CN103728903A - 用户终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用户终端,涉及负载容量大、发热量小、低损耗的集抄系统界面装置，该装置包括微处理器、数据发送电路、数据接收电路和M-BUS总线；微处理器通过数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端等从机设备进行数据交换；数据发送电路由驱动电路、双功率开关管及两路电压不相等的直流电源组成，其中12V直流电源为主机提供逻辑‘0’总线电压，24V直流电源为主机提供逻辑‘1’总线电压，微处理器通过驱动电路驱动并控制功率开关管的交替导通和截止来实现M-BUS总线上逻辑电平跳变，从而实现主机到从机的数据传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种M-BUS总线上设置的界面装置，尤其是一种家庭室内用户可操作装置，属于公用事业仪表集抄技术。
背景技术
集中器被广泛应用于集抄系统中，用于采集各仪表终端、控制器终端或传感器终端的数据，并对数据进行处理、存储和上传至后台主站管理系统或手持设备；M-Bus是一种专门为消耗测量仪器和计数器传送信息的数据总线，满足了公用事业仪表的组网和远程抄表的需要，同时它还可以满足远程供电或电池供电系统的特殊要求。M-Bus串行通信方式的总线型拓扑结构非常适合公用事业仪表的可靠、低成本的组网要求，抗容性可感性干扰能力强，可以在几公里的距离上连接几百个从设备。
现有的M-BUS主机数据发送电路方案为利用开关管切换稳压电路的参考电阻以调节其参考电压从而控制输出电压的跳变，或为高、低两路直流电源分别经开关管和二极管后连接在一点，通过控制开关管的导通和截止来实现总线电平的跳变，实现主机数据发送同时向从机供电，这两种主机发送电路的缺点是主机在总线大负载时，稳压电路热损耗过大而发热严重，二极管因封装的散热热阻较大而发热严重，能效较低，且电路中二极管的反向特性会导致输出波形质量欠佳。现有的M-BUS主机数据接收电路方案为利用比较器比较采样电阻的压降，转换为处理器可接受的TTL电平或为将采样信号由电容耦合经放大后转换为TTL电平，前者方案的缺点是采样电压随负载变化而变化，比较器的参考电压需要随时调整，增加了复杂度；两者都有的缺点是外界或从机之间的干扰引起的总线电流的微小变化也将被耦合、放大，对主机处理器数据接收造成干扰，后者接收的波形边沿较长。
发明内容
本发明在于提供一种负载容量大、发热量小、低损耗的界面装置，该装置包括微处理器、数据发送电路、数据接收电路和M-BUS总线；
1、微处理器通过数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端等从机设备进行数据交换；
2、数据发送电路由驱动电路、双功率开关管及两路电压不相等的直流电源组成，其中12V直流电源为主机提供逻辑‘0’总线电压，24V直流电源为主机提供逻辑‘1’总线电压，微处理器通过驱动电路驱动并控制功率开关管Q1和Q2的交替导通和截止来实现M-BUS总线上逻辑电平跳变，从而实现主机到从机的数据传输；
3、数据接收电路由依次相连的电流取样电路、分压钳位电路、交流放大电路、比较电路及整形电路组成；
总线电流通过取样电阻后的输出电压经电阻分压、TVS管钳位后输入至运算放大器正相输入端，为了保证在M-BUS总线处于数据发送状态或空闲状态下时数据接收电路输出为逻辑高电平，运放正相输入端的静态电压在整个总线负载变化范围内维持在较低水平并留有足够余量；M-BUS总线处于数据接收状态时，分压钳位电路的输出电压由运算放大器U1进行交流放大，即只放大输出电压中变化的信号电压成分，放大后的信号电压再经比较和整形后转换为微处理器可处理的TTL电平信号。
技术方案1：用户终端，装设于公用事业商品用户家庭室内，设有显示部，用于为用户指示能耗信息和费用信息；以及通讯部，用于此用户终端与外部设备的电气交互；进一步设有数据处理部，连接并控制所述显示部和通讯部，其特征在于：所述用户终端通过两线制总线接设于M-BUS总线上，它包括数据发送电路及数据接收电路，配置用于使得MCU通过数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在所述M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端等从机设备进行数据交换，所述数据发送电路和数据接收电路双向连接于MCU与M-BUS总线之间，其中
