)用功能可以節(jié)約光纖使用量，環(huán)保經(jīng)濟(jì)。而本設(shè)備可以廣泛使用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，長(zhǎng)距離的工業(yè)通訊，航天器等有特殊要求的環(huán)境，也可以在智能家居中有所應(yīng)用。隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)通訊的傳輸范圍越來(lái)越廣，數(shù)據(jù)傳輸要求越來(lái)越高，本轉(zhuǎn)換器存在更多的使用價(jià)值，能給社會(huì)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了多種總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器： RS-232/光纖轉(zhuǎn)換器，RS-485轉(zhuǎn)光纖，CAN/光纖轉(zhuǎn)換器，RS-232轉(zhuǎn)RS-485，RS-232/RS-485轉(zhuǎn)CAN等。 具體產(chǎn)品有：上?；諄喼悄芸萍加邢薰镜腞S232轉(zhuǎn)RS485商業(yè)級(jí)接口轉(zhuǎn)換器、武漢吉陽(yáng)光電科技有限公司的CAN轉(zhuǎn)232總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器、武漢波仕公司的OPT-CAN型CAN/光纖轉(zhuǎn)換器等。 通過(guò)對(duì)以上產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及性能與本項(xiàng)目作品相比，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類課題及產(chǎn)品存在以下使用局限性： 1.轉(zhuǎn)換信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)單一，兼容性不強(qiáng)，只實(shí)現(xiàn)單一信號(hào)之間進(jìn)數(shù)據(jù)的傳輸； 2.傳輸介質(zhì)的限制致使信號(hào)傳輸速率不高，不能夠適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的速率要求； 3.能夠傳輸?shù)木嚯x相對(duì)較短，不能滿足較遠(yuǎn)距離應(yīng)用； 4.其中涉及光纖轉(zhuǎn)換的都為兩條光纖組成，在工業(yè)控制中非常浪費(fèi)，不經(jīng)濟(jì)； 5.轉(zhuǎn)換器的制作材料質(zhì)地要求不高，不能適應(yīng)較特殊的應(yīng)用場(chǎng)所。 上述的問(wèn)題在其他的轉(zhuǎn)化器之中也同時(shí)存在。并且這種狀態(tài)一直沒有得到根本性的改變。 所以在多種信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，高速、高保真?zhèn)鬏?，單光纖長(zhǎng)距離輸送等方面還有極大的改進(jìn)空間和開發(fā)余地。
