CN109472969A - 一种基于m-bus的并线转换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于M‑BUS的并线转换装置及方法，主要解决了现有水务企业和电力企业无法同时抄读M‑BUS通讯的水表的问题，包括M‑BUS输出模块、M‑BUS输入模块、中央处理器模块、无线模块、无线抄表模块、电源模块、GPS定位模块以及红外通讯模块，所述中央处理模块分别与M‑BUS输出模块、M‑BUS输入模块、无线模块、无线抄表模块、电源模块、GPS定位模块以及红外通讯模块连接。本发明通过M‑BUS输出模块、M‑BUS输入模块和中央处理器模块，能够把两路M‑BUS总线分成主设备与从设备，快速的实现两路M‑BUS数据的转换功能，该并线转换装置具有数据传输稳定，抗干扰能力强，成本低，体型小巧等特点，大大降低了漏抄，误超的几率。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备领域，尤其是涉及一种基于M-BUS的并线转换装置及方法。
背景技术
目前，水务企业采用现场集中抄表，抄表人员通过连接水务企业抄表机与居民单元楼的M-BUS总线接口，实现水表的抄读。电力企业采用远程自动抄表，将M-BUS通讯的水、气、热表通过协议转换器转换为DL/T645-2007通用规约数据后，再将数据传送至采集RS485电表的通用采集器后，上送主站。由于M-BUS总线是一种专门为消耗量计量仪表数据传输设计的主从式半双工传输总线标准，在任何时候的传输方向是单向的，从主设备到从设备或从从设备到主设备，因此，当水务企业与电力企业同时进行抄表时，会产生相互干扰，无法进行抄读。
申请号为201611219750.3，名称为“水、电、气表数据一体化采集”的专利说明书中公开了一种水、电、气表数据一体化采集，该发明将众多采集模块整合在一起以便于实现对水、电、气表数据一体化采集，使用的电路模块太多，成本较高。
发明内容
本发明主要是解决现有水务企业和电力企业无法同时抄读M-BUS通讯的水表的问题，提供了一种基于M-BUS的并线转换装置及方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于M-BUS的并线转换装置，包括M-BUS输出模块、M-BUS输入模块、中央处理器模块、无线模块、无线抄表模块、电源模块、GPS定位模块以及红外通讯模块，所述中央处理模块分别与M-BUS输出模块、M-BUS输入模块、无线模块、无线抄表模块、电源模块、GPS定位模块以及红外通讯模块连接。
本发明通过M-BUS输出模块、M-BUS输入模块和中央处理器模块，能够把两路M-BUS总线分成主设备与从设备，快速的实现两路M-BUS数据的转换功能，实现了现有水务企业和电力企业可以同时抄读M-BUS通讯的水表。其中，GPS定位模块可以确定M-BUS输出M-BUS输入并线转换装置的具体位置，当该装置出现故障时，可以及时的更换维修，同时利用手抄器连接红外通讯模块及时抄读下接表计的数据，实现数据的及时上传。
作为一种优选方案，所述M-BUS输出模块包括三极管Q5、场效应管Q6和升压转换器U2；所述中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚经电阻R17和场效应管Q6的栅极连接，场效应管Q6的源极接地，场效应管Q6的漏极经电阻R16和三极管Q5的基极连接，三极管Q5的基极和三极管Q5的发射极之间连接有电阻R15，三极管Q5的集电极和二极管D4的正极连接，二极管D4的负极和中央处理器模块的Vmark/space脚连接，三极管Q5的发射极，一路经稳压管TVS1和二极管D2的正极连接，另一路和二极管D1的负极连接，二极管D2的负极和中央处理器模块的Vmark/space脚连接，二极管D2的正极经电容C3接地，二极管D1的正极和升压转换器U2的4脚连接，二极管D1的负极既经电容C6接地又经电阻R13和电阻R14的串联电路接地，电阻R13和电阻R14的连接点和升压转换器U2的1脚连接，升压转换器U2的2脚经电阻R11和电容C5的串联电路接地，升压转换器U2的3脚接地，升压转换器U2的6脚和4脚之间连接有电感L1, 升压转换器U2的6脚和5脚连接，升压转换器U2的6脚既接+5V电压又经电容C1和电容C2的并联电路接地。该电路成本低且数据传输稳定。
