串口光纤通信的组网方式

　　武汉波仕电子有限公司

由于光纤并不能够象电线一样简单地进行直接连接，光纤的每个分叉、集合都必须经过专门的光纤转换器，所以光纤通信网络的组网方式取决于光纤转换器的功能。本文首先介绍了简单的一对一的光纤通信，然后详细介绍了以波仕电子产品为代表的三种串口光纤通信的组网方式：总线式、星形、双环冗余型。用户可以根据现场的串口设备的分布地方或者可靠性要求来选择。通信软件都是一样的，与普通的RS-485总线多机通信一样。可靠性是以双环冗余的网络最高。

　　一 简单的一对一串口光纤通信方式

　　最简单的光纤通信就是一对一的通信。两头的接口可以是RS-232、RS-485，也可以是USB、以太网等。

　　波仕电子的RS-232/光纤转换器、RS-485/422/光纤转换器、USB/串口光纤转换器、以太网/串口光纤转换器都可以相互之间通过光纤直接连接后实现通信。只需要注意：1、单模光纤转换器必须配单模光纤、多模光纤转换器必须配多模光纤 2、光纤的TX（发）接对方的RX（收）、RX（收）接对方的TX（发）。

　　光纤的接头式样一般有ST头、FC头、SC头。它们都是标准的，相互之间的转换有标准的转接头或者转换尾纤。有时候有采用单纤双向的光纤通信，实际上是把两根光纤的玻璃纤芯在沿长度方向切开、截面抛光后熔接成为一根玻璃纤芯，再与原来规格的（没切开的）玻璃纤芯对接起来进行熔接后加外套后成为一根光纤。这种技术类似于植物的嫁接技术。这种专门的产品称为光纤耦合器。（图1）

图1 光纤耦合器

　　波仕电子发明和首创了无须外接电源的RS-232/光纤转换器、是世界上最小的光纤转换器。采用光纤作为通信传输介质，具有高隔离电压、防电磁干扰、抗雷击等优点。波仕光纤转换器广泛用于工业过程控制、电力系统自动化、分布数据采集等场合。（图2）

图2 一对一串口光纤通信图

　　二 总线式串口光纤多机通信方式

波仕电子的OPT35EX[S]、OPT232EX[S]、OPT485EX[S]系列RS-232/485/光纤中继转换器用于：1、实现RS-232/485光纤通信的中继，也就是延长串口光纤通信距离 2、实现总线式串行光纤多机通信，就是将多个RS-232或者RS-485接口接入同一个总线式串口光纤通信网。波仕OPT35EX[S]、OPT232EX[S]、OPT485EX[S]系列是世界上最小的RS-232/485/光纤中继转换器。

　　波仕OPT35EX[S]、OPT232EX[S]、OPT485EX[S]光纤中继转换器的外形为DB-25/DB-25转接盒大小，使用一对多模ST光纤接头（OPT35EX、OPT485EX、OPT232EX）或者一对单模ST光纤接头（OPT35EXS、OPT485EXS、OPT232EXS）。OPT232EX[S]中间有一根电缆连接一个RS-232口的DB-9针座和5V电源引脚。OPT232EX[S]的RS-232口可以配接波仕电子的RS-232/RS-485转换器构成OPT485EX[S]。OPT232EX[S]需要外接直流5V电源（<50mA）。而OPT35EX[S]则直接本身带RS-232、RS-485、RS-422口、且可以当1路串口到2路光纤的转换器使用。

　　OPT35EX[S]、OPT232EX[S] 、OPT485EX[S]光纤中继转换器的光纤接收器（RX）和光纤发送器（TX）见产品标签。注意：TX上、RX上接上位机方向、TX下、RX下接下位机方向。（图3）

　　图3 总线式光纤多机通信图

　　三 星形串口光纤多机通信方式

波仕电子的OPT14HUB[S]系列1扩4路光纤集线器用于：1、实现一路光纤到四路光纤的扩展、中继，便于实现光纤的星形网络（区别于总线形）， 2、实现一路RS-232/485/422串口到4路光纤的转换。OPT14HUB[S]是世界上最小的4路光纤集线转换器。

波仕OPT14HUB[S]系列1扩4路光纤集线器的外形如图4，使用5对多模ST光纤接头（或者5对单模ST光纤接头） ，包括1对上位机用和4对下位机用。并且有一个DB-9针座（配有RS-232/485/422口）和一个直流电源插孔。OPT14HUB[S]需要外接电源，直流5V至30V均可（<100mA）。OPT14HUB的光纤接收器（RX、深灰色）和光纤发送器（TX、浅白色）见产品图。使用时发送器ST头通过光纤接对方的接收器ST头。

