CN102306444A - 一种m-bus主站接收电路及数据接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种M-BUS主站的接收电路及数据接收方法，要解决的技术问题是提供一种稳定可靠，通讯波特率自适应的M-BUS主站接收电路及数据接收方法。为解决上述问题，本发明的M-BUS主站接收电路采用的技术方案包括电流监测单元、DA电路、比较器、电流/电压转换电路，所述电流监测单元实时监测环路电流，所述DA转换电路产生比较器的参考电压，所述比较器对DA转换电路产生的参考电压和电流/电压转换电路产生的电压进行比较，得出M-BUS电路上的电流变化，得到模块返回数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种M-BUS主站的接收电路及数据接收方法。
背景技术
M-BUS作为一种广泛应用的通讯方式，在集抄领域应用广泛，是一种专门用于远程抄表的高可靠性、高速、廉价的总线架构。它具有两总线无极性、布线无拓扑要求、总线自供电、抗干扰能力强、中继级数多、带终端多、简单可靠等一系列优点。是目前自动抄表系统应用的最好的总线标准。现有的M-BUS主站接收电路多利用电容滞后效应作成的反馈电流检测电路。该电路应用范围受限，当通讯协议中出现连续多个0的时候会出现通讯错误，并且波特率范围较窄。无法得到实际应用，在一定程度上限制了M-BUS在国内的推广。
随着市场的发展，M-BUS在集抄领域会有大的发展，市场迫切需要一种稳定可靠，通讯波特率自适应的M-BUS主站。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种稳定可靠，通讯波特率自适应的M-BUS主站接收电路及数据接收方法。
为解决上述问题，本发明的M-BUS主站接收电路采用的技术方案包括电流监测单元、DA电路、比较器、电流/电压转换电路，所述电流监测单元实时监测环路电流，所述DA转换电路产生比较器的参考电压，所述比较器对DA转换电路产生的参考电压和电流/电压转换电路产生的电压进行比较，得出M-BUS电路上的电流变化，得到模块返回数据。
所述的M-BUS主站接收电路，其特征在于所述电流监测单元由单片机U2动态检测实时监测环路电流，并利用PWM实现DA电路，所述DA电路由R3和E11组从RC滤波器，把单片机U2产生的PWM信号变成模拟信号，所述电流/电压转换电路由电阻R1组成，所述电阻R1接到比较器U1A的同相端。
所述的M-BUS主站接收电路，其特征在于所述R1上并连有滤波电容C1、稳压管DZ1。
本发明的M-BUS主站接收电路的数据接收方法，其特征在于当M-BUS主站接一个M-BUS从站时，M-BUS主站发送电路发送完数据后，总线电压为传号电压在30V以上，主站在接收状态，从站发送的为逻辑电平“1”，流过通信回路的电流为一个从站的传号电流1.5mA，即逻辑电平“1”，此时在R1上的电压降为UR1 = 1.5mA×20Ω = 0.03V，单片机U2的19脚作为ADC输入脚，单片机U2使用内部的ADC电路采集BUS-D的电压，当采集到的数据连续2S内没有变化的时候，认为当前线路稳定，并且没有在通信过程中；
单片机U2根据当前采集到的电压计算应该输出给比较器U1A的反相端的电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V；
M-BUS从站返回数据的空号电流为11~20mA，即逻辑电平“0”，因此选用10mA×20Ω=0.2V作为UBUS-REF的上浮电压；
当从站返回逻辑电平”1”时，比较器U1A的反相端电压UBUS-D= UR1=0.03V，
同相端电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 0.03V+0.2V = 0.23V，反相端电压小于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“1”；
当从站返回逻辑电平”0”时，假设从站空号电流为15mA， 比较器U1A的反相端电压UBUS-D= UR1=15mA×20Ω=0.3V，同相端电压不变UBUS-REF =0.23V，反相端电压大于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“0”；
当M-BUS主站接接64个M-BUS从站时，回路电流增加，R1上的电压变大，R1上的电压降为UR1 = 1.5mA×64×20Ω = 1.92V，单片机U2输出给比较器U1A反相端的电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 1.92V+0.2V = 2.12V；
当某一个从站返回逻辑电平”1”时，比较器U1A的反相端电压UR1 = 1.5mA×64×20Ω = 1.92V，同相端电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 2.19V+0.2V = 2.12V，反相端电压小于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“1”；
当从站返回逻辑电平”0”时，假设从站空号电流为15mA，比较器U1A的反相端电压UBUS-D= UR1= (1.5mA×63+15mA)×20Ω=2.19V，同相端电压不变UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 2.19V+0.2V = 2.12V，反相端电压大于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“0”。
本发明具有以下优点：
1．采用单片机动态检测技术实时监测环路电流，在增加和删除从站后可以快速的建立新的参考电平。
2．通信稳定可靠，参考电平不受数据影响，适用于各种通信协议和多种通信波特率
3．电路简单，测试方便，便于大规模生产和调试。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的电路结构示意图。
图2为本发明的电路图。
具体实施方式
如图1和图2所示， M-BUS+ 和M-BUS- 是主站M-BUS的接口，和M-BUS主站发送电路接在一起，是对外的M-BUS主站接口。本发明M-BUS- 上设置电M-BUS主站接收电路，包括流监测单元、DA电路、比较器、电流/电压转换电路，电流监测单元实时监测环路电流， DA转换电路产生比较器的参考电压，比较器对DA转换电路产生的参考电压和电流/电压转换电路产生的电压进行比较，得出M-BUS电路上的电流变化，得到模块返回数据。
本发明的电流监测单元由单片机U2动态检测实时监测环路电流，并利用PWM实现DA电路，DA电路由R3和E11组成，把单片机U211脚产生的PWM信号变成模拟信号，电流/电压转换电路由电阻R1组成，电阻R1接到比较器U1A的同相端。
本发明的M-BUS主站接收电路，在R1上并连有滤波电容C1、稳压管DZ1。C1是滤波电容，滤除通信线上的杂波干扰。DZ1是稳压管，防止从站数量过多或短路的时候使BUS-D电压过高而烧坏后面的元器件。