作为一种优选方案，所述M-BUS输入模块包括场效应管Q7、场效应管Q8、场效应管Q9、场效应管Q10、场效应管Q11和差动比较器U3, 场效应管Q9、场效应管Q10以及场效应管Q11的栅极经电阻R25和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，场效应管Q9的漏极经电阻R20和差动比较器U3的3脚连接，差动比较器U3的3脚将电容C10接地，电阻R20上并联有二极管D6，且二极管D6的负极和场效应管Q9的漏极连接，二极管D6的正极和差动比较器U3的3脚连接，场效应管Q9的源极和二极管D7及二极管D8的正极连接，二极管D7及二极管D8的负极均和差动比较器U3的1脚连接，差动比较器U3的1脚经电阻R22接地，差动比较器U3的2脚接地，场效应管Q9的源极和场效应管Q10的漏极连接，场效应管Q10的漏极既和二极管D9 和二极管D10的负极连接又和二极管D11的正极连接，二极管D9 和二极管D10的正极和场效应管Q10的源极连接，场效应管Q10的源极和M-BUS总线中的M-BUS—端连接，二极管D11的负极和二极管D6的负极连接，差动比较器U3的5脚既接+5V电压又经电容C7接地，差动比较器U3的4脚，一路经电阻R21与发光二极管D5的负极连接，发光二极管D5的正极接+5V电压，另一路和场效应管Q8的源极连接，场效应管Q7的源极和场效应管Q11的漏极连接，场效应管Q11的源极接地，场效应管Q7的漏极既和中央处理器模块的RXD-EN/DIS脚连接又经电阻R19和电容C8的并联电路和+3V电压连接。该电路成本低且数据传输稳定。
作为一种优选方案，所述M-BUS输出M-BUS输入并线转换装置还包括TTL转USB转换电路，所述TTL转USB转换电路包括RS232-USB接口转换器U4，RS232-USB接口转换器U4的1脚既经电阻R23接+3V电压又和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，RS232-USB接口转换器U4的5脚和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，RS232-USB接口转换器U4的7脚接地，RS232-USB接口转换器U4的15脚既经电阻R26和USB接口JP2的3脚连接，RS232-USB接口转换器U4的16脚经电阻R27和USB接口JP2的2脚连接，SB接口JP2的1脚接+5V电压，USB接口JP2的4脚和5脚均接地，RS232-USB接口转换器U4的17脚经电容C13接地，RS232-USB接口转换器U4的19脚既经电容C14接地又经电阻R24接+3.3V电压，RS232-USB接口转换器U4的20脚接+5V电压，RS232-USB接口转换器U4的21脚既经电容C12接+5V电压又接地， RS232-USB接口转换器U4的27脚和28脚之间连接有晶振Y1，RS232-USB接口转换器U4的27脚和28脚分别经电容C11和电容C9接地。同时具有USB接口，使整个装置实用性更强。
作为一种优选方案，所述M-BUS输出M-BUS输入并线转换装置还包括短路保护电路，所述短路保护电路包括三极管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4以及差动比较器U1，M-BUS总线中的M-BUS+端经电阻R3和电阻R8的串联电路接地，M-BUS总线中的M-BUS—端既和电阻R3与电阻R8连接又和差动比较器U1的1脚连接，差动比较器U1的2脚接地，差动比较器U1的3脚既经电阻R9接地又经电阻R1接+5V电压又和场效应管Q2的栅极连接，场效应管Q2的源极接+5V电压，场效应管Q2的漏极经电阻R12和电容C4的并联电路接地，场效应管Q4的漏极既经电阻R6接+5V电压又经电阻R7和场效应管Q3的栅极连接，场效应管Q3的源极接地，场效应管Q3的漏极经电阻R4和三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极经电阻R10和发光二极管D3的正极连接，发光二极管D3的负极接地，三极管Q1的集电极又和M-BUS总线中的M-BUS+端连接，三极管Q1的发射极和基极之间连接有电阻R2，三极管Q1的发射极和中央处理器模块的Vmark/space脚连接。具有短路保护功能，提高了电路的稳定性与安全性。
作为一种优选方案，所述中央处理器模块采用ARM处理器，成本低，且具有强大稳定的数据处理功能。
一种基于M-BUS的并线转换方法，包括以下步骤：
S1.中央处理器模块接收无线抄表模块采集的具体数据和M-BUS输入模块所采集的具体数据；
S2. 中央处理器模块将两路M-BUS总线分成主设备与从设备，快速的实现两路M-BUS数据的转换；
S3.当M-BUS输出M-BUS输入并线转换装置出现故障时，GPS定位模块准确确定损坏装置的位置，红外通讯模块与手抄器连接及时将数据发送出去。
因此，本发明的优点是：该并线转换装置具有数据传输稳定，抗干扰能力强，成本低，体型小巧等特点，大大降低了漏抄，误超的几率。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理结构框图；
图2是本发明M-BUS输出模块的一种电路原理图；
图3是本发明M-BUS输入模块的一种电路原理图；
图4是本发明中TTL转USB转换电路的一种电路原理图；
图5是本发明中短路保护电路的电路原理图。
