CN107767654A - 一种mbus采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种MBUS采集器，其包括微控制器、LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路、MBUS通信电路、电源模块；所述微控制器分别与LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路、MBUS通信电路连接，所述电源模块提供两组隔离电源，其中一组连接微控制器、LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路，另外一组连接MBUS通信电路。本发明通过采用低阻值采样电阻、电流监测器放大信号、耦合电容隔离直流分量，在保证正确采样识别MBUS从站调制电流信号的前提下，降低了MBUS发送调制电压信号受从站负载电流变化的影响，大大提高了MBUS从站负载能力。
Description
技术领域
本发明涉及集中抄表领域，尤其涉及一种MBUS采集器。
背景技术
MBUS是集中抄表系统中采集器与仪表之间一种主要的通信方式，现有采集器的MBUS通信电路，一般采用几十欧姆的采样电阻来对MBUS从站返回的调制电流信号进行采样识别，采样电阻越大，对返回信号的识别效果越好。但在从站较多、负载电流较大的情况下，采样电阻会对MBUS发送的调制电压信号造成影响，导致电压降低、压差波动。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种MBUS采集器，旨在减少从站负载电流变化对MBUS发送调制电压信号造成的影响，提高MBUS从站负载能力。
本发明的技术方案如下：
一种MBUS采集器，其中，包括微控制器、LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路、MBUS通信电路、电源模块；所述微控制器分别与LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路、MBUS通信电路连接，所述电源模块提供两组隔离电源，其中一组连接微控制器、LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路，另外一组连接MBUS通信电路。
所述的MBUS采集器，其中，所述的微控制器为STM32F103VC。
所述的MBUS采集器，其中，所述MBUS通信电路包括三端稳压器U4、电流监测器U5、比较器U6、二极管D1、三极管Q7、三极管Q8、三极管Q9、三极管Q10、光耦ISO1、光耦ISO2、耦合电容C10、滤波电容C11、上拉电阻R17、限流电阻R18、限流电阻R19、上拉电阻R20、限流电阻R21、限流电阻R41、上拉电阻R42、限流电阻R43、限流电阻R44、分压电阻R45、分压电阻R46、分压电阻R47、采样电阻R48、匹配电阻R49、匹配电阻R50、下拉电阻R51、匹配电阻R52、分压电阻R53、分压电阻R54、上拉电阻R55、限流电阻R56、接线端子J1。
上拉电阻R17的一端连接限流电阻R18的一端后连接微控制器U1的管脚55，上拉电阻R17的另一端接3.3V电源，限流电阻R18的另一端连接三极管Q7的B极，三极管Q7的E极接3.3V电源，三极管Q7的C极连接光耦ISO1的管脚1，光耦ISO1的管脚3连接限流电阻R19后接地，光耦ISO1的管脚4接地，光耦ISO1的管脚6连接限流电阻R41后接5V_MBUS电源，光耦ISO1的管脚5引出后分为两路，一路连接上拉电阻R42后接5V_MBUS电源，一路连接限流电阻R43后连接三极管Q9的B极，三极管Q9的E极连接限流电阻R44后接5V_MBUS电源，三极管Q9的C极连接三极管Q10的B极，三极管Q10的E极接地，三极管Q10的C极连接分压电阻R45的一端，三端稳压器U4的管脚1引出后分为三路，一路连接分压电阻R45的另一端，一路连接分压电阻R46后接地，一路连接分压电阻R47后连接三端稳压器U4的管脚2，三端稳压器U4的管脚3接36V_MBUS电源，二极管D1的管脚1连接三端稳压器U4的管脚2，二极管D1的管脚2连接三端稳压器U4的管脚3，采样电阻R48的一端连接三端稳压器U4的管脚2，