CN102298345A - 一种m-bus总线的通讯方法 - Google Patents
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Abstract
一种M-BUS总线的通讯方法,适应于M-BUS总线系统中的从机设备接收主机设备发送的信号,包括:单片机、通讯接口组件、直流供电组件、其他功能组件,通讯接口组件包含桥式整流电路,电阻分压电路,M-BUS总线系统主机的输入从机设备的信号经整流桥整流后,经电阻网络分压,降压后的信号直接连接单片机ADC输入端口,由ADC模块对输入的信号进行测量,由测量所得到的数值计算出M-BUS总线输入的高、低电信号的分界阈值,完成分界阈值的设定后,启用ADC模块或模拟比较器模块,通过输入的信号与分界阈值的比较,完成对总线输入的信号进行通讯侦听,从而达到通讯数据接收的功能,具有抗干扰能力强,成本低的特点。
Description
技术领域:
本发明涉及一种M-BUS总线的通讯方法,适应于M-BUS总线系统中从机设备接收主机设备发送的信号,尤其是与管理主机通过M-BUS总线组成网络的系统中的数传式水表、气表、电表以及其他报警、监控设备。
背景技术:
近几年,符合EN1343-3标准的Meter-BUS总线,简称M-BUS总线网络,由于其通讯只需要两芯导线,无极性输入,以及可以星形连接,使施工简便,大大降低了施工劳动强度,提高系统的稳定性,使M-BUS总线的通讯网络在远程数字抄表系统、报警监控系统中得到了广泛的应用,通常从机设备(Slave)由专用集成电路芯片编码、解码完成,但该专用集成电路芯片价格太高,使产品的成本非常高,抑制了M-BUS总线系统的推广,再者该集成电路将M-BUS总线输入的整流组件、电源组件同时封装在一起,属于从总线上吸流不超过10mA的恒流源结构,且输出电压只有3.3V,更进一步抑制了该总线系统的推广。
为降低产品成本,许多人尝试使用分离元件组成M-BUS总线协议规范要求的功能,但通常除需要使用一组整流桥外,还需使用多个三极管、多个二极管和若干电阻、电容器件,个别的还需要使用至少一个大容量电容,大容量电容的使用,增加了M-BUS总线系统的容性干扰,容易造成通讯的不稳定;数量多的分离器件的使用,造成故障因素增加,也将加大线路板的尺寸,不利于如水表等电路板安装体积受限的产品的使用,这样,虽然降低了产品成本,同时也降低了产品的性能,也难具有广泛的前景。
发明内容:
本发明的设计目的是:提供一种M-BUS总线的通讯方法,用于M-BUS总线系统中从机设备接收主机发送的信号,使采用该方法设计的M-BUS总线通讯从机设备具有价格低廉,性能稳定、同时使用电子元器件数量少的特点。
本发明所提供的M-BUS总线的通讯方法,包括:单片机、通讯接口组件、直流供电组件、其他功能组件,其中单片机内置有ADC模块(模数转换器模块)、或者同时内置有ADC模块和模拟比较器模块,通讯接口组件包含桥式整流电路,电阻分压电路,本发明为实现上述目的:在同一种方法的基础上,提供了两套不同的实现方案:
基础方案为:经ADC模块对分压后的输入信号进行转换、测量,由测量所得到的数值决定高、低电信号的分界阈值,再根据采用的单片机的内部资源,决定实施的具体措施。
第一套方案为:从机设备由M-BUS总线系统主机的输入信号经整流桥整流后,经电阻分压,降压后的信号直接连接单片机ADC输入端口,从机设备接收主机设备发送的信号方法为:从机设备预先对M-BUS总线主机传输的高电平和低电平信号经ADC模块进行模数转换,得到M-BUS总线主机传输高电平的ADC转换位为:HVref,M-BUS总线主机传输低电平的ADC转换值为:LVref,在HVref与LVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考阈值,定义为:Vref,从机设备启动ADC模块,侦听主机发送的信号,当输入信号的ADC转换值高于Vref时,接收到的信号电平为高电平“1”,当输入信号的ADC转换值低于Vref时,接收到的信号电平为低电平“0”,具体的工作过程为:
(1)、上电稳定后,首先对M-BUS总线主机传输高电平定标,在M-BUS主机维持发送高电平状态时,启动ADC转换,并记录M-BUS总线主机传输高电平的ADC转换值,定义为:HVref,
(2)、主机发送一组或一个低电平信号脉冲,从机设备对低电平信号作ADC转换,得到的转换值定义为:LVref,
(3)、在HVref与LVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考值,定义为:Vref,当ADC转换值高于Vref时,接收到的信号电平为高电平“1”,当ADC转换值低于Vref时,接收到的信号电平为低电平“0”,
(4)、启动ADC转换,侦听主机发送的信号,通过ADC转换,完成对总线传输信号的识别,实现通讯功能。
