CN111489542A - M-Bus仪表总线的接收电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种M‑Bus仪表总线的接收电路，涉及电子电路技术领域，用于解决由于从机数量不确定，可能导致MCU无法准确获取总线信号的问题。该发明包括依次连接的电流互感器、转换模块、放大模块以及比较模块，电流互感器用于感应总线的电流变化，并输出电流感应信号；转换模块用于将电流感应信号转换为电压感应信号；放大模块用于放大电压感应信号，并输出放大信号；比较模块用于比较放大信号与预设阈值，并输出比较信号至处理器。本发明采用隔离的电流互感器取代传统的阻性器件进行相应数据的采集，以此提高接收电路的抗干扰能力，增加总线节点数量，并降低使用成本及无法准确获取总线信号的风险。

Description

M-Bus仪表总线的接收电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种M-Bus仪表总线的接收电路。

背景技术

M-Bus仪表总线属于局域网，是处于同一幢建筑、同一大学或方圆几公里远地域内的专用网络，被用于连接远程监控计算机和工作站、测量仪表等设备，以便资源共享和数据传输。

为准确获取总线信号，现有M-Bus仪表总线的接收电路通过阻性器件采集总线的静态电流，将采集的静态电流与阈值进行比较，然后将比较结果传送至MCU后通过预设的算法得到。

但是，由于总线通常连接多个从机，且从机数量不确定，从而会导致难以准确获取总线的信号。例如：单个从机静态电流为1.5mA，则当相连的从机达到100台时，总线静态电流将会变大至150mA，并随着从机数量的增加，使得总线静态电流超过150mA，甚至超过比较的阈值，使得比较结果无法有效的传送至MCU，即导致无法准确获取总线信号。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种M-Bus仪表总线的接收电路，其通过电流互感器采集总线的电流变化，从而扩大可连接的从机数量，以降低无法准确获取总线信号的风险。

本发明的目的采用如下技术方案实现：一种M-Bus仪表总线的接收电路，包括依次连接的电流互感器、转换模块、放大模块以及比较模块，所述电流互感器用于感应所述总线的电流变化，并输出电流感应信号；所述转换模块用于将所述电流感应信号转换为电压感应信号；所述放大模块用于放大所述电压感应信号，并输出放大信号；所述比较模块用于比较所述放大信号与预设阈值，并输出比较信号至处理器。

进一步地，所述转换模块包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4，所述二极管D1的两端分别与所述电流互感器的两输出端对应连接；所述二极管D2的阴极与所述二极管D1阳极的连接，所述二极管D2的阳极与所述二极管D1的阴极连接；所述电阻R1串联于所述二极管D2的阳极和地之间；所述电阻R2串联于所述二极管D2的阴极和地之间；所述电阻R3的一端与所述二极管D2的阳极连接，另一端作为所述转换模块的第一输出端；所述电阻R4的一端与所述二极管D2的阴极连接，另一端作为所述转换模块的第二输出端。

进一步地，所述放大模块包括初级放大单元，所述初级放大单元包括电阻R5、比较器U1以及电阻R6，所述比较器U1的正相端与所述转换模块的第一输出端连接，所述比较器U1的反相端与所述转换模块的第二输出端连接；所述电阻R5串联于所述比较器U1的正相端和电源VREF之间，所述电阻R6串联于所述比较器U1的反相端和输出端之间。

进一步地，所述比较模块包括对正向电压进行比较的正向比较单元、对负向比较电压进行比较的负向比较单元。

进一步地，所述正向比较单元包括电阻R11、电阻R12、电阻R13以及比较器U4，所述电阻R11串联于所述放大模块的输出端和所述比较器U4的正相端之间；所述电阻R12串联于所述比较器U4的反相端和电源VREF之间；所述电阻R13串联于所述比较器U4的反相端和地之间；所述比较器U4的输出端与所述处理器连接。

进一步地，所述负向比较单元包括电阻R10、电阻R14、电阻R15以及比较器U3，所述电阻R10串联于所述放大模块的输出端和所述比较器U3的反相端之间；所述电阻R14串联于所述比较器U3的正相端和电源VREF之间；所述电阻R15串联于所述比较器U3的正相端和地之间；所述比较器U3的输出端与所述处理器连接。