1-中央处理器模块 2-M-BUS输出模块 3-M-BUS输入模块 4-无线抄表模块5-GPS定位模块 6-红外通讯模块 7-电源模块 8-无线模块。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例一种基于M-BUS的并线转换装置，如图1所示，包括M-BUS输出模块2、M-BUS输入模块3、中央处理器模块1、无线模块8、无线抄表模块4、电源模块7、GPS定位模块5以及红外通讯模块6，所述中央处理模块分别与M-BUS输出模块、M-BUS输入模块、无线模块、无线抄表模块、电源模块、GPS定位模块以及红外通讯模块连接。
本发明通过M-BUS输出模块、M-BUS输入模块和中央处理器模块，能够把两路M-BUS总线分成主设备与从设备，快速的实现两路M-BUS数据的转换功能，实现了现有水务企业和电力企业可以同时抄读M-BUS通讯的水表。其中，GPS定位模块可以确定M-BUS输出M-BUS输入并线转换装置的具体位置，当该装置出现故障时，可以及时的更换维修，同时利用手抄器连接红外通讯模块及时抄读下接表计的数据，实现数据的及时上传。
如图2所示，所述M-BUS输出模块包括三极管Q5、场效应管Q6和升压转换器U2；所述中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚经电阻R17和场效应管Q6的栅极连接，场效应管Q6的源极接地，场效应管Q6的漏极经电阻R16和三极管Q5的基极连接，三极管Q5的基极和三极管Q5的发射极之间连接有电阻R15，三极管Q5的集电极和二极管D4的正极连接，二极管D4的负极和中央处理器模块的Vmark/space脚连接，三极管Q5的发射极，一路经稳压管TVS1和二极管D2的正极连接，另一路和二极管D1的负极连接，二极管D2的负极和中央处理器模块的Vmark/space脚连接，二极管D2的正极经电容C3接地，二极管D1的正极和升压转换器U2的4脚连接，二极管D1的负极既经电容C6接地又经电阻R13和电阻R14的串联电路接地，电阻R13和电阻R14的连接点和升压转换器U2的1脚连接，升压转换器U2的2脚经电阻R11和电容C5的串联电路接地，升压转换器U2的3脚接地，升压转换器U2的6脚和4脚之间连接有电感L1, 升压转换器U2的6脚和5脚连接，升压转换器U2的6脚既接+5V电压又经电容C1和电容C2的并联电路接地。该电路成本低且数据传输稳定。
如图3所示，所述M-BUS输入模块包括场效应管Q7、场效应管Q8、场效应管Q9、场效应管Q10、场效应管Q11和差动比较器U3, 场效应管Q9、场效应管Q10以及场效应管Q11的栅极经电阻R25和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，场效应管Q9的漏极经电阻R20和差动比较器U3的3脚连接，差动比较器U3的3脚将电容C10接地，电阻R20上并联有二极管D6，且二极管D6的负极和场效应管Q9的漏极连接，二极管D6的正极和差动比较器U3的3脚连接，场效应管Q9的源极和二极管D7及二极管D8的正极连接，二极管D7及二极管D8的负极均和差动比较器U3的1脚连接，差动比较器U3的1脚经电阻R22接地，差动比较器U3的2脚接地，场效应管Q9的源极和场效应管Q10的漏极连接，场效应管Q10的漏极既和二极管D9 和二极管D10的负极连接又和二极管D11的正极连接，二极管D9 和二极管D10的正极和场效应管Q10的源极连接，场效应管Q10的源极和M-BUS总线中的M-BUS—端连接，二极管D11的负极和二极管D6的负极连接，差动比较器U3的5脚既接+5V电压又经电容C7接地，差动比较器U3的4脚，一路经电阻R21与发光二极管D5的负极连接，发光二极管D5的正极接+5V电压，另一路和场效应管Q8的源极连接，场效应管Q7的源极和场效应管Q11的漏极连接，场效应管Q11的源极接地，场效应管Q7的漏极既和中央处理器模块的RXD-EN/DIS脚连接又经电阻R19和电容C8的并联电路和+3V电压连接。该电路成本低且数据传输稳定。
如图4所示，所述M-BUS输出M-BUS输入并线转换装置还包括TTL转USB转换电路，所述TTL转USB转换电路包括RS232-USB接口转换器U4，RS232-USB接口转换器U4的1脚既经电阻R23接+3V电压又和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，RS232-USB接口转换器U4的5脚和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，RS232-USB接口转换器U4的7脚接地，RS232-USB接口转换器U4的15脚既经电阻R26和USB接口JP2的3脚连接，RS232-USB接口转换器U4的16脚经电阻R27和USB接口JP2的2脚连接，SB接口JP2的1脚接+5V电压，USB接口JP2的4脚和5脚均接地，RS232-USB接口转换器U4的17脚经电容C13接地，RS232-USB接口转换器U4的19脚既经电容C14接地又经电阻R24接+3.3V电压，RS232-USB接口转换器U4的20脚接+5V电压，RS232-USB接口转换器U4的21脚既经电容C12接+5V电压又接地， RS232-USB接口转换器U4的27脚和28脚之间连接有晶振Y1，RS232-USB接口转换器U4的27脚和28脚分别经电容C11和电容C9接地。同时具有USB接口，使整个装置实用性更强。