如果是用于1路RS-232/485/422口与2路光纤的转换，可以选用波仕的OPT35EX[S]型的产品。OPT35EX[S]不仅是一个串口/光纤中继转换器，同时也是一个一路串口与两路光纤的集线转换器。如果只是1路RS-232与2路光纤的转换，还可以选用波仕的OPT2322[S]型一路RS-232与两路光纤的集线转换器。

　　图4 OPT14HUB星形光纤组网示意图

　　四 环形串口光纤多机通信方式

　　波仕电子的OPT22[S]系列串口双环冗余光端机用于：组成环状光纤网来实现RS-232/RS-485（或者RS-422、TTL等)的多机通信，并且同时有两路相互冗余的环状光纤网。由于OPT22[S]同时可以接两个光纤环网，当其中一个环网的光纤断了时，另外一个光纤环网继续以单环光纤网通信。这样大大增加了串口光纤通信的可靠性。

　　OPT22[S]采用了波仕核心技术的大规模专用集成电路，是世界上最小的串口双环冗余光端机。波仕独有的零延时自动切换技术，性能大大优于存在切换时间的其它双环自愈型光端机产品。OPT22[S]代表了当今串口光纤通信产品的顶尖水平。专利产品，谨防假冒！专利号：200830078256。

　　波仕OPT22[S]系列串口双环冗余光端机的外形为DB-25/DB-25转接盒大小（如图5），使用一对多模ST光纤接头（OPT22）或者一对单模ST光纤接头（OPT22S） ，上侧面一个有一个接RS-232、RS-485口的DB-9针座（ 带配接线端子 ），下侧面有接 5V 电源的两个端子。紧靠电源端子是用于选择“主机”和“从机”状态的跳线。OPT22[S]需要外接直流5V电源（±0.5V）。双环组网时，OPT22[S]的TX1接相邻OPT22[S]的RX1，TX2接相邻OPT22[S]的RX2。

图5 OPT22组成的双环光纤多机通信图

　　五 对串式光纤多机通信方式

　　波仕电子的RS-485/光纤转换器OPT485[S]、CAN/光纤转换器OPT-CAN[S]本身都可以一对一对地串接（级联）来进行简单的多机通信。在这种对串式光纤网中，背靠背互连的两个OPT485[S]可以代替一个总线式光纤网中的一个OPT485EX[S]。

　　这种组网的方式比较灵活，缺点是不可过多级的级联，另外多个OPT485[S]的RS-485信号（A,B，GND）或者多个OPT-CAN[S]的CAN信号并联在一起时，必须保证这个局部的RS-485总线不开叉，参见波仕网站的CAN多机通信图。

　　在图5中，左边的1号OPT232-9（RS-232/光纤转换器）与2号OPT485构成一对。只有上位机串口为RS-232口才可以选OPT232-9，否则就选RS-232/RS-485通用的OPT485。2号OPT485在接线端子恢复出RS-485信号A-B。这对A-B信号与3号OPT485以及4号OPT485的A-B信号可以组成一个局部的RS-485总线。这个总线的A-B还可以接其他RS-485设备。3号OPT485与5号OPT485也构成一对，在5号OPT485接线端子处恢复出RS-485信号，并且可以继续级联下去。4号与6号同理。

　　大多数情况下，对串式光纤多机通信是没有分支的。也就是没有4号和6号。

　　用OPT-CAN[S]构成的CAN光纤多机通信原理是一样的。

　　波仕的OPT485[S]以及OPT-CAN[S]等产品因为具有内部零延时自动切换功能，所以才可以实现对串式光纤多机通信。其它厂家的产品因为本身有延时所以在级联之后会累积延时导致通信失败。波仕的CAN/光纤转换器OPT-CAN[S]因为可以做到与协议无关所以才可以这样实现这样的对串式光纤多机通信。

图6 对串式光纤多机通信图

　　以上介绍的几种串口光纤通信的组网方式可以直接用于接RS-232、RS-485或者RS-422以及CAN口。因为RS-232、RS-485或者RS-422的通信协议都是一样的，都是RS-232协议。对于其它常用通信接口，比如USB口、以太网口，尽管通信协议与RS-232协议完全不一样，但是波仕电子有相应的产品让它们可以接入同一个串口光纤通信网。波仕的OPTU232L1（多模）或者OPTU232SL1（单模）是将USB口转换为光纤通信的转换器，而且符合RS-232串口通信协议。波仕的OPET232L1是将以太网口转换为光纤通信的转换器，而且符合RS-232串口通信协议。有了这些产品以后，那么USB口、以太网口都可以接入以上介绍的几种串口光纤通信的组网方式的光纤网。而对于CAN协议，必须先使用CAN/RS-232协议转换器，然后配接RS-232/光纤转换器再接入串口光纤通信网。