所述数据发送电路包括：双功率开关管，连接于所述MCU与M-BUS总线之间，用于控制M-BUS总线上的逻辑电平跳变；接设于所述双功率开关管与MCU之间的驱动电路，用于MCU驱动和控制所述双功率开关管直流电源的交替导通和截止；以及接入所述双功率开关管的直流电源；
所述数据接收电路包括：接设于M-BUS总线与MCU之间依次耦合电连接的电流取样电路、分压钳位电路、交流放大电路、比较电路及整形电路，用于在M-BUS总线处于数据接收状态时，提供所述MCU可处理的TTL电平信号，其中：
所述直流电源包括12V直流电源和24V直流电源，其中12V直流电源为集中器M-BUS主机提供逻辑“0”总线电压，24V直流电源为集中器M-BUS主机提供逻辑“1”总线电压。
数据发送电路包括12V直流电源、24V直流电源、驱动电路及双开关管Q1、Q2，通过控制所述双开关管Q1、Q2的交替导通和截止来实现“0”和“1”总线电压交替输出至M-BUS总线上，通过电阻R1、R2分别为三极管Q3、Q4的基极设置静态电压，以防止输入空载时三极管Q3、Q4同时发生误导通而使两路电源间发生短路，通过肖特基二极管D1加以过流保护，防止受干扰而导致三极管Q3、Q4同时导通。
数据接收电路包括电流取样电路、分压钳位电路、交流放大电路、比较电路、整型电路及保护电路，取样电压经电阻R1、R2分压后为放大器U1正相端提供静态工作电压，瞬态抑制二极管D1用于钳制放大器U1输入端电压，静态下放大器U1输出电压等于正相端的输入电压；当此用户终端处于数据接收状态时，取样电压的微小变化被放大器U1所放大，其中二极管D2用于加速放大器U1在其输出由高电压跳变为0V时的负反馈过程，实现数据接收电路对不同通信波特率的兼容；比较器U2的参考比较电压设置在合适的电压水平，过滤掉因外界或从机之间的干扰所引起的错误数据接收，其中进一步设置三端稳压管D3和稳压二极管D4。
技术方案2：用户终端，其特征在于：通过两线制总线接设于M-BUS总线上，它包括数据发送电路及数据接收电路，配置用于使得MCU通过数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在所述M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端等从机设备进行数据交换，所述数据发送电路和数据接收电路双向连接于MCU与M-BUS总线之间，其中包括步骤：
s1.通过数据发送电路的双向开关管Q1、Q2将“0”和“1”总线电压交替输出至M-BUS总线上；s2.在所述M-BUS总线上装设多个公用事业仪表，获取这些公用事业仪表的能耗信息和费用信息；s3.当此用户终端处于数据接收状态时，其取样电压的微小变化被放大器U1所放大，其中二极管D2用于加速放大器U1在其输出由高电压跳变为0V时的负反馈过程，实现数据接收电路对不同通信波特率的兼容；比较器U2的参考比较电压设置在合适的电压水平，过滤掉因外界或从机之间的干扰所引起的错误数据接收。
通过电阻R1、R2分别为三极管Q3、Q4的基极设置静态电压，以防止输入空载时三极管Q3、Q4同时发生误导通而使两路电源间发生短路，通过肖特基二极管D1加以过流保护，防止受干扰而导致三极管Q3、Q4同时导通。
与现有技术相比，本发明采用了信号放大环节，取样电阻值很小，热损耗很低；放大环节只放大交流成分，信号接收不受负载变化的影响；采用比较环节，设置合适阀值可过滤因干扰而引起误码接收；很好的兼容标准通信波特率范围且数据波形良好。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明数据发送电路的具体电路图；
图3为本发明数据接收电路的具体电路图。
具体实施方式
参照图1，所述的用户终端采用MB9AF005型的高速芯片，与之连接有液晶显示部，翻屏及拉合闸按键以及蜂鸣器这些用户硬件界面，同时设置有射频模块，通过SPI总线连接所述的高速芯片，用户可以通过射频卡与用户终端进行数据连接，当然，这种连接是物理隔离式的。同时，用户终端通过两线制M-BUS总线接出至UART端口。