如图5所示，所述M-BUS输出M-BUS输入并线转换装置还包括短路保护电路，所述短路保护电路包括三极管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4以及差动比较器U1，M-BUS总线中的M-BUS+端经电阻R3和电阻R8的串联电路接地，M-BUS总线中的M-BUS—端既和电阻R3与电阻R8连接又和差动比较器U1的1脚连接，差动比较器U1的2脚接地，差动比较器U1的3脚既经电阻R9接地又经电阻R1接+5V电压又和场效应管Q2的栅极连接，场效应管Q2的源极接+5V电压，场效应管Q2的漏极经电阻R12和电容C4的并联电路接地，场效应管Q4的漏极既经电阻R6接+5V电压又经电阻R7和场效应管Q3的栅极连接，场效应管Q3的源极接地，场效应管Q3的漏极经电阻R4和三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极经电阻R10和发光二极管D3的正极连接，发光二极管D3的负极接地，三极管Q1的集电极又和M-BUS总线中的M-BUS+端连接，三极管Q1的发射极和基极之间连接有电阻R2，三极管Q1的发射极和中央处理器模块的Vmark/space脚连接。具有短路保护功能，提高了电路的稳定性与安全性。
所述中央处理器模块采用ARM处理器，成本低，且具有强大稳定的数据处理功能，所述升压转换器U2使用TPS61170升压转换器，所述RS232-USB接口转换器U4采用PL2303转换器。
一种基于M-BUS的并线转换方法，包括以下步骤：
S1.中央处理器模块接收无线抄表模块采集的具体数据和M-BUS输入模块所采集的具体数据；
S2. 中央处理器模块将两路M-BUS总线分成主设备与从设备，快速的实现两路M-BUS数据的转换；
S3.当M-BUS输出M-BUS输入并线转换装置出现故障时，GPS定位模块准确确定损坏装置的位置，红外通讯模块与手抄器连接及时将数据发送出去。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了M-BUS输出模块、M-BUS输入模块、中央处理器模块、无线模块、无线抄表模块、电源模块、GPS定位模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (7)
1.一种基于M-BUS的并线转换装置，其特征在于：包括M-BUS输出模块、M-BUS输入模块、中央处理器模块、无线模块、无线抄表模块、电源模块、GPS定位模块以及红外通讯模块，所述中央处理模块分别与M-BUS输出模块、M-BUS输入模块、无线模块、无线抄表模块、电源模块、GPS定位模块以及红外通讯模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于M-BUS的并线转换装置，其特征是所述M-BUS输出模块包括三极管Q5、场效应管Q6和升压转换器U2；所述中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚经电阻R17和场效应管Q6的栅极连接，场效应管Q6的源极接地，场效应管Q6的漏极经电阻R16和三极管Q5的基极连接，三极管Q5的基极和三极管Q5的发射极之间连接有电阻R15，三极管Q5的集电极和二极管D4的正极连接，二极管D4的负极和中央处理器模块的Vmark/space脚连接，三极管Q5的发射极，一路经稳压管TVS1和二极管D2的正极连接，另一路和二极管D1的负极连接，二极管D2的负极和中央处理器模块的Vmark/space脚连接，二极管D2的正极经电容C3接地，二极管D1的正极和升压转换器U2的4脚连接，二极管D1的负极既经电容C6接地又经电阻R13和电阻R14的串联电路接地，电阻R13和电阻R14的连接点和升压转换器U2的1脚连接，升压转换器U2的2脚经电阻R11和电容C5的串联电路接地，升压转换器U2的3脚接地，升压转换器U2的6脚和4脚之间连接有电感L1, 升压转换器U2的6脚和5脚连接，升压转换器U2的6脚既接+5V电压又经电容C1和电容C2的并联电路接地。
