CN112363964B - 高可靠性的mbus主机电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高可靠性的MBUS主机电路，包括写入数据电路用于MBUS主机向MBUS从机写入数据；反馈数据电路用于MBUS主机获得MBUS从机反馈数据；控制器发送和接收MBUS电平数据转换后的TTL电平数据；所述控制器包括TX引脚和RX引脚，所述TX引脚为控制器数据发送脚，所述RX引脚为控制器数据接收脚；电源电路向所述MBUS主机电路提供MBUS标准电压；本发明采用以放大器为核心的分立元件搭建MBUS主机电路，相当于把专用MBUS主机IC芯片内部的电路通过分立元器件搭建高抗扰性的MBUS主机电路，增强了MBUS总线的数据传输稳定性，从而提高了MBUS总线的可靠性与可调节性。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种高可靠性的MBUS主机电路。
背景技术
仪表总线(meter bus,MBus)是一种新型总线结构，MBus主要特点是两条无极性传输线来同时供电和传输串行数据，而各个子站(以不同的ID确认)并联在MBus总线上。将MBus用于各类仪表或相关装置的能耗类智能管理系统中时，可对相关数据或信号进行采集并传递至集中器，然后再通过相应的接口传至主站。利用MBus可大大简化住宅小区，办公场所等能耗智能化管理系统的布线和连接，且具有结构简单、造价低廉、可靠性高的特点。由MBus构成的能耗智能化管理系统由终端数据或信号采集子站及其MBus收发电路、MBus总线、主站及其MBus转换器等组成。
MBUS是一种专门为消耗测量仪器和计数器传输信息的数据总线设计，主要应用在能源消耗领域的数据采集工作，其中主机可以读写从机中的相关数据内容，而从机只能在主机的指令下做对应操作。因而对MBUS主机总线上的抗干扰性要求非常高，要能抵抗各种容性、感性的耦合干扰，尽可能的做到所有从机与主机之间都是相互隔离，由于终端从机往往要求组网成本较低，且传输线大多使用非屏蔽线缆，因此实际应用中往往出现信息获取不稳定、不正确等异常情况。
相关技术中，MBus主机普遍存在电路结构复杂的问题，在使用过程中还会出现发送电流脉冲序采用电流信号会带来因负载改变而影响标准电流输出，需要对接收硬件电路参数重新设定的问题，使得MBus主机的输入信号和输出信号受负载影响较大，造成整个装置的可靠性、可调节性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高可靠性的MBUS主机电路，以解决现有技术中MBus主机的可靠性、可调节性较差的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种高可靠性的MBUS主机电路，包括：
写入数据电路，用于将MBUS电平转换为TTL电平，以使得MBUS主机向MBUS从机写入数据；
反馈数据电路，用于将TTL电平转换为MBUS电平，以使得MBUS主机获得MBUS从机反馈数据；
控制器，用于发送和接收TTL电平；所述控制器包括TX引脚和RX引脚，所述TX引脚为控制器数据发送脚，所述RX引脚为控制器数据接收脚；
电源电路，用于向所述MBUS主机电路提供电压。
进一步的，所述写入数据电路包括：三极管Q1、三极管Q2、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；
所述电源电路的电压输出端VDD_H分别与三极管Q1的发射极、电阻R3的一端连接，所述三极管Q1的集电极与信号输出端MBUS_N连接，所述三极管Q1的基极分别与所述电阻R3的另一端、电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与三极管Q2的集电极连接；所述三极管Q2的发射极接地，基极连接电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端与TX引脚连接；
所述电源电路的电压输出端VDD_L与信号输出端MBUS_P连接。
进一步的，所述写入数据电路还包括：二极管D1和二极管D2；
所述二极管D1的正极与电压输出端VDD_H连接，负极分别与三极管Q1的发射极、电阻R3的一端连接；
所述二极管D2的正极与电压输出端VDD_H连接，负极与信号输出端MBUS_P连接。
进一步的，所述反馈数据电路包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、放大器U1以及三极管Q3；
所述电阻R5的一端接地，其另一端分别连接电阻R6、放大器U1的反向输入端连接，所述电阻R6的另一端、放大器U1的输出端均与所述电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与三极管Q3的基极连接；所述三极管Q3的发射极接地，其集电极分别与RX引脚、电阻R8连接。