进一步地，所述转换模块包括电阻R18和电阻R19，所述电阻R18和所述电阻R19串联，且所述电阻R19远离所述电阻R18的一端作为所述转换模块的输出端，所述电阻R18远离所述电阻R19的一端接地，所述电流互感器的两输出端对应并联于所述电阻R1的两端。

进一步地，所述放大模块包括初级放大单元，所述初级放大单元包括电阻R20、电阻R22、电阻R23比较器U5，所述比较器U5的正相端与所述转换模块的输出端连接，所述电阻R20串联于所述比较器U5的反相端和电源VREF之间；所述电阻R22串联于所述比较器U5的正相端和电源VREF之间；所述电阻R23串联于所述比较器U5的反相端和输出端之间。

进一步地，比较模块包括电阻R24、电阻R25、电阻R26以及比较器U6，所述电阻R24串联于所述放大模块的输出端和所述比较器U6的正相端之间；所述电阻R25串联于所述比较器U6的反相端和电源VREF之间；所述电阻R26串联于所述比较器U6的反相端和地之间；所述比较器U6的输出端与所述处理器连接。

进一步地，所述放大模块还包括至少一个次级放大单元，所述次级放大单元依次连接于所述初级放大单元的输出端与所述比较模块之间；

所述次级放大单元均包括电容C1、比较器U2、电阻R7、电阻R8以及电阻R9，所述电容C1的一端与所述比较器U2的正相端连接，另一端作为所述次级放大单元的输入端；所述电阻R7串联于所述比较器U2的正相端和电源VREF之间；所述电阻R8串联于所述比较器U2的反相端和电源VREF之间；所述电阻R9串联于所述比较器U2的反相端和输出端之间，且所述比较器U2的输出端作为所述次级放大单元的输出端。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：该接收电路通过电流互感器采集总线的电流变化，从而扩大可连接的从机数量，以降低无法准确获取总线信号的风险；采用隔离的电流互感器取代传统的阻性器件进行相应数据的采集，以此来提高接收电路的抗干扰能力，增加总线节点数量，并降低使用成本。

附图说明

图1为实施例一所示的接收电路的结构框图；

图2为实施例二所示的接收电路的电路图；

图3为实施例三所示的接收电路的电路图；

图4为实施例二所示的总线电流检测单元的电路图。

图中：10、电流互感器；20、转换模块；30、放大模块；301、初级放大单元；302、次级放大单元；40、比较模块；50、处理器；60、总线；70、总线电流检测单元。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。

实施例一

本实施例提供了一种M-Bus仪表总线的接收电路，用于解决由于从机数量不确定，可能导致MCU无法准确获取总线60信号的问题。参照图1所示，该接收电路包括电流互感器10、转换模块20、放大模块30以及比较模块40。

该电流互感器10用于感应总线60的电流变化。具体地，该电流互感器10具有一次侧和二次侧。其中，一次侧可以呈环状设置，总线60穿过一次侧且与该一次侧无接触；二次侧具有两个输出端。当总线60的电流产生变化时，一次侧的磁通量发生改变，从而使得在二次侧生成一感应电流，该感应电流作为电流感应信号自二次侧的输出端输出。

转换模块20的输入端与电流互感器10的输出端连接，并接收电流感应信号。该转换模块20用于将电流感应信号转换为电压感应信号，然后将该电压感应信号自转换模块20的输出端输出。

放大模块30的输入端与转换模块20的输出端连接，并接收电压感应信号。该放大模块30将电压感应信号进行放大，然后将放大的电压感应信号记为放大信号并作为放大模块30的输出端输出，以便于后期处理。

比较模块40具有预设阈值，比较模块40的输入端与放大模块30的输出端连接，并接收放大信号。该比较模块40用于将放大信号与预设阈值进行比较，然后将比较结果作为比较信号自比较模块40的输出端输出。