本发明的创新概观在于数据发送电路和数据接收电路，数据发送电路如附图2所示，包括24V直流电源、36V直流电源、驱动电路及双开关管，通过控制双开关管的交替导通和截止来实现两种电平交替输出至总线上，电阻R1、R2分为三极管Q3、Q4的基极设置静态电压，防止输入空载时Q3、Q4同时发生误导通而使两路电源间发生短路，D1为肖特基二极管，起保护作用，防止受干扰而导致Q3、Q4同时导通。该电路优点在于功率开关管Q1、Q2的导通内阻极小，自身热损耗很低，总线负载容量非常高，在大负载时发热量小，抗干扰能力强。
数据接收电路如附图3所示，包括电流取样电路、分压钳位电路、交流放大电路、比较电路、整型电路及保护电路，取样电压经电阻R1、R2分压后为放大器U1正相端提供静态工作点电压，瞬态抑制二极管D1用于钳制U1输入端电压，静态下U1输出电压等于正相端的输入电压；主机处于数据接收状态时，取样电压的微小变化被U1所放大，其中二极管D2用于加速放大器U1在其输出由高电压跳变为0V时的负反馈过程，实现该接收电路对不同通信波特率的兼容；比较器U2的参考比较电压设置在合适的电压水平，过滤掉因外界或从机之间的干扰所引起的错误数据接收，其中D3为三端稳压管，D4为稳压二极管；整个电路的优点是：采用了信号放大环节，取样电阻值很小，热损耗很低；放大环节只放大交流成分，信号接收不受负载变化的影响；采用比较环节，设置合适阀值可过滤因干扰而引起误码接收；很好的兼容标准通信波特率范围且数据波形良好。
其中，微处理器（MB9AF005型的高速芯片）通过数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端等从机设备进行数据交换；
数据发送电路由驱动电路、双功率开关管及两路电压不相等的直流电源组成，其中12V直流电源为主机提供逻辑‘0’总线电压，24V直流电源为主机提供逻辑‘1’总线电压，微处理器通过驱动电路驱动并控制功率开关管Q1和Q2的交替导通和截止来实现M-BUS总线上逻辑电平跳变，从而实现主机到从机的数据传输；
数据接收电路由依次相连的电流取样电路、分压钳位电路、交流放大电路、比较电路及整形电路组成；
总线电流通过取样电阻后的输出电压经电阻分压、TVS管钳位后输入至运算放大器正相输入端，为了保证在M-BUS总线处于数据发送状态或空闲状态下时数据接收电路输出为逻辑高电平，运放正相输入端的静态电压在整个总线负载变化范围内维持在较低水平并留有足够余量；M-BUS总线处于数据接收状态时，分压钳位电路的输出电压由运算放大器U1进行交流放大，即只放大输出电压中变化的信号电压成分，放大后的信号电压再经比较和整形后转换为微处理器可处理的TTL电平信号。
实施例1：用户终端，装设于公用事业商品用户家庭室内，设有显示部，用于为用户指示能耗信息和费用信息；以及通讯部，用于此用户终端与外部设备的电气交互；进一步设有数据处理部，连接并控制所述显示部和通讯部，其特征在于：所述用户终端通过两线制总线接设于M-BUS总线上，它包括数据发送电路及数据接收电路，配置用于使得MCU通过数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在所述M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端等从机设备进行数据交换，所述数据发送电路和数据接收电路双向连接于MCU与M-BUS总线之间，其中
所述数据发送电路包括：双功率开关管，连接于所述MCU与M-BUS总线之间，用于控制M-BUS总线上的逻辑电平跳变；接设于所述双功率开关管与MCU之间的驱动电路，用于MCU驱动和控制所述双功率开关管直流电源的交替导通和截止；以及接入所述双功率开关管的直流电源；
所述数据接收电路包括：接设于M-BUS总线与MCU之间依次耦合电连接的电流取样电路、分压钳位电路、交流放大电路、比较电路及整形电路，用于在M-BUS总线处于数据接收状态时，提供所述MCU可处理的TTL电平信号，其中：
所述直流电源包括12V直流电源和24V直流电源，其中12V直流电源为集中器M-BUS主机提供逻辑“0”总线电压，24V直流电源为集中器M-BUS主机提供逻辑“1”总线电压。
