CN104077260A - 一种集中器m-bus主机通讯接口装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例是在于提供一种负载容量大、发热量小、低损耗的集中器M-BUS主机通信接口装置，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。

Description

一种集中器M-BUS主机通讯接口装置
技术领域
本发明涉及一种集中器M-BUS主机通信接口装置，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、低损耗的集中器M-BUS主机通信接口装置，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24V直流电源为主机提供逻辑‘0’总线电压，36V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1：一种集中器M-BUS主机通讯接口装置，设置于集中器MCU与M-BUS总线之间，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，其改进设计在于：
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。
在一个实施例中，所述直流电源包括24V直流电源和36V直流电源，其中24V直流电源为集中器M-BUS主机提供逻辑“0”总线电压，36V直流电源为集中器M-BUS主机提供逻辑“1”总线电压。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的结构原理框图；
图2为本发明的M-BUS主机数据发送电路原理图；
图3为本发明的M-BUS主机数据接收电路原理图。
具体实施方式
从图1中可以看出本发明的M-BUS主机通信接口装置包括微处理器、数据发送电路、数据接收电路及M-BUS总线；主机到从机的信息传递是通过电平变化实现的，使用36V的高电平逻辑‘1’静态电压值和24V的逻辑‘0’动态电压值进行数据发送，较高的压差提高了总线抗干扰能力；总线上的闲置电流为从机终端通信接口电或整个终端供电，从机到主机的信息传递是通过电流变化实现的，以总线闲置电流的增加量（11~20mA）作为有效信号进行数据接收，提高了对外部电压的抗干扰能力，避免了导线电阻的影响。
本发明的创新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。

Claims (2)

1.一种集中器M-BUS主机通讯接口装置，设置于集中器MCU与M-BUS总线之间，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，其特征在于：
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。
2.根据权利要求1所述的集中器M-BUS主机通讯接口装置，所述直流电源包括24V直流电源和36V直流电源，其中24V直流电源为集中器M-BUS主机提供逻辑“0”总线电压，36V直流电源为集中器M-BUS主机提供逻辑“1”总线电压。
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