用光纤实现USB的远程通信

用光纤实现usb的远程通信
发布时间：2009-7-28 9:50:45
用光纤实现usb的远程通信
                     波仕电子  版权所有  2009

目前计算机的usb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，目前只有光纤可以实现usb的远程通信。本文介绍的就是几种通过光纤实现usb的远程通信的方案。
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≥以太网口>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部分是有光纤通信功能的，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rs-232或者rs-485。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。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 、linux、mac os等。



图1
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。




图2
 

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，目前采用光纤传输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口是比较复杂的技术。早期的类似产品称为usb打印服务器。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，以太网/usb转换器(也称为：usb服务器)技术和产品也在进步，波仕的最新产品支持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.软件。同时波仕赠送usb-串口影射程序。波仕usb232gl1是世界上最小的、也是使用最简便的光隔usb/串口转换器、实现了usb与串口的光电隔离。
如果usb口是用于接打印机，那么可以选用usb打印服务器。这是通过将以太网转换出用于接打印机的usb口。我们知道，以太网本身是采用变压器隔离的，这就自然实现了usb的变压器电气隔离方案。这种打印服务器安装后虚拟出一个打印口，从原理上讲也就只能够接打印机。当然从usb转换出以太网再经过以太网到usb的转换也一样可以实现usb的变压器隔离，但是原理以及软件的使用与以太网直接转usb的打印服务器方案是一样的，并不是真正意义的usb直接隔离。

实现usb电气隔离的技术难点
   当初usb的出现是为了统一计算机的各种外设接口，取代ps/2鼠标口、键盘口、打印口等，特别是取代苹果的fieware(火线)甚至ieee-1394口。为了在与后者的竞争中取得优势，usb的引脚数就不可能多于后者的4个。而地线、电源线就占了2个，信号线就只剩余2个了。这与传统的ps/2、rs-232、打印口、以太网都有空余线的做法大不一样。同时这样做的结果就使得usb的改进(除了速度改进)余地很小、特别是电气隔离的改进非常困难。usb口的电气隔离技术改进的难点就在于缺少usb的方向信号而usb的两个信号线d+和d—又是不分方向的。usb信号流的方向是靠d+、d—两个信号的幅值一起来判断的，而且并不是它们的差值。在usb光电隔离方案、无线电气隔离以及以太网隔离的方案中，难点都在于将usb信号怎样分开为发送与接收两部分。如果usb口本身有一个能够表明数据是发送还是接收的信号线，那么usb的电气隔离就好解决多了。
  在现有的usb2.0以及usb1.0版本中都缺少一根表明usb数据方向(发送还是接收)的信号线，而指望usb标准增加专门的这根方向标志线是不现实的。usb的接头机械标准就是4根线，是不可能改变的。我们认为usb标准最有可能的改进在于电源线(+5v)。目前的电源线永远是固定的+5v(或者低电压版的+3.3v)，其实可以在这根线中增加瞬时低电平脉冲信号作为usb信号方向标志。这个瞬时低电平脉冲信号只用于表明发送一帧数据的开始，并不一定需要在整个发送数据的时间段一直保持低电平，而且电平也不需要低到0，只要低到2/3的高电平可以识别即可。而这样的瞬时低电平并不明显影响usb口的对外设供电能力。我们只能够指望将来可能的usb3.0版本了.

   在很多应用场合，如果想让设备连接到以太网中，就必须拥有一个以太网接口，普通的设备都含有rs-232(或rs-485/rs-422)串行接口，可以将串行接口连接到以太网中。
波仕以太网/串口转换器是实现通信主机的以太网与rs-232/rs-485/rs-422串口设备相互通讯的一种协议转换装置(tcp/ip协议-串行通信协议)。 波仕eth232gl1提供一个光电隔离的rs232/ rs485/rs422串口，一个10m以太网口等。而eth232l1是不带光电隔离的，使用完全一样。以下仅以eth232gl1为例来说明。
   首先确信你的作为服务器的电脑的以太网口ip地址在192.168.0.1，只能够最后一位有不同，范围在0-256之间。否则你就要么修改电脑的ip地址，要么修改所有波士以太网/串口转换器的ip地址。
   




