CN102495566A

CN102495566A - M-bus总线数据解调电路

Info

Publication number: CN102495566A
Application number: CN2011103811989A
Authority: CN
Inventors: 李勇; 张刚; 魏庆华
Original assignee: CHONGQING INTELLIGENT WATER-METER Co Ltd
Current assignee: CHONGQING INTELLIGENT WATER-METER Co Ltd
Priority date: 2011-11-26
Filing date: 2011-11-26
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明公开了一种M-BUS总线数据解调电路，可用于M-BUS总线主、从站的数据接收，包括信号转换电路、隔直电路、放大电路和整形电路；所述信号转换电路对M-BUS总线信号进行电流——电压转换或极性转换；所述隔直电路是将输入信号中的直流分量去除，让有效信号通过；所述放大电路对输入的信号进行放大；所述整形电路对输入的信号进行比较整形，得到包含有效数据信息的信号，供微控制器处理。本发明电路简单，灵敏度高，抗干扰能力强；负载自动适应能力强，增加或减少从站引起的总线负载变化不影响数据通信；解调后的数据与总线的数据一致，无失真，不影响数据通信。

Description

M-BUS总线数据解调电路

技术领域

本发明属于现场总线控制技术领域，具体涉及一种M-BUS总线数据解调电路，可用于M-BUS总线的水电气热表、工业现场仪表、消防报警及联动控制、智能家居、楼宇和小区等领域。

背景技术

M-BUS（Meter-BUS，EN1434-3）是消费类仪表国际通行标准。是一种经济实惠的现场总线，具有良好的开放性，其拓扑结构为总线结构，采用普通的两芯电缆连接，同时完成电源供电和数据通信的功能，在连接时不用区分极性，可按照任意拓扑结构布线施工，其施工成本和难度大大下降。

M-BUS总线电气接口应符合下列要求：

主站至从站的信息传输是通过电平变化的方式来实现的。传号（逻辑电平为“1”）时：总线电压应比空号时的总线电压大10V，且总线电压小于等于42V；空号（逻辑电平为“0”）时：总线电压应大于12V。

从站至主站信息传输是通过从站电流大小的变化来实现的。传号（逻辑电平“1”）时：传号电流为0mA～1.5mA；空号（逻辑电平“0”）时：空号电流为在传号电流值的基础上增加约11mA～20mA；总线空闲时，主、从站应保持传号状态。

M-BUS总线主站接收数据时，需将M-BUS总线的电流信号转换为电压信号后解调得到有效的数据信息；从站接收数据时，需将M-BUS总线的电压信号进行无极性转换后解调得到有效的数据信息。根据M-BUS总线要求，转换后的电压信号中包含有直流分量信号，需要处理去掉这部分信号才能得到有效信号。

当前的M-BUS总线主、从站数据接收是建立一个直流电压参考信号，与M-BUS总线的电压信号比较而解调得到有效的数据信息，存在以下不足：

电路结构复杂，稳定性不高。

接收电路灵敏度不高，抗干扰能力差，通信成功率低。

自动适应总线负载变化的能力不强，增加或减少从站引起的总线负载变化使得数据接收不稳定，影响数据通信。

解调后的数据与总线的数据不一致，滤形失真，影响数据通信。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供一种M-BUS总线数据解调电路，对输入的M-BUS总线信号进行转换、隔直、放大和整形处理，解调后得到有效的数据信息，实现数据的接收。

本发明具体采用以下技术方案：

一种M-BUS总线数据解调电路，包括信号转换电路、隔直电路、放大电路和整形电路，其特征在于：

所述信号转换电路的输入端为M-BUS总线信号输入，输出端连接至所述隔直电路的输入端；

所述隔直电路的输入端连接至所述信号转换电路的输出端，输出端连接至所述放大电路的输入端；

所述放大电路的输入端连接至所述隔直电路的输出端，输出端连接至所述整形电路的输入端；

所述整形电路的输入端连接至所述放大电路的输出端，输出端为解调后的总线接收数据，供微控制器处理。

根据M-BUS总线标准要求，主站至从站的信息传输是通过电平变化的方式来实现的。传号（逻辑电平为“1”）时：总线电压应比空号时的总线电压大10V，且总线电压小于等于42V；空号（逻辑电平为“0”）时：总线电压应大于12V。

