CN110311845B - 一种电池供电式m-bus总线供电方法 - Google Patents

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Abstract

一种电池供电式M‑BUS总线供电方法,适用于M‑BUS总线集中采集器:包括由电池、容性辅助电池组成的电池供电单元、单片机控制单元、M‑BUS总线供电控制单元、M‑BUS总线高压升压电路单元、M‑BUS总线低压升压电路单元、M‑BUS总线从机信号接收单元、上行通讯单元,其实现降低电池功耗方法为:在M‑BUS总线主机往从机发送控制信号时采用符合M‑BUS总线标准要求的“1”、“0”电压信号传输主机发送的控制命令,当从机设备接收到主机发出的控制命令后,需要给从机设备提供电源,以及需要给从机设备进行数据解码时,采用传输空号“逻辑0”的总线电压,即总线低压作为供电电源,即在电流恒定的条件下通过降低电压来降低功耗。

Description

一种电池供电式M-BUS总线供电方法
技术领域:
本发明涉及一种电池供电式M-BUS总线供电方法,适应于M-BUS总线系统中主机管理从机、并处理从机设备的数据信号,与管理中心直接进行数据交互的电池供电的主机管理设备,尤其是管理通过M-BUS总线组成网络的系统中的总线式水表、气表、电表以及其他报警、监控设备的集中采集器。
背景技术:
近几年,符合EN1343-3标准的Meter-BUS总线,简称M-BUS总线网络,由于其通讯只需要两芯导线,无极性输入,以及可以星形连接,其施工简便,大大降低了施工劳动强度,提高系统的稳定性,使M-BUS总线的通讯网络在远程数字抄表系统、报警监控系统中得到了广泛的应用,M-BUS总线输出电平的规范是:主机往从机下发的控制信号为电压信号:其电平格式为:1、传送空号(逻辑电平为“0”)时:总线电压一般大于10V;2、传送传号(逻辑电平为“1”)时;总线电压比空号时的总线电压高,压差一般要求大于10V,同时总线电压应小于等于42V,在一般的应用中,很多使用者采用的电压值为24V的空号电压和36V的传号电压;从站通过在固定总线供电电压下的电流大小的变化实现信号传递:通常空号电流比传号电流高12mA-22mA,这样在36V的条件下,假设传送空号的电流为20mA,则传送空号时要求的供电功率为720mW,由于M-BUS总线的电平中主机发送的电压高,功率大,主控的集中采集设备采用交流供电,而交流供电网络中的各种电磁干扰的因素,引起烧毁M-BUS从机设备的情况很普遍,导致整个行业的维护量相当大,大大抑制了本技术的推广。
同时由于以往的设备采用市电供电,存在:1、取电不方便;2、施工不方便等时机情况,也抑制了本技术的推广。
发明内容:
本发明的设计目的是:提供一种电池供电式M-BUS总线供电方法,用于M-BUS总线的集中采集系统,使得M-BUS系统不再受供电的限制,以及减少交流供电对从机设备的干扰,同时使电池的供电寿命大大延长。
本发明提供的一种电池供电式M-BUS总线供电方法,由此方法而设计的M-BUS总线集中采集器:包括由电池、容性辅助电池组成的电池供电单元、单片机控制单元、M-BUS总线供电控制单元、M-BUS总线高压DC-DC升压电路单元、M-BUS总线低压DC-DC升压电路单元、M-BUS总线从机信号接收单元、上行通讯单元,其实现降低电池功耗与电池的带载电流的基本方法为:在M-BUS总线主机往从机发送控制信号时采用标准的符合“1”、“0”电压标准格式的电压信号传输主机对从机设备的控制信号,当从机设备接收到主机设备发出的控制命令后,当主机设备认为需要给从机设备提供电源,以及需要给从机设备进行数据解码时,主机设备通过单片机控制单元控制,采用传输空号的总线电压作为供电电源,即在主机设备的接收从机设备的回传数据时,以及从机设备接收主机设备的指令后,需要完成指定的工作时,由主控设备输出低压,而达到了降低功耗、减少电池供电电源的电流的目的。
