CN104901682A - M-Bus主机电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种M-BUS主机电路。其包括总线驱动电路和回送信号提取电路，所述回送信号提取电路与所述总线驱动电路的MBUS-端连接。本发明的M-BUS主机电路利用三极管构成可调的电压驱动器驱动总线，增强了总线的驱动能力，提高了总线的负载能力；采用简化的回送信号提取电路降低了成本，同时减小了电流采样电阻阻值，从而减少了采样电阻上的能量浪费，进一步保证了总线的驱动能力；通过在总线驱动电路中加入总线电源开关模块，使得总线可选的进行开关，减少了能量浪费。

Description

M-Bus主机电路

技术领域

本发明属于水、气表远程抄表技术领域，尤其涉及一种M-BUS主机电路。

背景技术

M-Bus(symphonic mbus，远程抄表系统)是欧洲标准的2线二总线，主要用于消耗测量仪器诸如热表和水表系列。对于一个远程抄表系统来讲，总线上传输的数据就是终端用户所消费的水、电、气等重要数据,因此对总线的抗外部干扰性要求非常高，要能抵抗各种容性、感性的偶合干扰，所有从设备及从设备和主设备之间都相互隔离。同时又要求组网成本相对较低，传输线无须使用屏蔽电缆，而且为节约成本，要采用远程供电的方式给从设备提供电源，以尽可能减少元器件的使用。解决这些现实的问题必须要采用一种合适的总线结构。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设计的.M-Bus在建筑物和工业能源消耗数据采集有多方面的应用。M-Bus总线的提出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，可以在几公里的距离上连接几百个从设备。M-Bus总线上的设备分为主机和表具两种，其中主机对总线的驱动电路因为没有现成的芯片可以使用，实际中多采用自行设计的模拟电路实现。传统的主机电路设计，由于驱动能力不足，总线上只能负载约60个表具；传统设计需要使用大功率、高电压运放和比较器，成本较高；并且在不使用时，总线上的电源不能关断，造成能源的浪费。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决现在技术中主机电路驱动能力不足、成本高及能源浪费等问题，本发明提出了一种M-BUS主机电路。

本发明的技术方案是：一种M-BUS主机电路，包括总线驱动电路和回送信号提取电路，所述回送信号提取电路与所述总线驱动电路连接；所述总线驱动电路包括总线电源开关模块、电压驱动模块、发送信号驱动模块、第一电压基准模块、第二电压基准模块和下降沿处理模块；所述总线电源开关模块一端接入总线电源，另一端与电压驱动模块连接，所述电压驱动模块的另一端作为总线驱动电路的MBUS+端；所述电压驱动模块还与第一电压基准模块及第二电压基准模块依次串联连接，所述第二电压基准模块的另一端接地并作为总线驱动电路的MBUS-端；所述发送信号驱动模块一端接入发送信号，另一端与第二电压基准模块连接；所述下降沿处理模块一端与电压驱动模块连接，另一端与第二电压基准模块连接。

进一步地，所述电压驱动模块包括三极管；所述三极管的集电极与总线电源开关模块连接，发射极与下降沿处理模块连接并作为MBUS+端，基极与第一电压基准模块连接。

进一步地，所述总线驱动电路的MBUS-端串联有电流采样电阻。

进一步地，所述回送信号提取电路包括信号放大运算模块、精密峰值保持模块和比较模块。

进一步地，所述信号放大运算模块包括第一运算放大器和第一电阻；所述第一运算放大器与第一电阻并联连接，所述第一电阻的一端分别与第一运算放大器的同相输入端及反相输入端连接并接入采用信号，另一端与第一运算放大器的输出端连接。

进一步地，所述精密峰值保持模块包括第二运算放大器、第二电阻、二极管、电容和第三电阻；所述第二运算放大器的同相输入端与第二电阻的一端连接，输出端与二极管的正极连接，反相输入端分别与二极管的负极、电容的正极及第三电阻的一端连接，所述电容的负极与第三电阻的另一端连接并接地。

