工业通信用的USB串口光纤通信方案
0 2023-02-09

目前计算机的接口已经大量使用,一般每台计算机都有多个USB口。当USB的通信距离超过几十米后,采用电缆连接方案甚至无线方案都已经无法实现,目前只有可以实现USB的远程通信。

USB口已经成为了计算机最重要的外部接口,几乎可以代替所有外部接口。USB的规范规定USB的通信距离最多5米(用USB-HUB级连)。市场上还有一种用RJ-45线传输的USB远程延长器,据说可以到50米。更远的USB通信目前只能够用光纤实现:多模光纤最远4Km,单模光纤最远40Km。

首先认识一下USB的通用性,也就理解了USB的重要性。按照用途的通用性对几种常用的外部接口进行排队:USB≥口〉串口〉PS/2、打印口等。USB口可以方便地转换出以太网口、串口以及PS/2口、打印口、甚至音频、视频口等。反过来,串口以及PS/2口、打印口等无法生成USB口,因为USB的规范更加复杂。只有以太网口加上电源才可以生成USB口,并且需要专门的软件支持。当然计算机的内部总线接口通用性最好:台式机的PCI口、笔记本的PCMCIA口完全可以生成USB口,而且无须驱动程序。

USB2.0以及USB1.0 的规范没有光纤接口。虽然将来的USB3.0可能会带有光纤接口,但是仔细研究USB3.0规范就知道USB3.0实际上是分为两个部分的:传统的USB2.0部分和延伸的特定USB3.0部分。只有延伸的特定USB3.0部分是可能会有功能的,但是这部分并不兼容USB2.0。而USB2.0是完全兼容USB1.0的。

工业通信用的USB-串口光纤通信方案

在一些工业通信的场合,由于数据量不大并且特别要求实时性,往往采用串行通信,通信协议为-232或者。工业计算机的USB口可以通过光纤以RS-232或者RS-485协议进行串行通信。这时可以选用USB/串口光纤转换器,波仕电子的典型产品是OPTU232L1(多模)和OPTU232SL1(单模),如图1。波仕电子发明和首创了USB/串口光纤转换器、同时也是世界上唯一的USB/串口光纤转换器,专利号200730098650。波仕电子的OPTU232L1和OPTU232SL1是最新一代USB光纤通信产品,直接从USB口转换出一对光纤收发头用于传输串口信号,而且无须供电。波仕OPTU232L1和OPTU232SL1微型USB/串口光纤转换器具有超小型的外形(74*23*47mm)、可以将USB口虚拟成为本地COM串口(COM1-COM256)、无须修改已有的串口通信软件。驱动程序同波仕USB232系列转换器,支持Windows XP/CE 、、Mac OS等。

由于OPTU232L1(或OPTU232SL1)传输的还是串口信号,所以必须成对使用或者与波仕的其他串口/光纤转换器配对使用。由于采用光纤作为通信传输介质,具有隔离高电压、防电磁干扰、传输距离远等优点。OPTU232SL1的传输介质为单模光纤、OPTU232L1的传输介质为多模光纤,但是外形和驱动程序是完全一样的。这种方案大大简化了USB口的光纤远程通信,图2为OPTU232L1与波仕的串口/光纤中继转换器组网通信图。两边的计算机都配置好USB/串口光纤转换器并且连接好后,用“串口调试助手”软件或者其他串口通信软件就可以传输数据和文件了。

用以太网光纤实现的USB光纤通信方案

以上的方案为两边都是计算机,都能够安装驱动程序。如果上面的应用中仅有一边为计算机,而另外一边为USB设备呢?由于USB设备不能够安装驱动程序,就必须采用其它的USB光纤通信方案。在常用的几种外部接口中,目前采用技术比较成熟的是以太网。先通过光纤将以太网延长到远端,然后将远端的以太网转换成为USB口,这样就实现了USB的光纤远程通信。而现在的计算机都有以太网口,即使没有以太网口的情况下从USB口转换出一个以太网口也是很方便的。

以太网光纤转换器分单模光纤和多模光纤两种产品,都能够把以太网信号从铜缆双绞线介质信号转换为光纤介质信号。支持IEEE802.3标准、可将 10BASE-T/100BASE-TX以太网双绞线信号转换成100Base- FX以太网光纤信号,产品提供一个双绞线RJ- 45接口和一个光纤接口(一般为SC头)。以太网单模光纤转换器可以最远传输40Km~60Km,以太网多模光纤转换器可以最远传输2~4Km。