所述信号转换电路是将M-BUS总线信号进行电流——电压转换或极性转换，以利于后续电路处理。

所述隔直电路是一个高通滤波电路，将输入信号中的直流分量去除，让有效信号通过。

所述放大电路是将输入的信号放大，以利于后续电路处理。

所述整形电路是对输入的电压信号进行比较整形，得到包含有效数据信息的信号供微控制器处理。

M-BUS总线的信号经所述信号转换电路进行电流——电压转换或极性转换后，得到含有直流分量和有效信号的电压信号，通过所述隔直电路将其中的直流分量滤除，经所述放大电路将有效信号进行放大，再通过所述整形电路对信号进行比较整形，得到包含有效数据信息的信号供微控制器处理。

本发明的有益效果：电路简单，灵敏度高，抗干扰能力强；负载自动适应能力强，增加或减少从站引起的总线负载变化不影响数据通信；解调后的数据与总线的数据一致，无失真，不影响数据通信。

附图说明

图1是本发明的总体原理示意图；

图2是本发明中关键点信号波形示意图；

图3(a)和图3（b）是本发明中信号转换电路原理示意图；

图4是本发明中隔直电路和放大电路原理示意图；

图5是本发明中整形电路原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

如附图1所示，一种M-BUS总线数据解调电路，包括信号转换电路、隔直电路、放大电路和整形电路，其特征在于：

所述隔直电路是将输入信号中的直流分量去除，让有效信号通过。

所述放大电路是将输入的信号放大，以利于后续电路处理。

如附图2所示，为本实施例中各电路模块关键点信号波形示意图，以M-BUS总线的有效数据一个串行字符68H = 01101000B为例说明。一个字符传输时，由一位低电平的起始位S开始，接着传输8位数据位（按低位在前，高位在后的顺序传输，即00010110），最后传输的是高电平的停止位P。

M-BUS总线接收数据时，主站接收时是电流信号，从站接收时是无极性的电压信号，均需通过所述信号转换电路转换后输入到所述隔直电路，如图3(a)和图3（b）所示，图3(a)所示为主站信号转换电路应用于主站接收数据，图3(b)所示从站信号转换电路应用于从站接收数据。

如附图3(a)所示，所述主站信号转换电路用于主站接收数据，是一个电流——电压转换电路，由电流检测放大器U1，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3组成；所述第一电阻R1串联在M-BUS总线上，其高压端通过所述第二电阻R2连接至所述电流检测放大器U1的反向输入端，其低压端连接至所述电流检测放大器U1的同相输入端；所述第三电阻R3连接在所述电流检测放大器U1的输出端与M-BUS负端之间。

M-BUS总线的电流在所述第一电阻R1的两端产生电压降信号，电流检测放大器U1对该信号进行差分检测放大，以利于后续电路处理。所述第二电阻R2、第三电阻R3用于设定电压放大倍数，有：

Figure 2011103811989100002DEST_PATH_IMAGE001

电压放大倍数：

如附图3(b)所示，所述从站信号转换电路用于从站接收数据，是一个由桥堆D1（或4个二极管）组成的极性转换电路，将输入的M-BUS总线无极性电压信号转换为有极性的信号Vsen和GND输出。

如附图4所示，所述隔直电路是一个高通滤波电路，由第一电容C1和第四电阻R4组成的RC无源高通滤波器；所述信号转换电路输出端Vsen通过所述第一电容C1连接至输出端，所述第四电阻R4连接在输出端与电源地之间。令τ=R4C1，称为时间常数，则有：

Figure 2011103811989100002DEST_PATH_IMAGE003

截止频率：

幅频特性：

分析可知，当f很小时，A(f)=0，信号完全被阻挡，不能通过；当f很大时，A(f)=1信号不受衰减的通过。

所述隔直电路还可以是有源高通滤波电路。

结合图2，M-BUS总线信号经所述信号转换电路后的信号Vsen中含有直流分量信号和有效信号，经过所述隔直电路后输出的信号Vps，直流分量信号被有效阻挡，有效信号被允许通过（有衰减），使得输出信号Vps中不含有直流成分，与输入信号中的直流分量无关，即与总线负载数量无关，能自动适应总线负载变化。