另一端连接接线端子J1的端子2，接线端子J1的端子1接地，接线端子J1连接仪表（MBUS从站）；电流监测器U5的管脚3连接匹配电阻R49后连接三端稳压器U4的管脚2，电流监测器U5的管脚4连接匹配电阻R50后连接接线端子J1的端子2，电流监测器U5的管脚5接18V_MBUS电源，电流监测器U5的管脚2接地，电流监测器U5的管脚1连接耦合电容C10的一端，耦合电容C10的另一端引出后分三路，一路连接下拉电阻R51后接地，一路连接滤波电容C11后接地，一路连接匹配电阻R52后连接比较器U6的管脚3，比较器U6的管脚8接5V_MBUS电源，比较器U6的管脚4接地，比较器U6的管脚2引出后分两路，一路连接分压电阻R53后接地，一路连接分压电阻R54后接5V_MBUS电源，比较器U6的管脚1引出后分两路，一路连接上拉电阻R55后接5V_MBUS电源，一路连接三极管Q8的B极，三极管Q8的E极接地，三极管Q8的C极连接光耦ISO2的管脚3，光耦ISO2的管脚1连接限流电阻R56后接5V_MBUS电源，光耦ISO2的管脚4接地，光耦ISO2的管脚6连接限流电阻R21后接3.3V电源，光耦ISO2的管脚5引出后分两路，一路连接上拉电阻R20后接3.3V电源，一路连接微控制器U1的管脚56。
所述的MBUS采集器，其中，所述的采样电阻R48为0.5Ω±1%贴片电阻。
所述的MBUS采集器，其中，所述的耦合电容C10为1uF±10%贴片电容。
所述的MBUS采集器，其中，所述的电流监测器U5为INA194。
有益效果：本发明在保证正确采样识别MBUS从站调制电流信号的前提下，降低了MBUS发送调制电压信号受从站负载电流变化的影响，大大提高了MBUS从站负载能力。
附图说明
图1是本发明一种MBUS采集器较佳实施例的结构框图。
图2是本发明一种MBUS采集器的MBUS通信电路图。
具体实施方式
本发明提供一种MBUS采集器，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了便于下文的描述，首先对MBUS物理层通信给出以下说明：
MBUS物理层bit流传输具有独特的电平特征。主站到从站的bit流传输通过电压调制实现，而从站到主站的bit流传输通过电流调制实现。定义逻辑“1”为mark，逻辑“0”为space。
MBUS协议规定总线处于空闲状态是用逻辑“1”表示，即总线电压维持在Vmark，而每个从站取电流Imark≤1.5mA，即两线制总线上的总电流等于Imark*从站总数。这样无论总线处于空闲状态还是数据传输状态，总线电压不低于Vspace，每个从站所取电流不大于Imark，这个电流就可用作从站电源。
图1是本发明MBUS采集器的结构框图，其包括微控制器、LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路、MBUS通信电路、电源模块。所述微控制器分别与LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路、MBUS通信电路连接，所述电源模块提供两组隔离电源，其中一组连接微控制器、LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路，另外一组连接MBUS通信电路。在实施过程中，电源模块提供电源；微控制器控制LED显示模块实时显示RS485通信电路、USB通信电路、MBUS通信电路的当前通信状态；RS485通信电路、USB通信电路将接收到的上行设备抄表命令转发给微控制器；微控制器分析抄表命令后将抄表命令通过MBUS通信电路发送给下行仪表（MBUS从站）；MBUS通信电路将接收到的下行仪表（MBUS从站）返回数据转发给微控制器，微控制器将返回数据通过RS485通信电路、USB通信电路发送给上行设备。
进一步作为优选的实施方式，微控制器为STM32F103VC。
其中，STM32F103VC为意法半导体公司出品的Cortex-M3内核32位ARM微控制器。其工作电压为2.0－3.6V，最大工作频率72MHz，具有256K FLASH，48K SRAM。