值得说明的是，比较模块40的输出端将比较信号输送至处理器50。然后处理器50基于比较信号进行计算，以准确得到总线60的信号。

综上，该接收电路通过电流互感器10采集总线60的电流变化，从而扩大可连接的从机数量，以降低无法准确获取总线60信号的风险；采用隔离的电流互感器10取代传统的阻性器件进行相应数据的采集，以此来提高电路的抗干扰能力，增加总线60节点数量，并降低使用成本。

实施例二

本实施例提供了一种M-Bus仪表总线的接收电路，其是在实施例一的基础上进行的。

具体地，参照图1和图2所示，该转换模块20包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4，二极管D1的两端分别与电流互感器10的两输出端对应连接；二极管D2的阴极与二极管D1阳极的连接，二极管D2的阳极与二极管D1的阴极连接；电阻R1串联于二极管D2的阳极和地之间；电阻R2串联于二极管D2的阴极和地之间；电阻R3的一端与二极管D2的阳极连接，另一端作为转换模块20的第一输出端；电阻R4的一端与二极管D2的阴极连接，另一端作为转换模块20的第二输出端。

通过该转换模块20的设置，不仅可以将电流感应信号转换为电压感应信号，通过设置二极管D1和二极管D2，对电路实施保护，从而提高该接收电路的稳定性。值得说明的是，正向电压感应信号的幅值优选等于负向电压感应信号的幅值，但是其脉宽通常不同。

作为可选的技术方案，放大模块30包括初级放大单元301，初级放大单元301包括电阻R5、比较器U1以及电阻R6。比较器U1的正相端与转换模块20的第一输出端连接，即与电阻R3远离电阻R1的一端连接；比较器U1的反相端与转换模块20的第二输出端连接，即与电阻R4远离电阻R2的一端连接；电阻R5串联于比较器U1的正相端和电源VREF之间，电阻R6串联于比较器U1的反相端和输出端之间。

通过该初级放大单元301，从而对电压感应信号实现放大。即假设转换模块20的输出电压为V1，初级放大单元301的放大系数为k1，从而经由该初级放大单元301得到的电压为（k1*V1），其中系数k1与电阻R5、电阻R6的阻值相关。

作为可选的技术方案，放大模块30还可以包括次级放大单元302，该次级放大单元302位于初级放大单元301和比较单元之间，且次级放大单元302的数量至少可以为一个，从而对电压感应信号实现多级放大。可以理解的是，该次级放大单元302可以相同，也可以不同，但优选为相同，以便于组装。

该次级放大单元302均包括电容C1、比较器U2、电阻R7、电阻R8以及电阻R9，电容C1的一端与比较器U2的正相端连接，另一端作为次级放大单元302的输入端；电阻R7串联于比较器U2的正相端和电源VREF之间；电阻R8串联于比较器U2的反相端和电源VREF之间；电阻R9串联于比较器U2的反相端和输出端之间，且比较器U2的输出端作为次级放大单元302的输出端。

以下以一个次级放大单元302为例，该次级放大单元302的输入端与比较器U1的输出端连接，该次级放大单元302的输出端与比较模块40的输入端连接，以实现二级连接，次级放大单元302的放大系数为k2，从而经由该初级放大单元301、次级放大单元302得到的电压为（k1*k2*V1），其中系数k2与电阻R7、电阻R8以及电阻R9的阻值相关。

以下以两个及以上的次级放大单元302为例，靠近初级放大单元301的次级放大单元302的输入端与比较器U1的输出端连接，靠近比较模块40的次级放大单元302的输出端与比较模块40的输入端连接，而靠近初级放大单元301的次级放大单元302、靠近比较模块40的次级放大单元302之间的次级放大单元302则依次连接，以实现三级及以上放大。值得说明的是，该次级放大单元302的数量优选为一个，即实现感应电压信号的二级放大即可。

作为可选的技术方案，比较模块40包括对正向电压进行比较的正向比较单元、对负向比较电压进行比较的负向比较单元，从而可有效降低采样时出现的误码率，提高通讯成功率，并降低失真的风险。