为实现本发明的功能,本发明采用如下技术方案:
一:通过单片机系统控制,当需要对从机设备进行操作时,通过M-BUS总线供电控制单元,将M-BUS总线的高压与低压两路DC-DC升压电路单元的供电连通,不需要对从机设备进行操作时,通过单片机控制系统切断供电。
二:连通供电后,将电池单元提供的电压(3.6V)通过M-BUS总线高压DC-DC升压电路单元,升到满足M-BUS传输传号“1”的电平电压,该电压值可根据不同的使用要求与条件做适当的调整,这样通过DC-DC转换电路,得到高压Vhigh,通过一套由三极管与MOS管组成开关电路,实现了M-BUS总线的高压Vbush输出;将电池单元提供的电压(3.6V)通过M-BUS总线低压DC-DC升压电路单元,升到满足M-BUS传输空号“0”的电平电压,该电压值可根据不同的使用要求与条件做适当的调整,这样通过DC-DC转换电路,得到电压Vlow,通过一个二极管输出到总线,实现了M-BUS总线的低压Vbusl。
三:然后通过的单片机控制单元控制的的电源选通电路完成符合M-BUS总线的电源电压的输出,实现满足主机与从机之间通讯要求的规约电平。
四:主机下发给从机的控制信号完成后,主机给从机的控制电压,切换到输出低压,并维持低压供电。
五:主机接收完从机的电流信号,并将数据解析完成后,如果还有从机设备需要操作,则主机设备通过其单片机系统,将输出电压切换到高压输出,同时需要至少维持发送1个字节长度的时长后,才能继续发送控制命令;如果已经完成工作,则直接控制断电,完成任务。
本发明具备有如下的优点:
1、电池供电,减少了交流供电对系统内设备的影响,同时由于不需要交流供电,具备有施工灵活的特点。
2、通过简单的电路,在仅增加了几个器件的情况下,将接收数据时的电池的功耗降低了很多,能大大的延长电池的寿命,减少了设备在寿命期内更换电池的风险,同时具备成本低的特点。
所以,该发明不仅方便而且成本低,具有很广的推广价值。
附图说明:
图1:本发明实施例M-BUS总线主机发送电压信号示意图。
图2:本发明实施例M-BUS总线从机回传电流信号示意图。
图3:本发明实施例M-BUS总线供电电源原理图。
具体实施方式:
下面结合附图,对本发明做进一步的说明:
如图1所示:对本实施例所涉及的M-BUS总线主机发送信号简易描述,在图中,所给定的主机传输信号为较常见的电压值,主机传号(维持高电平、或发送逻辑“1”信号)的电压:假设:Vmark=20.8V-42V,主机空号(发送逻辑“0”信号)的电压:Vspace=Vmark-10V。
在例证中:假定M-BUS总线主机的发送信号传输到M-BUS总线从机设备无衰减,假设Vmark=22V,Vspace=12V。
结合图2,对本实施例所涉及的M-BUS总线从机回传信号简易描述,在图中,所给定的从机回传电流信号为较常见的电流值,从机传号(从机正常工作以及发送逻辑“1”信号)时:Imark=一个恒定电流,从机空号电流(发送逻辑“0”信号)的电流:Ispace=Imark+Imc,Imc=10mA-22mA,此时的工作电压为一个恒定值,对于M-BUS系统而言,该电压通常为M-BUS总线传号时的电压,因为通常M-BUS总线的供电方式为交流供电,所以其对功耗的要求不是特别的严格,所以在以往的M-BUS总线的从机回传电流以及从机工作时,通常工作在总线的高压状态下;但为了减少从机的功耗以及延长电池的工作寿命,我们将采用在低压状态下的解码方式。
在例证中:假定M-BUS系统中的从机设备的回传电流的特征如下:Imc=20mA,Vmark=2mA,则Ispace=22mA,此时的供电电压为主机的空号电压,即:Vspace=12V。
可以得到如下的数据:
在供电电压在:Vspace=12V的条件下:
