工业以太网以其统一的标准和强大的互操作性使其发展迅速,但其CSMA/CD机制在速率和带宽上都已经无法满足要求。而无源光网络(PON, Passive Optical Network)以其优越的数据吞吐量、高速率、环境适应性强、成本低下等诸多优点使其在通讯网络中得到了广泛的应用,但商用的PON技术是针对电信网络设计的,在实时性及性价比等方面尚不能完全满足日益增加的工业现场通信需求,所以目前在工业通信领域PON的应用不多。本文在考虑了工业通讯的实时性、抗干扰性、低成本等要求的基础上设计了一种无源光网络设备,可以应用于工业现场中取代工业以太网。旨在把先进的PON技术应用于工业通信领域。论文取得了以下研究成果：1.在深入分析EPON层次模型的基础上,按照模块化的设计思想将OLT和ONU分层次设计,给出了各自的硬件实现方案。位于中心节点的光线路终端(OLT)和位于接入节点的光网络单元(ONU)是PON系统的关键设备,确定了OLT按照FPGA+MPU和ONU将FPGA作为主控模块的硬件设计方案,分为MPCP层、OAM层、物理媒质层和业务接口层四个部分设计。ONU分为数据链路层,物理媒质层和业务接口层共三个部分设计。2.论证了各模块的功能,通过市场调研,选取了合适的芯片,利用DXP2004EDA设计软件完成了各模块的原理图。并对其中的时钟、高速数据总线按照高速数字电路的布线规则完成了PCB板设计,自行安装焊接,完成了实物电路,并对主要电路进行了调试。3.分析了几种经典带宽分配算法的优缺点,结合工业通信中实时性和公平性的要求,提出了一种改进算法。在基于QoS保证的算法的基础上提出了三点改进：基于最小时隙的设定、分业务等级的区别调度策略和带宽上报请求的改进,保证了实时性和带宽的公平性。论文对各业务接口进行了测试,并将OLT和ONU进行了联调,测试了误码率。最后,对全文进行了总结,并对进一步的研究提出一些展望。