进一步地，所述比较模块包括比较器和第四电阻；所述比较器的同相输入端与第四电阻的一端连接，输出端输出接收信号；所述第四电阻的另一端与电源连接。

本发明的有益效果是：本发明的M-BUS主机电路利用三极管构成可调的电压驱动器驱动总线，增强了总线的驱动能力，提高了总线的负载能力；采用简化的回送信号提取电路降低了成本，同时减小了电流采样电阻阻值，从而减少了采样电阻上的能量浪费，进一步保证了总线的驱动能力；通过在总线驱动电路中加入总线电源开关模块，使得总线可选的进行开关，减少了能量浪费。

附图说明

图1是本发明的M-BUS主机电路示意图。

图2是本发明的总线驱动电路原理图。

图3是本发明的回送信号提取电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明的M-BUS主机电路示意图。一种M-BUS主机电路，包括总线驱动电路和回送信号提取电路，回送信号提取电路与总线驱动电路连接；总线驱动电路包括总线电源开关模块、电压驱动模块、发送信号驱动模块、第一电压基准模块、第二电压基准模块和下降沿处理模块；总线电源开关模块一端接入总线电源，另一端与电压驱动模块连接，电压驱动模块的另一端作为总线驱动电路的MBUS+端；电压驱动模块还与第一电压基准模块及第二电压基准模块依次串联连接，第二电压基准模块的另一端接地并作为总线驱动电路的 MBUS-端；发送信号驱动模块一端接入发送信号，另一端与第二电压基准模块连接；下降沿处理模块一端与电压驱动模块连接，另一端与第二电压基准模块连接。

基于上述M-BUS主机电路，本发明在总线驱动电路的MBUS-端串联有电流采样电阻，用于提取表具回送的电流信号。

基于上述M-BUS主机电路，本发明的回送信号提取电路包括信号放大运算模块、精密峰值保持模块和比较模块，信号放大运算模块、精密峰值保持模块和比较模块依次连接。

如图2所示，为本发明的总线驱动电路原理图。本发明的总线驱动电路中总线电源开关模块采用MOS管及三极管T1控制总线电源开关，按照使用需求打开或关闭总线电源，避免了能源的浪费；MOS管的栅极分别与三极管T1的集电极及电阻R1的一端连接，MOS管的漏极分别与电阻R1的另一端及二极管D1的正极连接并接入电源，MOS管的源极与二极管D1的负极连接，三极管T1的发射极接地，三极管T1的基极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接入总线电源控制信号。本发明的总线驱动电路中电压驱动模块采用三极管T2构成可调的电压驱动器驱动总线，增大了总线驱动能力，提高了总线的负载能力；三极管T2的集电极分别与MOS管的源极及电阻R3的一端连接，三极管T2的发射极作为总线驱动电路的MBUS+端，三极管T2的基极与电阻R3的另一端连接。本发明的总线驱动电路中第一电压基准模块采用二极管D2；二极管D2的负极与三极管T2的基极连接。本发明的总线驱动电路中第二电压基准模块采用二极管D3；二极管D3的负极与二极管D2的正极连接，二极管D3的负极与三极管T1的发射极连接。本发明的总线驱动电路中发送信号驱动模块采用三极管T3；三极管T3的基极与电阻R5的一端连接，三极管T3的集电极与二极管D3的负极连接，三极管T3的发射极与二极管D3的正极连接。本发明的总线驱动电路中下降沿处理模块采用三极管T4；三极管T4的基极与电阻R4的一端连接，三极管T4的发射极与三极管T2的发射极连接，三极管T4的集电极与电阻R6的一端连接，电阻R4的另一端与三极管T2的基极连接，电阻R6的另一端与二极管D3的正极连接。本发明的电流采样电阻串联在总线驱动电路的MBUS-端上。

本发明的总线驱动电路中，由总线电源开关模块接入总线电源为整个M-BUS主机电路供电，并控制总线电源的开关；当不使用M-BUS时，可以利用总线电源开关关闭总线电源，避免了能源的浪费，降低了总线的功耗。电压驱动模块中采用三极管T2构成可调的电压驱动器驱动总线，增大了总线驱动能力，使得总线的负载能力调高到了300个表具。由于M-Bus总线电缆和表具都存在寄生电容，单纯使用电压驱动器无法产生良好的下降沿，而本发明通过加入下降沿处理模块，当电压驱动器输出的电压由36V变为24V时，利用下降沿处理模块将M-Bus总线上的电压快速钳制到电压驱动器输出的24V电压上，解决了单纯使用电压驱动 器无法产生良好的下降沿的问题。