从机工作,以及传号(发送逻辑“1”)时的功耗为:P1=12V*2mA=24mW
从机空号(发送逻辑“0”)时的功耗为:P2=12V*22mA=264mW
而在供电电压在:Vmark=22V的条件下:
从机工作,以及传号(发送逻辑“1”)时的功耗为:P1h=22V*2mA=44mW
从机空号(发送逻辑“0”)时的功耗为:P2h=22V*22mA=484mW
通过上面的计算,可以很明显的得到如下结论:
P1=24mW,远低于P1h=44mW,当总线下挂10个从机时,则可节省200mW的从机工作功耗。
P2=264mW,远低于P1h=484mW,当总线下挂10个从机时,由于回传信号的从一般只有一个,所以也则可节省220mW的从机回传数据逻辑“0”的功耗。
通过上面的例证,得到如下结论:在M-BUS总线系统中,当主机往从机发送完控制命令后,从机工作时,以及通过以电流方式回传数据信号时,当采用以总线输出低压时的电压作为供电电压时的功耗,比以总线输出高压时的电压作为供电电压时的功耗低很多,即可以大大延长电池的使用寿命。
至于如何实现,其方式有很多种电路支持,至于使用哪种电路,不一一罗列,但不管采用哪种电路来实现,都将落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种电池供电式M-BUS总线供电方法,适用于M-BUS总线系统中的主机管理设备:包括由电池、容性辅助电池组成的电池供电单元、单片机控制单元、M-BUS总线供电控制单元、M-BUS总线高压升压电路单元、M-BUS总线低压升压电路单元、M-BUS总线从机信号接收单元、上行通讯单元,其特征为:在M-BUS总线主机往从机发送控制信号时采用符合M-BUS总线标准要求的“1”、“0”电压标准格式的电压信号传输主机对从机设备的控制信号,当从机设备接收到主机发出的控制命令后,主机设备认为需要给从机设备提供电源,以及需要给从机设备进行数据解码时,采用传输空号“逻辑0”的总线电压,即以M-BUS总线低压作为从机供电电源;
M-BUS总线输出的高压与低压由两个独立的升压电路单独完成;
通过单片机系统控制,当需要对从机设备进行操作时,通过M-BUS总线供电控制单元,将M-BUS总线的高压与低压两路DC-DC升压电路单元的供电连通,不需要对从机设备进行操作时,通过单片机控制系统切断供电;
连通供电后,将电池单元提供的电压通过M-BUS总线高压DC-DC升压电路单元,升到满足M-BUS传输传号“1”的电平电压,该电压值根据不同的使用要求与条件做适当的调整,通过DC-DC转换电路,得到高压Vhigh,通过一套由三极管与MOS管组成开关电路,实现了M-BUS总线的高压Vbush输出;将电池单元提供的电压通过M-BUS总线低压DC-DC升压电路单元,升到满足M-BUS传输空号“0”的电平电压,该电压值根据不同的使用要求与条件做适当的调整,通过DC-DC转换电路,得到电压Vlow,通过一个二极管输出到总线,实现了M-BUS总线的低压Vbusl;
然后通过单片机控制单元控制的电源选通电路完成符合M-BUS总线的电源电压的输出,实现满足主机与从机之间通讯要求的规约电平;
主机下发给从机的控制信号完成后,主机给从机的控制电压,切换到输出低压,并维持低压供电;
主机接收完从机的电流信号,并将数据解析完成后,如果还有从机设备需要操作,则主机设备通过其单片机系统,将输出电压切换到高压输出,同时需要至少维持发送1个字节长度的时长后,才能继续发送控制命令;如果已经完成工作,则直接控制断电,完成任务。
2.根据权利要求1所述的电池供电式M-BUS总线供电方法,其特征在于:采用3.6V锂离子电池作为主机设备以及整个M-BUS系统中的供电电源。
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