                 图1  硬件连接

如图1，将eth232gl1以太网/串口转换器接上电源(直流5v到36v均可，随产品配套有)。电源插座旁边有一个小led(发光二极管)，当eth232gl1产品通电后led会一直亮着。    将rj-45座插入以太网交换机的rj-45插头即可。交叉线rj-45电缆与直连线rj-45电缆都可以，交换机都识别。两个rs-232口之间是交叉线(2-3脚交叉)。硬件连接就是这么简单。
    由于波士以太网/串口转换器出厂时都将ip地址设置为192.168.0.7，所以先不能够直接将两个eth232gl1同时接到hub上。先取下其中一个eth232gl1以太网/串口转换器。
    运行波士产品光盘上的crconfigv30.exe。按“搜寻，出现了波士以太网/串口转换器，如图2。修改“本地ip地址，比如192.168.0.9，以免与另外一个波士以太网/串口转换器ip地址冲突。(如图3)





            图2




图3

将2个波士以太网/串口转换器都插上，再运行crconfig.exe。按“搜寻，发现有2个ip地址(如图4)。就是2个波士以太网/串口转换器，这时ip地址不冲突了。


图4
  刚才是设置软件，现在运行测试软件eltestv30.exe。   注意修改ip地址对应2个不同的波士以太网/串口转换器(如图5和图6)。用户可以在发送框里填写要发送的数据。
                 图5
                  图6

 按“连接，再按“手动发送，就可以在2个rs-232口之间传输数据了。(如图7)


              图7

虚拟串口通信

 波士以太网/串口转换器的特色不仅仅如此。波士还有虚拟串口的绝招。vspmaneger生成的虚拟串口是我们的绝招。虽然有些其他以太网/串口服务器也号称有虚拟串口，但是未必支持一些通用的串口测试软件。
  运行光盘的 “虚拟串口软件目录下的 setup，安装vspmaneger，安装后如图8和图9。填写ip地址(192.168.0.7)和端口号(永远为1)，按“保存后“退出。可以虚拟多个com串口。我们分别将2个波士以太网/串口转换器虚拟为com7和com8。如果用户原来通信的串口号就是com7、com8，那么用户就不需要修改已经有的程序了。否则就修改vspmaneger的虚拟com号即可。
 进行虚拟串口通信时必须将eth232gl1的 工作模式选择为“tcp实串口模式，如图10。按“设置后按“退出。

 



图8  




                    图9





图10  将每个eth232gl1的工作模式都选择为“tcp实串口模式并按“设置。



现在就可以用通用的串口通信程序来进行通信了。我们用的是commix，如图11、图12。选择串口号，“打开串口，填写要发送的数据。按“发送，成功了！
       图11
                               图12
   
 在“tcp实串口模式下，虚拟的com串口是一直开着的，除非人为按“关闭串口。


用户常问的问题：

1、  eth232gl1能否将两个带rs-232口的设备通过接入以太网来直接通信？
不行。eth232gl1可以从电脑pc机的以太网口扩展出rs-232口，就象usb232gl1从pc机的usb口扩展出的rs-232口一样，也相当于从pc机多串口卡从电脑插槽扩展出rs-232口是一样的。这些扩展出来的rs-232口都可以实现将外插这些rs-232口上的设备与电脑pc机之间的通信，但是不能够实现外插这些rs-232口上的设备之间的直接通信。除非自己编一个实现两个rs-232口数据转发数据的软件。
两个带rs-232口的设备之间的直接通信只有通过电缆、无线、光纤等直接对接来实现。
同理，eth232gl1的rs-485、rs-422口也一样。

2、  eth232gl1扩展出来的串口com号可以与其他的串口com号一样吗？
不能够。想象usb232gl1从usb口扩展的串口，从pc机的插槽上扩展的串口，都不能够有两个相同的com号。如果要这样的应用，可以选用波士电子的外插rs-232口的5232a、4232b等产品。

3、  如何将eth232gl1接入光纤以太网？
将eth232gl1插到远端的光端机的rj-45口上就可以(近端的光端机的rj-45接服务器pc机的以太网口)。驱动程序还是必须安装在服务器的pc机上。

4、  如何实现eth232gl1的多机通信？
可以将多个eth232gl1接入以太网hub，注意每个eth232gl1的ip地址不要一样。每个ip地址对应一个com口号，最多256个。eth232gl1的虚拟串口都是独立的，这样它们可以实现同时多机通信。

----------------------------------------------
此篇文章从博客转发
原文地址： Http://blog.gkong.com/more.asp?id=95352&Name=bosika