图2是本发明MBUS采集器的MBUS通信电路图，其包括三端稳压器U4、电流监测器U5、比较器U6、二极管D1、三极管Q7、三极管Q8、三极管Q9、三极管Q10、光耦ISO1、光耦ISO2、耦合电容C10、滤波电容C11、上拉电阻R17、限流电阻R18、限流电阻R19、上拉电阻R20、限流电阻R21、限流电阻R41、上拉电阻R42、限流电阻R43、限流电阻R44、分压电阻R45、分压电阻R46、分压电阻R47、采样电阻R48、匹配电阻R49、匹配电阻R50、下拉电阻R51、匹配电阻R52、分压电阻R53、分压电阻R54、上拉电阻R55、限流电阻R56、接线端子J1。
连接关系：上拉电阻R17的一端连接限流电阻R18的一端后连接微控制器U1的管脚55，上拉电阻R17的另一端接3.3V电源，限流电阻R18的另一端连接三极管Q7的B极，三极管Q7的E极接3.3V电源，三极管Q7的C极连接光耦ISO1的管脚1，光耦ISO1的管脚3连接限流电阻R19后接地，光耦ISO1的管脚4接地，光耦ISO1的管脚6连接限流电阻R41后接5V_MBUS电源，光耦ISO1的管脚5引出后分为两路，一路连接上拉电阻R42后接5V_MBUS电源，一路连接限流电阻R43后连接三极管Q9的B极，三极管Q9的E极连接限流电阻R44后接5V_MBUS电源，三极管Q9的C极连接三极管Q10的B极，三极管Q10的E极接地，三极管Q10的C极连接分压电阻R45的一端，三端稳压器U4的管脚1引出后分为三路，一路连接分压电阻R45的另一端，一路连接分压电阻R46后接地，一路连接分压电阻R47后连接三端稳压器U4的管脚2，三端稳压器U4的管脚3接36V_MBUS电源，二极管D1的管脚1连接三端稳压器U4的管脚2，二极管D1的管脚2连接三端稳压器U4的管脚3，采样电阻R48的一端连接三端稳压器U4的管脚2，另一端连接接线端子J1的端子2，接线端子J1的端子1接地，接线端子J1连接仪表（MBUS从站）；电流监测器U5的管脚3连接匹配电阻R49后连接三端稳压器U4的管脚2，电流监测器U5的管脚4连接匹配电阻R50后连接接线端子J1的端子2，电流监测器U5的管脚5接18V_MBUS电源，电流监测器U5的管脚2接地，电流监测器U5的管脚1连接耦合电容C10的一端，耦合电容C10的另一端引出后分三路，一路连接下拉电阻R51后接地，一路连接滤波电容C11后接地，一路连接匹配电阻R52后连接比较器U6的管脚3，比较器U6的管脚8接5V_MBUS电源，比较器U6的管脚4接地，比较器U6的管脚2引出后分两路，一路连接分压电阻R53后接地，一路连接分压电阻R54后接5V_MBUS电源，比较器U6的管脚1引出后分两路，一路连接上拉电阻R55后接5V_MBUS电源，一路连接三极管Q8的B极，三极管Q8的E极接地，三极管Q8的C极连接光耦ISO2的管脚3，光耦ISO2的管脚1连接限流电阻R56后接5V_MBUS电源，光耦ISO2的管脚4接地，光耦ISO2的管脚6连接限流电阻R21后接3.3V电源，光耦ISO2的管脚5引出后分两路，一路连接上拉电阻R20后接3.3V电源，一路连接微控制器U1的管脚56。
工作原理：发送数据时，微控制器通过管脚55输出信号，信号经光耦ISO1隔离后，通过光耦ISO1的管脚5，控制三极管Q9、三极管Q10的通断，进而控制三端稳压器U4的管脚1（电压调整脚），使三端稳压器U4的管脚2输出符合MBUS通信要求的调制电压给仪表（MBUS从站）；接收数据时，仪表（MBUS从站）输出调制电流，采样电阻R48将电流信号转换为电压信号，电流监测器U5将电压信号放大50倍后输出给耦合电容C10，耦合电容C10隔离直流分量，将变化的电压信号传送给比较器U6，比较器U6将耦合过来的电压信号与基准电压进行比较，输出标准的数字通信TTL电平，经光耦ISO2隔离后，通过光耦ISO2的管脚5传送给微控制器。
进一步作为优选的实施方式，所述的采样电阻R48为0.5Ω±1%贴片电阻。
进一步作为优选的实施方式，所述的耦合电容C10为1uF±10%贴片电容。
进一步作为优选的实施方式，所述的电流监测器U5为INA194。
其中，INA194为TI公司出品的SOT23-5封装的电流监测器。该芯片具有以下特点：工作电压范围宽：+2.7V到+18V；共模电压范围宽：-16V到+36V；精度高，在整个工作温度范围内，误差小于3%；带宽可达500kHz；功耗低，静态电流最大值900uA；输出电压正比于监测电流，监测电流范围大；电压放大倍数：50。