数据发送电路包括12V直流电源、24V直流电源、驱动电路及双开关管Q1、Q2，通过控制所述双开关管Q1、Q2的交替导通和截止来实现“0”和“1”总线电压交替输出至M-BUS总线上，通过电阻R1、R2分别为三极管Q3、Q4的基极设置静态电压，以防止输入空载时三极管Q3、Q4同时发生误导通而使两路电源间发生短路，通过肖特基二极管D1加以过流保护，防止受干扰而导致三极管Q3、Q4同时导通。
数据接收电路包括电流取样电路、分压钳位电路、交流放大电路、比较电路、整型电路及保护电路，取样电压经电阻R1、R2分压后为放大器U1正相端提供静态工作电压，瞬态抑制二极管D1用于钳制放大器U1输入端电压，静态下放大器U1输出电压等于正相端的输入电压；当此用户终端处于数据接收状态时，取样电压的微小变化被放大器U1所放大，其中二极管D2用于加速放大器U1在其输出由高电压跳变为0V时的负反馈过程，实现数据接收电路对不同通信波特率的兼容；比较器U2的参考比较电压设置在合适的电压水平，过滤掉因外界或从机之间的干扰所引起的错误数据接收，其中进一步设置三端稳压管D3和稳压二极管D4。
实施例2：用户终端，其特征在于：通过两线制总线接设于M-BUS总线上，它包括数据发送电路及数据接收电路，配置用于使得MCU通过数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在所述M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端等从机设备进行数据交换，所述数据发送电路和数据接收电路双向连接于MCU与M-BUS总线之间，其中包括步骤：
s1.通过数据发送电路的双向开关管Q1、Q2将“0”和“1”总线电压交替输出至M-BUS总线上；s2.在所述M-BUS总线上装设多个公用事业仪表，获取这些公用事业仪表的能耗信息和费用信息；s3.当此用户终端处于数据接收状态时，其取样电压的微小变化被放大器U1所放大，其中二极管D2用于加速放大器U1在其输出由高电压跳变为0V时的负反馈过程，实现数据接收电路对不同通信波特率的兼容；比较器U2的参考比较电压设置在合适的电压水平，过滤掉因外界或从机之间的干扰所引起的错误数据接收。
通过电阻R1、R2分别为三极管Q3、Q4的基极设置静态电压，以防止输入空载时三极管Q3、Q4同时发生误导通而使两路电源间发生短路，通过肖特基二极管D1加以过流保护，防止受干扰而导致三极管Q3、Q4同时导通。
除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。
Claims (8)
1.用户终端，装设于公用事业商品用户家庭室内，设有显示部，用于为用户指示能耗信息和费用信息；以及通讯部，用于此用户终端与外部设备的电气交互；进一步设有数据处理部，连接并控制所述显示部和通讯部，其特征在于：所述用户终端通过两线制总线接设于M-BUS总线上，它包括数据发送电路及数据接收电路，配置用于使得MCU通过数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在所述M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端等从机设备进行数据交换，所述数据发送电路和数据接收电路双向连接于MCU与M-BUS总线之间，其中
所述数据发送电路包括：双功率开关管，连接于所述MCU与M-BUS总线之间，用于控制M-BUS总线上的逻辑电平跳变；接设于所述双功率开关管与MCU之间的驱动电路，用于MCU驱动和控制所述双功率开关管直流电源的交替导通和截止；以及接入所述双功率开关管的直流电源；
所述数据接收电路包括：接设于M-BUS总线与MCU之间依次耦合电连接的电流取样电路、分压钳位电路、交流放大电路、比较电路及整形电路，用于在M-BUS总线处于数据接收状态时，提供所述MCU可处理的TTL电平信号，其中：
所述直流电源包括12V直流电源和24V直流电源，其中12V直流电源为所述用户终端提供逻辑“0”总线电压，24V直流电源为用户终端提供逻辑“1”总线电压。
2.根据权利要求1所述的用户终端，其特征在于：所述数据发送电路包括12V直流电源、24V直流电源、驱动电路及双功率开关管Q1、Q2，通过控制所述双功率开关管Q1、Q2的交替导通和截止来实现“0”和“1”总线电压交替输出至M-BUS总线上，通过电阻R1、R2分别为三极管Q3、Q4的基极设置静态电压，以防止输入空载时三极管Q3、Q4同时发生误导通而使两路电源间发生短路，通过肖特基二极管D1加以过流保护，防止受干扰而导致三极管Q3、Q4同时导通。