正向比较单元包括电阻R11、电阻R12、电阻R13以及比较器U4，电阻R11串联于放大模块30的输出端和比较器U4的正相端之间；电阻R12串联于比较器U4的反相端和电源VREF之间；电阻R13串联于比较器U4的反相端和地之间；比较器U4的输出端与处理器50连接。

负向比较单元包括电阻R10、电阻R14、电阻R15以及比较器U3，电阻R10串联于放大模块30的输出端和比较器U3的反相端之间；电阻R14串联于比较器U3的正相端和电源VREF之间；电阻R15串联于比较器U3的正相端和地之间；比较器U3的输出端与处理器50连接。

值得说明的是，该处理器50优选为MCU，且MCU的RXD1端与比较器U3的输出端连接，且MCU的RXD1端和其供电电源VDD之间串联有电阻R16；MCU的RXD2端与比较器U4的输出端连接，且MCU的RXD2端和其供电电源VDD之间串联有电阻R17。该MCU内预存有相应的算法，可以通过对于比较器U3、比较器U4输出的比较信号进行分析，从而得到该总线60的运行情况。

作为可选的技术方案，参考图4所示，该接收电路还包括总线电流检测单元70，其用于检测总线60的电流。具体地，该总线电流检测单元70与总线60、处理器50连接，通过处理器50判定总线60的电流值是否超过阈值，以为后续的报警、断电等操作提供数据基础。

该总线电流检测单元70包括电阻R28、电阻R29、电阻R30以及电容C3，电阻R28的一端与总线60电连接，电阻R30串联于电阻R28的另一端和MCU的CHK IBUS端之间，电阻R29串联于电阻R28的另一端和地之间，电容C3串联于MCU的CHK IBUS端和地之间。

实施例三

本实施例提供了M-Bus仪表总线的接收电路，其是在实施例一的基础上进行的。

具体地，参照图1和图3所示，该转换模块20包括电阻R18和电阻R19，电阻R18和电阻R19串联，且电阻R19远离电阻R18的一端作为转换模块20的输出端，电阻R18远离电阻R19的一端接地，电流互感器10的两输出端对应并联于电阻R18的两端。从而实现单向输出。

作为可选的技术方案，放大模块30包括初级放大单元301，初级放大单元301包括电阻R20、电阻R22、电阻R23比较器U5，比较器U5的正相端与转换模块20的输出端连接，电阻R20串联于比较器U5的反相端和电源VREF之间；电阻R22串联于比较器U5的正相端和电源VREF之间；电阻R23串联于比较器U5的反相端和输出端之间。

通过该初级放大单元301，从而对电压感应信号实现放大。即假设转换模块20的输出电压为V1，初级放大单元301的放大系数为k1，从而经由该初级放大单元301得到的电压为（k1*V1），其中系数k1与电阻R20、电阻R22以及电阻R23的阻值相关。

作为可选的技术方案，放大模块30还可以包括次级放大单元302，该次级放大单元302的结构与实施例一中的次级放大单元302的结构可以设置相同，且均优选为一个，以实现二级放大。

作为可选的技术方案，该比较模块40包括电阻R24、电阻R25、电阻R26以及比较器U6，电阻R24串联于放大模块30的输出端和比较器U6的正相端之间；电阻R25串联于比较器U6的反相端和电源VREF之间；电阻R26串联于比较器U6的反相端和地之间；比较器U6的输出端与处理器50连接。通过该技术方案，实现与本实施中的转换模块20配合，不仅可以实现比较，还在一定程度上减少元器件的数量，以节约成本。

值得说明的是，该处理器50优选为MCU，且MCU的RXD1端与比较器U6的输出端连接，且MCU的RXD1端和其供电电源VDD之间串联有电阻R27。该MCU内预存有相应的算法，可以通过对于比较器U6输出的比较信号进行分析，从而得到该总线60的运行情况。作为可选的技术方案，该接收电路还可以包括总线电流检测单元70，其可以采用实施例二的具体方案。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，包括依次连接的电流互感器、转换模块、放大模块以及比较模块，所述电流互感器用于感应所述总线的电流变化，并输出电流感应信号；所述转换模块用于将所述电流感应信号转换为电压感应信号；所述放大模块用于放大所述电压感应信号，并输出放大信号；所述比较模块用于比较所述放大信号与预设阈值，并输出比较信号至处理器。