对于多数M-BUS总线通讯系统,明确了主机传输“高”、“低”电平时的电压差值,根据预先约定的主机传输“高”、“低”电平时的电压差值,计算出该电压差值所对应的ADC转换值,定义为:SVref,M-BUS总线主机传输的高电平对应的ADC转换值:HVref,经ADC模块转换测量,在HVref与HVref-SVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考阈值,定义为:Vref,从机设备启动ADC模块,侦听主机发送的信号,当输入信号的ADC转换值高于Vref时,接收到的信号电平为高电平“1”,当输入信号的ADC转换值低于Vref时,接收到的信号电平为低电平“0”。
第二套方案为:使用的单片机同时内置有模数转换器模块和模拟比较器模块,主机输入从机设备的信号经整流桥整流后,采用电阻分压,分压后的信号连接从机设备的模数转换器模块和模拟比较器模块,先将输入信号切换到单片机ADC模块的一个输入端口,从机设备预先对M-BUS总线主机传输的高电平和低电平信号经ADC模块进行模数转换,得到M-BUS总线主机传输高电平的ADC转换值为:HVref,M-BUS总线主机传输低电平的ADC转换值为:LVref,在HVref与LVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考阈值,定义为:Vref,再将输入信号切换到单片机模拟比较器的一个输入端口,由已取得的Vref的值调整模拟比较器的参考电压值,定义为CVref,当输入信号的值高于CVref时,接收到的信号电平定义为高电平“1”,当输入信号的值低于CVref时,接收到的信号电平定义为低电平“0”,其工作过程为:
(1)、上电稳定后,首先对M-BUS总线主机传输高电平定标,在M-BUS主机维持发送高电平状态时,输入信号先切换到单片机ADC输入端口,启动ADC转换,并记录M-BUS总线主机传输高电平的ADC转换值,定义为:HVref,
(2)、主机发送一组或一个低电平信号脉冲,从机设备对低电平信号作ADC转换,得到的转换值定义为:LVref,
(3)、在HVref与LVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考值,定义为:Vref,将输入信号切换到单片机模拟比较器的一个输入端口,通过Vref的值调整模拟比较器的参考电压值,定义为CVref,当输入信号的值高于CVref时,接收到的信号电平定义为高电平“1”,当输入信号的值低于CVref时,接收到的信号电平定义为低电平“0”,
(4)、启动模拟比较器,侦听主机发送的信号,完成对总线传输信号的识别,实现通讯功能。
在第二套方案的实际使用中,其中对于已明确规定主机传输“高”、“低”电平时的电压差值的M-BUS系统,Vref的值通过对M-BUS总线主机发送的的高电平实际测量,计算低电平值获取,过程为主机输入从机设备的信号经整流桥整流后,采用电阻分压,分压后的信号连接从机设备的模数转换器模块和模拟比较器模块,先将输入信号切换到单片机ADC模块的一个输入端口,M-BUS总线主机传输的高电平对应的ADC转换值:HVref,经ADC模块转换测量,根据预先约定的主机传输“高”、“低”电平时的电压差值,计算出该电压差值所对应的ADC转换值,定义为:SVref,在HVref与HVref-SVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考阈值,定义为:Vref,再将输入信号切换到单片机模拟比较器的一个输入端口,由已取得的Vref的值调整模拟比较器的参考电压值,定义为CVref,当输入信号的值高于CVref时,接收到的信号电平定义为高电平“1”,当输入信号的值低于CVref时,接收到的信号电平定义为低电平“0”,实现通讯。
本发明优点在于:
1、仅使用一组整流桥与分压电阻,采用单片机内置ADC,或ADC加模拟比较器模块组合完成M-BUS从机设备接收功能,器件少,成本低。
2、外围器件少,尤具是对总线具有干扰的容性、感性器件少,对M-BUS总线的干扰少,使系统更加稳定、可靠。
3、从机设备电源直接从总线上提取,输出电压和电流可根据不同的要求调整。
附图说明:
图1:本发明实施例M-BUS总线主机发送信号示意图。
图2:本发明实施例M-BUS总线从机设备电原理示意图之一。
图3:本发明实施例M-BUS总线从机设备电原理示意图之二。
具体实施方式:
下面结合附图,对本发明做进一步的说明:
如图1所示:对本实施例所涉及的M-BUS总线主机发送信号简易描述,在图中,所给定的主机传输信号为较常见的电压值,主机传号(维持高电平、或发送逻辑“1”信号)的电压:Vmark=20.8V-42V,主机空号(发送逻辑“0”信号)的电压:Vspace=Vmark-10V。
在例证中:假定M-BUS总线主机的发送信号传输到M-BUS总线从机设备无衰减,假设Vmark-30V,Vspace=20V。