如图3所示，为本发明的回送信号提取电路原理图。本发明的回送信号提取电路中信号放大运算模块采用第一运算放大器将采样信号进行放大；第一电阻的一端分别与第一运算放大器的同相输入端及反相输入端连接并接入采样信号。本发明的回送信号提取电路中精密峰值保持模块采用第二运算放大器采样得到提取表具回送电流信号的标准值；第二运算放大器的同相输入端与第一运算放大器的输出端连接，第二运算放大器的输出端与二极管的正极连接，第二运算放大器的反相输入端分别与二极管的负极、电容的正极及第三电阻的一端连接，电容的负极与第三电阻的另一端连接并接地，第二电阻的一端与第一电阻的另一端连接并与第一运算放大器的输出端搭桥连接。本发明的回送信号提取电路中比较模块采用比较器比较采样信号和标准值，将表具回送的电流信号恢复为数字信号(即接受信号)；比较器的输出端输出接收信号，比较器的反相输入端与二极管的负极连接，第四电阻的一端分别与比较器的同相输入端及第二电阻的另一端连接，第四电阻的另一端接入电源。

本发明的回送信号提取电路将电流采样电阻设置在总线驱动电路的MBUS-端，采用简单的运算放大器，降低了电路的成本及功耗；同时，减小了电流采样电阻的阻值，从而减少了采样电阻上的能源浪费，进一步增大了总线的驱动能力。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种M-BUS主机电路，其特征在于，包括总线驱动电路和回送信号提取电路，所述回送信号提取电路与所述总线驱动电路连接；所述总线驱动电路包括总线电源开关模块、电压驱动模块、发送信号驱动模块、第一电压基准模块、第二电压基准模块和下降沿处理模块；所述总线电源开关模块一端接入总线电源，另一端与电压驱动模块连接，所述电压驱动模块的另一端作为总线驱动电路的MBUS+端；所述电压驱动模块还与第一电压基准模块及第二电压基准模块依次串联连接，所述第二电压基准模块的另一端接地并作为总线驱动电路的MBUS-端；所述发送信号驱动模块一端接入发送信号，另一端与第二电压基准模块连接；所述下降沿处理模块一端与电压驱动模块连接，另一端与第二电压基准模块连接。

2.如权利要求1所述的M-BUS主机电路，其特征在于，所述电压驱动模块包括三极管；所述三极管的集电极与总线电源开关模块连接，发射极与下降沿处理模块连接并作为MBUS+端，基极与第一电压基准模块连接。

3.如权利要求2所述的M-BUS主机电路，其特征在于，所述总线驱动电路的MBUS-端串联有电流采用电阻。

4.如权利要求3所述的M-BUS主机电路，其特征在于，所述回送信号提取电路包括信号放大运算模块、精密峰值保持模块和比较模块。

5.如权利要求4所述的M-BUS主机电路，其特征在于，所述信号放大运算模块包括第一运算放大器和第一电阻；所述第一运算放大器与第一电阻并联连接，所述第一电阻的一端分别与第一运算放大器的同相输入端及反相输入端连接并接入采用信号，另一端与第一运算放大器的输出端连接。

6.如权利要求5所述的M-BUS主机电路，其特征在于，所述精密峰值保持模块包括第二运算放大器、第二电阻、二极管、电容和第三电阻；所述第二运算放大器的同相输入端与第二电阻的一端连接，输出端与二极管的正极连接，反相输入端分别与二极管的负极、电容的正极及第三电阻的一端连接，所述电容的负极与第三电阻的另一端连接并接地。

7.如权利要求6所述的M-BUS主机电路，其特征在于，所述比较模块包括比较器和第四电阻；所述比较器的同相输入端与第四电阻的一端连接，输出端输出接收信号；所述第四电阻的另一端与电源连接。