以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种MBUS采集器，其特征在于，包括微控制器、LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路、MBUS通信电路、电源模块；所述微控制器分别与LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路、MBUS通信电路连接，所述电源模块提供两组隔离电源，其中一组连接微控制器、LED显示模块、RS485通信电路、USB通信电路，另外一组连接MBUS通信电路。
2.根据权利要求1所述的MBUS采集器，其特征在于，所述的微控制器为STM32F103VC。
3.根据权利要求1所述的MBUS采集器，其特征在于，所述MBUS通信电路包括三端稳压器U4、电流监测器U5、比较器U6、二极管D1、三极管Q7、三极管Q8、三极管Q9、三极管Q10、光耦ISO1、光耦ISO2、耦合电容C10、滤波电容C11、上拉电阻R17、限流电阻R18、限流电阻R19、上拉电阻R20、限流电阻R21、限流电阻R41、上拉电阻R42、限流电阻R43、限流电阻R44、分压电阻R45、分压电阻R46、分压电阻R47、采样电阻R48、匹配电阻R49、匹配电阻R50、下拉电阻R51、匹配电阻R52、分压电阻R53、分压电阻R54、上拉电阻R55、限流电阻R56、接线端子J1；
上拉电阻R17的一端连接限流电阻R18的一端后连接微控制器U1的管脚55，上拉电阻R17的另一端接3.3V电源，限流电阻R18的另一端连接三极管Q7的B极，三极管Q7的E极接3.3V电源，三极管Q7的C极连接光耦ISO1的管脚1，光耦ISO1的管脚3连接限流电阻R19后接地，光耦ISO1的管脚4接地，光耦ISO1的管脚6连接限流电阻R41后接5V_MBUS电源，光耦ISO1的管脚5引出后分为两路，一路连接上拉电阻R42后接5V_MBUS电源，一路连接限流电阻R43后连接三极管Q9的B极，三极管Q9的E极连接限流电阻R44后接5V_MBUS电源，三极管Q9的C极连接三极管Q10的B极，三极管Q10的E极接地，三极管Q10的C极连接分压电阻R45的一端，三端稳压器U4的管脚1引出后分为三路，一路连接分压电阻R45的另一端，一路连接分压电阻R46后接地，一路连接分压电阻R47后连接三端稳压器U4的管脚2，三端稳压器U4的管脚3接36V_MBUS电源，二极管D1的管脚1连接三端稳压器U4的管脚2，二极管D1的管脚2连接三端稳压器U4的管脚3，采样电阻R48的一端连接三端稳压器U4的管脚2，另一端连接接线端子J1的端子2，接线端子J1的端子1接地，接线端子J1连接仪表（MBUS从站）；电流监测器U5的管脚3连接匹配电阻R49后连接三端稳压器U4的管脚2，电流监测器U5的管脚4连接匹配电阻R50后连接接线端子J1的端子2，电流监测器U5的管脚5接18V_MBUS电源，电流监测器U5的管脚2接地，电流监测器U5的管脚1连接耦合电容C10的一端，耦合电容C10的另一端引出后分三路，一路连接下拉电阻R51后接地，一路连接滤波电容C11后接地，一路连接匹配电阻R52后连接比较器U6的管脚3，比较器U6的管脚8接5V_MBUS电源，比较器U6的管脚4接地，比较器U6的管脚2引出后分两路，一路连接分压电阻R53后接地，一路连接分压电阻R54后接5V_MBUS电源，比较器U6的管脚1引出后分两路，一路连接上拉电阻R55后接5V_MBUS电源，一路连接三极管Q8的B极，三极管Q8的E极接地，三极管Q8的C极连接光耦ISO2的管脚3，光耦ISO2的管脚1连接限流电阻R56后接5V_MBUS电源，光耦ISO2的管脚4接地，光耦ISO2的管脚6连接限流电阻R21后接3.3V电源，光耦ISO2的管脚5引出后分两路，一路连接上拉电阻R20后接3.3V电源，一路连接微控制器U1的管脚56。
4.根据权利要求3所述的MBUS采集器，其特征在于，所述的采样电阻R48为0.5Ω±1%贴片电阻。
5.根据权利要求3所述的MBUS采集器，其特征在于，所述的耦合电容C10为1uF±10%贴片电容。
6.根据权利要求3所述的MBUS采集器，其特征在于，所述的电流监测器U5为INA194。
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