3.根据权利要求1所述的用户终端，其特征在于：数据接收电路包括电流取样电路、分压钳位电路、交流放大电路、比较电路、整型电路及保护电路，取样电压经电阻R1、R2分压后为放大器U1正相端提供静态工作电压，瞬态抑制二极管D1用于钳制放大器U1输入端电压，静态下放大器U1输出电压等于正相端的输入电压；当此用户终端处于数据接收状态时，取样电压的微小变化被放大器U1所放大，其中二极管D2用于加速放大器U1在其输出由高电压跳变为0V时的负反馈过程，实现数据接收电路对不同通信波特率的兼容；比较器U2的参考比较电压设置在合适的电压水平，过滤掉因外界或从机之间的干扰所引起的错误数据接收，其中进一步设置三端稳压管D3和稳压二极管D4。
4.根据权利要求1所述的用户终端，其特征在于：所述数据处理部通过其数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端进行数据交换。
5.根据权利要求1所述的用户终端，其特征在于：数据处理部通过驱动电路驱动并控制功率开关管Q1和Q2的交替导通和截止来实现M-BUS总线上逻辑电平跳变，从而实现主机到从机的数据传输。
6.根据权利要求3所述的用户终端，其特征在于：M-BUS总线上的电流通过取样电阻后的输出电压经电阻分压、TVS管钳位后输入至运算放大器正相输入端，为了保证在M-BUS总线处于数据发送状态或空闲状态下时数据接收电路输出为逻辑高电平，运算放大器正相输入端的静态电压在整个总线负载变化范围内维持在较低水平并留有足够余量；
在所述的M-BUS总线处于数据接收状态时，分压钳位电路的输出电压由运算放大器U1进行交流放大，即只放大输出电压中变化的信号电压成分，放大后的信号电压再经比较和整形后转换为微处理器可处理的TTL电平信号。
7.用户终端，其特征在于：通过两线制总线接设于M-BUS总线上，它包括数据发送电路及数据接收电路，配置用于使得MCU通过数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线与挂载在所述M-BUS总线上的仪表终端、控制器终端或传感器终端等从机设备进行数据交换，所述数据发送电路和数据接收电路双向连接于MCU与M-BUS总线之间，其中包括步骤：
s1.通过数据发送电路的双向开关管Q1、Q2将“0”和“1”总线电压交替输出至M-BUS总线上；
s2.在所述M-BUS总线上装设多个公用事业仪表，获取这些公用事业仪表的能耗信息和费用信息；
s3.当此用户终端处于数据接收状态时，其取样电压的微小变化被放大器U1所放大，其中二极管D2用于加速放大器U1在其输出由高电压跳变为0V时的负反馈过程，实现数据接收电路对不同通信波特率的兼容；比较器U2的参考比较电压设置在合适的电压水平，过滤掉因外界或从机之间的干扰所引起的错误数据接收。
8.根据权利要求8所述的用户终端，其特征在于：通过电阻R1、R2分别为三极管Q3、Q4的基极设置静态电压，以防止输入空载时三极管Q3、Q4同时发生误导通而使两路电源间发生短路，通过肖特基二极管D1加以过流保护，防止受干扰而导致三极管Q3、Q4同时导通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: HOLLEY Technology Park No. 181 310012 Hangzhou city Zhejiang District of Yuhang province Wuchang Avenue Applicant after: HOLLEY METERING LIMITED Address before: HOLLEY Technology Park No. 181 310012 Hangzhou city Zhejiang District of Yuhang province Wuchang Avenue Applicant before: Holley Metering Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140416 |