本发明的M-BUS主站接收电路的数据接收方法，M-BUS标准规定，当M-BUS主站接一个M-BUS从站时，M-BUS主站发送电路发送完数据后，总线电压为传号电压在30V以上，主站在接收状态，从站发送的为逻辑电平“1”，流过通信回路的电流为一个从站的传号电流1.5mA，即逻辑电平“1”，此时在R1上的电压降为UR1 = 1.5mA×20Ω = 0.03V，单片机U2的19脚作为ADC输入脚，单片机U2使用内部的ADC电路采集BUS-D的电压，当采集到的数据连续2S内没有变化的时候，认为当前线路稳定，并且M-BUS从站没有在通信过程中。
单片机U2根据当前采集到的电压计算应该输出给比较器U1A的反相端的电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V。
M-BUS从站返回数据的空号电流为11~20mA，即逻辑电平“0”，因此选用10mA×20Ω=0.2V作为UBUS-REF的上浮电压。
当从站返回逻辑电平”1”时，比较器U1A的反相端电压UBUS-D= UR1=0.03V，
同相端电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 0.03V+0.2V = 0.23V，反相端电压小于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“1”。
当从站返回逻辑电平”0”时，假设从站空号电流为15mA， 比较器U1A的反相端电压UBUS-D= UR1=15mA×20Ω=0.3V，同相端电压不变UBUS-REF =0.23V，反相端电压大于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“0”。
当M-BUS主站接接64个M-BUS从站时，回路电流增加，R1上的电压变大，R1上的电压降为UR1 = 1.5mA×64×20Ω = 1.92V，单片机U2输出给比较器U1A反相端的电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 1.92V+0.2V = 2.12V。
当某一个从站返回逻辑电平”1”时，比较器U1A的反相端电压UR1 = 1.5mA×64×20Ω = 1.92V，同相端电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 2.19V+0.2V = 2.12V，反相端电压小于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“1”。
当从站返回逻辑电平”0”时，假设从站空号电流为15mA，比较器U1A的反相端电压UBUS-D= UR1= (1.5mA×63+15mA)×20Ω=2.19V，同相端电压不变UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 2.19V+0.2V = 2.12V，反相端电压大于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“0”。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明的发明思路简单描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明的设计思想的组合、省略、或修改，均落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种M-BUS主站接收电路，其特征在于该电路包括电流监测单元、DA电路、比较器、电流/电压转换电路，所述电流监测单元实时监测环路电流，所述DA转换电路产生比较器的参考电压，所述比较器对DA转换电路产生的参考电压和电流/电压转换电路产生的电压进行比较，得出M-BUS电路上的电流变化，得到模块返回数据。
2.根据权利要求1所述的M-BUS主站接收电路，其特征在于所述电流监测单元由单片机U2动态检测实时监测环路电流，并利用PWM实现DA电路，所述DA电路由R3和E11组成，把单片机U2产生的PWM信号变成模拟信号，所述电流/电压转换电路由电阻R1组成，所述电阻R1接到比较器U1A的同相端。
3. 根据权利要求1或2所述的M-BUS主站接收电路，其特征在于所述R1上并连有滤波电容C1、稳压管DZ1。
4. 一种M-BUS主站接收电路的数据接收方法，其特征在于当M-BUS主站接一个M-BUS从站时，M-BUS主站发送电路发送完数据后，总线电压为传号电压在30V以上，主站在接收状态，从站发送的为逻辑电平“1”，流过通信回路的电流为一个从站的传号电流1.5mA，即逻辑电平“1”，此时在R1上的电压降为UR1 = 1.5mA×20Ω = 0.03V，单片机U2的19脚作为ADC输入脚，单片机U2使用内部的ADC电路采集BUS-D的电压，当采集到的数据连续2S内没有变化的时候，认为当前线路稳定，并且没有在通信过程中；
单片机U2根据当前采集到的电压计算应该输出给比较器U1A的反相端的电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V；
M-BUS从站返回数据的空号电流为11~20mA，即逻辑电平“0”，因此选用10mA×20Ω=0.2V作为UBUS-REF的上浮电压；
当从站返回逻辑电平”1”时，比较器U1A的反相端电压UBUS-D= UR1=0.03V，
同相端电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 0.03V+0.2V = 0.23V，反相端电压小于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“1”；
当从站返回逻辑电平”0”时，假设从站空号电流为15mA， 比较器U1A的反相端电压UBUS-D= UR1=15mA×20Ω=0.3V，同相端电压不变UBUS-REF =0.23V，反相端电压大于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“0”；
当M-BUS主站接接64个M-BUS从站时，回路电流增加，R1上的电压变大，R1上的电压降为UR1 = 1.5mA×64×20Ω = 1.92V，单片机U2输出给比较器U1A反相端的电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 1.92V+0.2V = 2.12V；
当某一个从站返回逻辑电平”1”时，比较器U1A的反相端电压UR1 = 1.5mA×64×20Ω = 1.92V，同相端电压UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 2.19V+0.2V = 2.12V，反相端电压小于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“1”；
当从站返回逻辑电平”0”时，假设从站空号电流为15mA，比较器U1A的反相端电压UBUS-D= UR1= (1.5mA×63+15mA)×20Ω=2.19V，同相端电压不变UBUS-REF = UR1 + 0.2V = 2.19V+0.2V = 2.12V，反相端电压大于同相端电压，比较器U1A输出逻辑电平“0”。
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