结合图2,具体分析本是发明的第一个具体实施方式,M-BUS总线从机设备电路包括:单片机系统(U1)、总线输入与整流桥组件(DB)、分压电阻网络(R1、R2)、电源组件、通讯发送组件,其他功能组件,单片机内置有ADC模块。
M-BUS总线主机发送信号经整流桥(DB)整流后,由分压电阻网络(R1、R2)进行分压处理,分压后的电压Vin直接连接单片机的(ADC)输入引脚。
其通讯流程为:
(1)、M-BUS总线主机先发送Vmark信号,即逻辑“1”信号,且维持一定长度的时间,以保证M-BUS总线从机设备可靠上电,假设Vmark=30V,从机设备启动后,先对Vmark高电平定标,即通过分压电阻网络(R1、R2)对整流后的输入信号分压,即分压值为Vin,假设从机设备在接收到Vmark信号的分压值:Vin-3V,单片机的ADC参考电压Vref=3.6V,在M-BUS主机维持发送高电平状态时,启动ADC转换,并记录M-BUS总线主机传输高电平的ADC转换值,定义为:HVref,在以上的假定条件下,同时假设ADC的精度为8位长度,则HVref=0xD5,
(2)、根据预先约定的主机传输“高”、“低”电平时的电压差值,在本例中假设Vmark-Vspace=10V,Vspace=20V,即计算出该电压差值所对应的ADC转换值,定义为:SVref,计算数据为:SVref=0x47,
(3)、在HVref与HVref-SVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考值,定义为:Vref,当ADC转换值高于Vref时,接收到的信号电平为高电平“1”,当ADC转换值低于Vref时,接收到的信号电平为低电平“0”,依本例:HVref-SVref=0x8E,则Vref大于0x8E,小于0xD5,为了通讯稳定,一般Vref的取值为接近中值,可定义Vref=0xB1,
(4)、启动ADC转换,侦听主机发送的信号,通过对Vin信号进行ADC转换,完成对总线传输信号的识别,实现通讯功能,在本例中当ADC转换值大于0xB1时,接收到的信号电平为高电平“1”,当ADC转换值小于0xB1时,接收到的信号电平为低电平“0”。
在通讯实现方式中,Vref的阈值还可以通过对M-BUS总线主机发送的Vmark、Vspace电平信号实际测量获取,当完成“HVref”的测量后,可预先约定主机发送一组或一个Vspace低电平信号脉冲,从机设备对输入的Vspace低电平信号作ADC转换测量,将得到的转换值定义为:LVref,在HVref与LVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考值,定义为:Vref,当ADC转换值高于Vref时,接收到的信号电平为高电平“1”,当ADC转换值低于Vref时,接收到的信号电平为低电平“0”。
结合图1和图3,具体分析本是发明的第二个具体实施方式,M-BUS总线从机设备电路包括:单片机(U1)、总线输入与整流桥组件(DB)、分压电阻网络(R1、R2)、电源组件、通讯发送组件,其他功能组件,单片机内置有ADC模块和模拟比较器模块,本实施例采用的单片机为:内置的ADC模块和模拟比较器的输入Vin-端复用一个管脚,可通过内置开关切换,模拟比较器的输入Vin+由单片机内置基准源提供。
M-BUS总线主机发送信号经整流桥(DB)整流后,由分压电阻网络(R1、R2)进行分压处理,分压后的电压Vin直接连接单片机的(ADC)输入引脚和模拟比较器的Vin-端复用管脚。
其通讯流程为:
(1)、上电稳定后,首先对M-BUS总线主机传输高电平定标,在M-BUS主机维持发送高电平状态时,输入信号先连接单片机ADC输入端口,启动ADC转换,并记录M-BUS总线主机传输高电平的ADC转换值,定义为:HVref,
(2)、根据预先约定的主机传输“高”、“低”电平时的电压差值,计算出该电压差值所对应的ADC转换值,定义为:SVref,
(3)、在HVref与HVref-SVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考值,定义为:Vref,将输入信号切换到单片机模拟比较器的一个输入端口,由已经取得的Vref的数值调整模拟比较器的另一个输入端口的参考电压值,定义为CVref,当输入信号的值高于CVref时,接收到的信号电平定义为高电平“1”,当输入信号的值低于CVref时,接收到的信号电平定义为低电平“0”,
(4)、启动模拟比较器,侦听主机发送的信号,完成对总线传输信号的识别,实现通讯功能。