3.根据权利要求1所述的一种基于M-BUS的并线转换装置，其特征是所述M-BUS输入模块包括场效应管Q7、场效应管Q8、场效应管Q9、场效应管Q10、场效应管Q11和差动比较器U3,场效应管Q9、场效应管Q10以及场效应管Q11的栅极经电阻R25和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，场效应管Q9的漏极经电阻R20和差动比较器U3的3脚连接，差动比较器U3的3脚将电容C10接地，电阻R20上并联有二极管D6，且二极管D6的负极和场效应管Q9的漏极连接，二极管D6的正极和差动比较器U3的3脚连接，场效应管Q9的源极和二极管D7及二极管D8的正极连接，二极管D7及二极管D8的负极均和差动比较器U3的1脚连接，差动比较器U3的1脚经电阻R22接地，差动比较器U3的2脚接地，场效应管Q9的源极和场效应管Q10的漏极连接，场效应管Q10的漏极既和二极管D9 和二极管D10的负极连接又和二极管D11的正极连接，二极管D9 和二极管D10的正极和场效应管Q10的源极连接，场效应管Q10的源极和M-BUS总线中的M-BUS—端连接，二极管D11的负极和二极管D6的负极连接，差动比较器U3的5脚既接+5V电压又经电容C7接地，差动比较器U3的4脚，一路经电阻R21与发光二极管D5的负极连接，发光二极管D5的正极接+5V电压，另一路和场效应管Q8的源极连接，场效应管Q7的源极和场效应管Q11的漏极连接，场效应管Q11的源极接地，场效应管Q7的漏极既和中央处理器模块的RXD-EN/DIS脚连接又经电阻R19和电容C8的并联电路和+3V电压连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于M-BUS的并线转换装置，其特征是还包括TTL转USB转换电路，所述TTL转USB转换电路包括RS232-USB接口转换器U4，RS232-USB接口转换器U4的1脚既经电阻R23接+3V电压又和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，RS232-USB接口转换器U4的5脚和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，和中央处理器模块的TXD-EN/DIS脚连接，RS232-USB接口转换器U4的7脚接地，RS232-USB接口转换器U4的15脚既经电阻R26和USB接口JP2的3脚连接，RS232-USB接口转换器U4的16脚经电阻R27和USB接口JP2的2脚连接，SB接口JP2的1脚接+5V电压，USB接口JP2的4脚和5脚均接地，RS232-USB接口转换器U4的17脚经电容C13接地，RS232-USB接口转换器U4的19脚既经电容C14接地又经电阻R24接+3.3V电压，RS232-USB接口转换器U4的20脚接+5V电压，RS232-USB接口转换器U4的21脚既经电容C12接+5V电压又接地， RS232-USB接口转换器U4的27脚和28脚之间连接有晶振Y1，RS232-USB接口转换器U4的27脚和28脚分别经电容C11和电容C9接地。
5.根据权利要求1所述的一种基于M-BUS的并线转换装置，其特征是还包括短路保护电路，所述短路保护电路包括三极管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4以及差动比较器U1，M-BUS总线中的M-BUS+端经电阻R3和电阻R8的串联电路接地，M-BUS总线中的M-BUS—端既和电阻R3与电阻R8连接又和差动比较器U1的1脚连接，差动比较器U1的2脚接地，差动比较器U1的3脚既经电阻R9接地又经电阻R1接+5V电压又和场效应管Q2的栅极连接，场效应管Q2的源极接+5V电压，场效应管Q2的漏极经电阻R12和电容C4的并联电路接地，场效应管Q4的漏极既经电阻R6接+5V电压又经电阻R7和场效应管Q3的栅极连接，场效应管Q3的源极接地，场效应管Q3的漏极经电阻R4和三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极经电阻R10和发光二极管D3的正极连接，发光二极管D3的负极接地，三极管Q1的集电极又和M-BUS总线中的M-BUS+端连接，三极管Q1的发射极和基极之间连接有电阻R2，三极管Q1的发射极和中央处理器模块的Vmark/space脚连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于M-BUS的并线转换装置，其特征是所述中央处理器模块采用ARM处理器。
7.一种基于M-BUS的并线转换方法，根据根据权利要求1-6中任一项装置，其特征是包括以下步骤：
S1.中央处理器模块接收无线抄表模块采集的具体数据和M-BUS输入模块所采集的具体数据；
S2. 中央处理器模块将两路M-BUS总线分成主设备与从设备，快速的实现两路M-BUS数据的转换；
S3.当M-BUS输出M-BUS输入并线转换装置出现故障时，GPS定位模块准确确定损坏装置的位置，红外通讯模块与手抄器连接及时将数据发送出去。
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