如附图4所示，所述放大电路是一个由运算放大器U2、第五电阻R5、第六电阻R6组成的同相放大器电路；所述隔直电路的输出端连接至所述运算放大器U2的同相输入端，所述第五电阻R5的一端连接所述运算放大器U2的输出端，另一端连接所述第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端接地，所述第五电阻R5与所述第六电阻R6的接点连接至所述运算放大器U2的反相输入端。

所述放大电路对输入的信号进行放大，以利于后续电路处理，所述第五电阻R5、第六电阻R6用于设定电压放大倍数，有：

电压放大倍数:

如附图5所示, 整形电路是一个由电压比较器U3，第七电阻R7、第八电阻R8组成的过零比较电路。所述放大电路的输出端通过所述第七电阻R7连接至电压比较器U3的同相输入端；所述电压比较器U3的反相输入端接电源地；第八电阻R8一端连接电压比较器U3的输出端，另一端接正电压VCC；所述电压比较器U3输出端为解调电路的输出，连接至微控制器的输入端。

通过该整形电路对输入的电压信号进行比较整形，得到包含有效数据信息、符合后续电路要求的信号。输入信号Vout从同相端输入，反相端接地，结合附图2，当输入信号Vout≥ 0时，输出Vrxd为正极限值即VCC ；当Vout<0时，输出Vrxd为负极限值即GND 。

整个硬件电路采用快速放大器和比较器，响应速度快，无滞后效应；采用高通滤波电路将输入信号中的直流分量滤除，使得输出信号与输入信号中的直流分量无关，即与总线负载数量无关，能自动适应总线负载变化；采用比较器对信号整形，无失真，波形完整，数据可靠。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种M-BUS总线数据解调电路，包括信号转换电路、隔直电路、放大电路和整形电路，其特征在于：

M-BUS总线信号输入连接所述信号转换电路的输入端，所述信号转换电路的输出端连接所述隔直电路的输入端；

所述隔直电路的输出端连接所述放大电路的输入端，所述放大电路的输出端连接整形电路的输入端；

所述整形电路的输出端为M-BUS总线信号解调后的输出信号，供微控制器处理。

2.根据权利要求1所述的M-BUS总线数据解调电路，其特征在于：

所述信号转换电路为主站信号转换电路或从站信号转换电路。

3.根据权利要求2所述的M-BUS总线数据解调电路，其特征在于：

所述主站信号转换电路用于主站接收数据，主要由电流检测放大器（U1）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）组成；所述第一电阻（R1）串联在M-BUS总线上，其高压端通过所述第二电阻（R2）连接至所述电流检测放大器（U1）的反向输入端，其低压端连接至所述电流检测放大器（U1）的同相输入端，所述第三电阻（R3）连接在所述电流检测放大器（U1）的输出端与M-BUS负端之间。

4.根据权利要求2所述的M-BUS总线数据解调电路，其特征在于：

所述从站信号转换电路用于从站接收数据，是由桥堆或4个二极管组成的极性转换电路，将输入的M-BUS总线无极性电压信号转换为有极性的信号输出。

5.根据权利要求1所述的M-BUS总线数据解调电路，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的M-BUS总线数据解调电路，其特征在于：

所述高通滤波电路是由第一电容（C1）和第四电阻（R4）组成的RC无源高通滤波器；

所述信号转换电路输出端通过所述第一电容（C1）连接至所述放大电路的输入端，所述第四电阻（R4）连接在放大电路的输入端与电源地之间。

7.根据权利要求1所述M-BUS总线数据解调电路，其特征在于：

所述放大电路是一个由运算放大器（U2）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）组成的同相放大器电路；所述隔直电路的输出端连接至所述运算放大器（U2）的同相输入端，所述第五电阻（R5）的一端连接所述运算放大器（U2）的输出端，另一端连接所述第六电阻（R6）的一端，所述第六电阻（R6）的另一端接地，所述第五电阻（R5）与所述第六电阻R6的接点连接至所述运算放大器（U2）的反相输入端。

8.根据权利要求1所述的M-BUS总线数据解调电路，其特征在于：

整形电路是一个由电压比较器（U3）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）组成的过零比较电路；

所述放大电路的输出端通过所述第七电阻（R7）连接至电压比较器（U3）的同相输入端；所述电压比较器（U3）的反相输入端接电源地；第八电阻（R8）一端连接电压比较器（U3）的输出端，另一端接正电压VCC；所述电压比较器（U3）输出端为解调电路的输出，连接至微控制器的输入端。