(5)、对于非标准的、或未明确主机传输“高”、“低”电平时的电压差值的M-BUS系统,Vref的值通过对M-BUS总线主机发送的低电平实际测量获取,当完成HVref的测量后,可预先约定要求主机发送一组或一个低电平信号脉冲,从机设备对低电平信号作ADC转换,得到的转换值定义为:LVref,在HVref与LVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的模拟信号比较分界参考值,CVref,完成ADC转换后,切换到模拟比较器功能,当输入信号值高于CVref时,接收到的信号电平定义为高电平“1”,当输入信号值低于CVref时,接收到的信号电平定义为低电平“0”。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式,如单片机的选用不同、ADC取样顺序不同等等,但凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种M-BUS总线的通讯方法,适应于M-BUS总线系统中的从机设备接收主机设备发送的信号,包括:单片机、通讯接口组件、直流供电组件、其他功能组件,其特征为:单片机内置有ADC模块(模数转换器模块),通讯接口组件包含桥式整流电路,电阻分压电路,M-BUS总线系统主机的输入从机设备的信号经整流桥整流后,由电阻网络分压,降压后的信号直接连接单片机ADC输入端口,从机设备接收主机设备发送的信号方法为:从机设备预先对M-BUS总线主机传输的高电平和低电平信号经ADC模块进行模数转换,得到M-BUS总线主机传输高电平的ADC转换值为:HVref,M-BUS总线主机传输低电平的ADC转换值为:LVref,在HVref与LVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考阈值,定义为:Vref,从机设备启动ADC模块,侦听主机发送的信号,当输入信号的ADC转换值高于Vref时,接收到的信号电平为高电平“1”,当输入信号的ADC转换值低于Vref时,接收到的信号电平为低电平“0”,实现通讯。
2.根据权利要求1所述的M-BUS总线的通讯方法,其特征在于:M-BUS总线主机传输的高电平对应的ADC转换值:HVref,经ADC模块转换测量,根据预先约定的主机传输“高”、“低”电平时的电压差值,计算出该电压差值所对应的ADC转换值,定义为:SVref,在HVref与HVref-SVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考阈值,定义为:Vref,从机设备启动ADC模块,侦听主机发送的信号,当输入信号的ADC转换值高于Vref时,接收到的信号电平为高电平“1”,当输入信号的ADC转换值低于Vref时,接收到的信号电平为低电平“0”,实现通讯。
3.根据权利要求1或2所述的M-BUS总线的通讯方法,其特征在于:主机输入从机设备的信号经整流桥整流后,采用电阻分压方法,分压后的信号直接连入从机设备的ADC模块的输入端。
4.根据权利要求1或2或3所述的M-BUS总线的通讯方法,其特征在于:使用的单片机同时内置有模数转换器模块和模拟比较器模块,主机输入从机设备的信号经整流桥整流后,采用电阻分压,分压后的信号连接从机设备的模数转换器模块和模拟比较器模块,先将输入信号切换到单片机ADC模块的一个输入端口,从机设备预先对M-BUS总线主机传输的高电平和低电平信号经ADC模块进行模数转换,得到M-BUS总线主机传输高电平的ADC转换值为:HVref,M-BUS总线主机传输低电平的ADC转换值为:LVref,在HVref与LVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考阈值,定义为:Vref,再将输入信号切换到单片机模拟比较器的一个输入端口,由已取得的Vref的值调整模拟比较器的参考电压值,定义为CVref,当输入信号的值高于CVref时,接接收到的信号电平定义为高电平“1”,当输入信号的值低于CVref时,接收到的信号电平定义为低电平“0”,实现通讯。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的M-BUS总线的通讯方法,其特征在于:使用的单片机同时内置有模数转换器模块和模拟比较器模块,主机输入从机设备的信号经整流桥整流后,采用电阻分压,分压后的信号连接从机设备的模数转换器模块和模拟比较器模块,先将输入信号切换到单片机ADC模块的一个输入端口,M-BUS总线主机传输的高电平对应的ADC转换值:HVref,经ADC模块转换测量,根据预先约定的主机传输“高”、“低”电平时的电压差值,计算出该电压差值所对应的ADC转换值,定义为:SVref,在HVref与HVref-SVref之间取一个合适的值作为从机设备接收“高”、“低”电平时的分界参考阈值,定义为:Vref,再将输入信号切换到单片机模拟比较器的一个输入端口,由已取得的Vref的值调整模拟比较器的参考电压值,定义为CVref,当输入信号的值高于CVref时,接收到的信号电平定义为高电平“1”,当输入信号的值低于CVref时,接收到的信号电平定义为低电平“0”,实现通讯。
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