2.根据权利要求1所述的M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，所述转换模块包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4，所述二极管D1的两端分别与所述电流互感器的两输出端对应连接；所述二极管D2的阴极与所述二极管D1阳极的连接，所述二极管D2的阳极与所述二极管D1的阴极连接；所述电阻R1串联于所述二极管D2的阳极和地之间；所述电阻R2串联于所述二极管D2的阴极和地之间；所述电阻R3的一端与所述二极管D2的阳极连接，另一端作为所述转换模块的第一输出端；所述电阻R4的一端与所述二极管D2的阴极连接，另一端作为所述转换模块的第二输出端。

3.根据权利要求2所述的M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，所述放大模块包括初级放大单元，所述初级放大单元包括电阻R5、比较器U1以及电阻R6，所述比较器U1的正相端与所述转换模块的第一输出端连接，所述比较器U1的反相端与所述转换模块的第二输出端连接；所述电阻R5串联于所述比较器U1的正相端和电源VREF之间，所述电阻R6串联于所述比较器U1的反相端和输出端之间。

4.根据权利要求2所述的M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，所述比较模块包括对正向电压进行比较的正向比较单元、对负向比较电压进行比较的负向比较单元。

5.根据权利要求4所述的M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，所述正向比较单元包括电阻R11、电阻R12、电阻R13以及比较器U4，所述电阻R11串联于所述放大模块的输出端和所述比较器U4的正相端之间；所述电阻R12串联于所述比较器U4的反相端和电源VREF之间；所述电阻R13串联于所述比较器U4的反相端和地之间；所述比较器U4的输出端与所述处理器连接。

6.根据权利要求4或5所述的M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，所述负向比较单元包括电阻R10、电阻R14、电阻R15以及比较器U3，所述电阻R10串联于所述放大模块的输出端和所述比较器U3的反相端之间；所述电阻R14串联于所述比较器U3的正相端和电源VREF之间；所述电阻R15串联于所述比较器U3的正相端和地之间；所述比较器U3的输出端与所述处理器连接。

7.根据权利要求1所述的M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，所述转换模块包括电阻R18和电阻R19，所述电阻R18和所述电阻R19串联，且所述电阻R19远离所述电阻R18的一端作为所述转换模块的输出端，所述电阻R18远离所述电阻R19的一端接地，所述电流互感器的两输出端对应并联于所述电阻R1的两端。

8.根据权利要求7所述的M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，所述放大模块包括初级放大单元，所述初级放大单元包括电阻R20、电阻R22、电阻R23比较器U5，所述比较器U5的正相端与所述转换模块的输出端连接，所述电阻R20串联于所述比较器U5的反相端和电源VREF之间；所述电阻R22串联于所述比较器U5的正相端和电源VREF之间；所述电阻R23串联于所述比较器U5的反相端和输出端之间。

9.根据权利要求7所述的M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，比较模块包括电阻R24、电阻R25、电阻R26以及比较器U6，所述电阻R24串联于所述放大模块的输出端和所述比较器U6的正相端之间；所述电阻R25串联于所述比较器U6的反相端和电源VREF之间；所述电阻R26串联于所述比较器U6的反相端和地之间；所述比较器U6的输出端与所述处理器连接。

10.根据权利要求3或8所述的M-Bus仪表总线的接收电路，其特征在于，所述放大模块还包括至少一个次级放大单元，所述次级放大单元依次连接于所述初级放大单元的输出端与所述比较模块之间；

所述次级放大单元均包括电容C1、比较器U2、电阻R7、电阻R8以及电阻R9，所述电容C1的一端与所述比较器U2的正相端连接，另一端作为所述次级放大单元的输入端；所述电阻R7串联于所述比较器U2的正相端和电源VREF之间；所述电阻R8串联于所述比较器U2的反相端和电源VREF之间；所述电阻R9串联于所述比较器U2的反相端和输出端之间，且所述比较器U2的输出端作为所述次级放大单元的输出端。

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