相对来讲,从以太网口转换出USB口是比较不通用的、非主流的技术。早期的类似产品称为USB打印服务器(USB PRINR SERVER)。之所以称为USB打印服务器而不是USB服务器或者以太网/USB转换器是因为这些产品生成的USB口只能够支持USB打印机,甚至只支持某些品牌的某些型号的打印机。由于USB远程应用中许多都是打印机,所以这些产品今天仍然广泛应用。用电缆传输的以太网的最远距离为150米。现在USB口的应用已经越来越广泛,比如说,我们经常用U盘、USB摄像头等。幸运的是,USB网络服务器(也称为:以太网/USB转换器)技术和产品也在进步,我们对最新的一款NETWORKING USB SERVER(USB网络服务器)的产品(如图3)进行了测试,该产品支持USB存储盘、USB/串口转换器、USB摄像头等,当然也支持USB打印机,符合USB2.0协议,也可以接USB-HUB扩展USB口。这款产品的默认IP地址为169.254.10.10,注意计算机的以太网口地址段的前2位要一样。比如在产品的USB插座上外插U盘,配套的软件“Lanch Networking USB Server”(如图4)会显示已经连接U盘。打开计算机的“资源管理器”就可以读写这个U盘了。如果外插USB/串口转换器,配套软件还会提示安装转换器的驱动程序。

最后将“USB网络服务器”接入以太网光纤的远程以太网口,并且插上U盘,如图5。我们会发现这时软件“Lanch Networking USB Server”运行的结果与直接接入计算机的以太网口时是一样的,还是如图4。两个“以太网光纤收发器”之间连接的光纤可以最远到4Km(多模)或者60Km(单模)。这样就实现了USB的光纤远程通信。

USB的标准通信距离(最远5米)是USB标准的缺陷,遗憾的是,USB3.0虽然将传输速率的理论值从USB2.0的480Mb提高到了4800Mb,电缆从4芯增加到了9芯,而标准通信距离却从5米减少到了3米。也就是说,USB3.0只要通信距离超过3米,可能唯一有效解决的方法就是光纤。这可能也是为什么USB3.0规范中考虑到了光纤通信接口的原因。象现在市场上的一种用RJ-45线传输50米的USB延长器对USB3.0肯定是无效的,因为它是USB1.0的,它的基本原理是增加电源线以及信号线的强度。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 相关技术文库
  • RF
  • 射频
  • 通信
  • 无线
  • 射频同轴转接头全面介绍

    作为一个射频工程师,测试人员,在日常的工作过程中,接触最多的除了测试仪表,校准件,连接线缆之外,就是各种不同设备之间的转接头了。我们在维修的过程中,发现有比较多的仪器的损坏,或者是测试指标不稳定,是由于转接头的损坏造成的,而且有些接头的连接

    9小时前
  • 5条定律帮你搞定共模干扰

    经常在实际操作中,对系统损伤最大的都是低频的共模干扰,譬如大功率电机、断路器或开关,短路,雷击感应等,这些类型大都是外来的共模信号,其脉宽在数百us到s之间,周期最长也是数秒,这样的脉冲持续引起对地的高电压波动,从而损伤系统。但是对于高频共模

    9小时前
  • 浅析进程间通信的几种方式(含实例源码)

    一.为什么进程间需要通信?1).数据传输一个进程需要将它的数据发送给另一个进程;2).资源共享多个进程之间共

    9小时前
  • Geinus I/O总线的特性、网络实现及应用分析

    1、引言geinusi/o总线是美国gefanuc自动化公司推出的一种工业控制总线,它既是i/o总线又是通信网络,非常适合于大量i/o处理和数据传输。可作为一个

    03-24
  • NorFlash与NandFlash区别对比

    FLASH存储器又称闪存,主要有两种:NorFlash和NandFlash。在实际开发中,设计者可以根据产品需求来进行闪存的合理选择。

    03-24
  • 到底什么是SAW?

    大家好,我是小木匠,今天学点什么呢 上周我们一起学习了声波的基础知识:《声波和电磁波到底有什么区别?》,我们在文章中简单介绍了声波的原理,频率,波长以及波速。同时引出了声表面波滤波器SAW的工作原理。我们简单再回顾一下:电信号传输到换能器IDT上

    03-24
  • 一文掌握无线通信信号传输模型

    5G及无线技术专栏主要介绍5G NR、LTE、WiFi等主流无线通信技术,由业界一线工程师执笔,结合理论与实践,既有标准解读,又涵盖链路仿真与测试,是不可多得的进阶学习平台。如有想看到的内容或技术问题,可以在文尾写下留言。 1. 概述 在移动通信网的规划阶段

    03-24
  • MOSFET参数弄不懂?看这篇就够了!

    01绝对最大额定值02电参数

    03-24
  • UWB之TWR,TDOA,PDOA算法模型及优缺点

    目前UWB的主流算法是TWR,TDOA,PDOA。三者各有优缺点,今天就来简单介绍一下:1.从监测站将同一时

    03-24
  • 载波聚合将如何进化?直面未来,它定下这5个小目标

    2011 年,3GPP在10版标准中对LTE载波聚合(CA)框架进行了标准化,允许最多5载波的 CA。11版对基本CA框架进行了扩展,启用了不同上行链路和下行链路配置下的带间时分双工 (TDD)。此后

    03-23
  • 电信业2017年面临大挑战,跨市场并购成为趋势

    据国外媒体报道,受数字经济增长和不断变化的消费者需求推动,电信行业正面临着前所未见的网络服务需求。关于新市场(例如物联网(IoT)应用)的预测增长令人振奋。2016年,仅英国的移动数据流量便大增64%

    03-23
下载排行榜
更多
广告