进一步的，所述放大器U1用于对所述信号输出端MBUS_N的电瓶信号进行放大，放大倍数为1+R6/R5。
进一步的，所述反馈数据电路还包括：采样电阻R1；
所述采样电阻R1的一端与信号输出端MBUS_N连接，其另一端接地。
进一步的，所述电源电路包括BOOST升压电路；
所述BOOST升压电路包括：升压芯片U2、电感L1、电感L2、二极管D4以及二极管D5；
所述升压芯片U2分别与电源输入端POWER引脚、电感L1一端、电感L2一端连接，所述电感L1另一端与电压输出端VDD_H连接，所述电感L2另一端与电压输出端VDD_L连接；所述二极管D4正极接地，负极与电压输出端VDD_H连接；所述二极管D5正极接地，负极与电压输出端VDD_L连接；所述升压芯片U2还接地。
进一步的，所述电源电路包括两组BOOST升压电路。
进一步的，所述三极管Q1采用PNP三极管，所述三极管Q2采用NPN三极管，所述三极管Q3采用NPN三极管。
进一步的，所述放大器U1采用差分放大器。
本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：
一种高可靠性的MBUS主机电路，包括写入数据电路MBUS主机向MBUS从机写入数据；反馈数据电路MBUS主机获得MBUS从机反馈数据；控制器发送和接收TTL电平；所述控制器包括TX引脚和RX引脚，所述TX引脚为控制器数据发送脚，所述RX引脚为控制器数据接收脚；电源电路向所述MBUS主机电路提供电压；本申请采用分立元件搭建的电路，相当于把IC芯片内部的电路通过分立元器件搭建高抗扰性的MBUS主机电路，增强了MBUS总线的稳定性，从而提高了MBUS总线的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的写入数据电路的电子结构示意图；
图2为本发明提供的反馈数据电路的电子结构示意图；
图3为本发明提供的反馈数据电路的另一种结构示意图；
图4为本发明提供的BOOST升压电路的电子结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的高可靠性的MBUS主机电路。
本申请实施例中提供的高可靠性的MBUS主机电路包括，；
写入数据电路，用于将MBUS电平转换为TTL电平，以使得MBUS主机向MBUS从机写入数据；
反馈数据电路，用于将TTL电平转换为MBUS电平，以使得MBUS主机获得MBUS从机反馈数据；
控制器，用于发送和接收TTL电平；所述控制器包括TX引脚和RX引脚，所述TX引脚为控制器数据发送脚，所述RX引脚为控制器数据接收脚；
电源电路，用于向所述MBUS主机电路提供MBUS标准电压。
MBUS主机电路的工作原理为，通过电源电路进行BOOST升压，得到VDD_H和VDD_L，VDD_H和VDD_L与MBUS主机连接，通过阈值电压的变化调节MBUS主机的电压变化，MBUS主机电路中的写入数据电路将MBUS电平转换为TTL电平使得MBUS主机向MBUS从机写入数据；MBUS主机电路中的反馈数据电路将TTL电平转换为MBUS电平使得MBUS主机获得MBUS从机反馈数据。因此，通过实现了分立元器件构成MBUS主机电路，提高了MBUS主机电路的可靠性。
一些实施例中，如图1所示，所述写入数据电路包括：三极管Q1、三极管Q2、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；
所述电源电路的电压输出端VDD_H分别与三极管Q1的发射极、电阻R3的一端连接，所述三极管Q1的集电极与信号输出端MBUS_N连接，所述三极管Q1的基极分别与所述电阻R3的另一端、电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与三极管Q2的集电极连接；所述三极管Q2的发射极接地，基极连接电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端与TX引脚连接；
所述电源电路的电压输出端VDD_L与信号输出端MBUS_P连接。
优选的，所述写入数据电路还包括：二极管D1和二极管D2；
所述二极管D1的正极与电压输出端VDD_H连接，负极分别与三极管Q1的发射极、电阻R3的一端连接；
所述二极管D2的正极与电压输出端VDD_H连接，负极与信号输出端MBUS_P连接。
具体的，写入数据电路的工作原理是，电源电路提供的VDD_H和VDD_L通过二极管D1与D2做隔离，当PNP三极管Q1的集电极C与Q1发射极E导通时，此时由于VDD_H电压高于VDD_L电压，因此MBUS_P引脚电平等于VDD_H引脚电平。TX引脚为控制器数据发送脚。当TX为高时NPN三极管Q2导通，此时Q2的1脚电平等于0即连接至GND，此时R3与R2形成VDD_H与GND之间的串联关系，Q1的基极B电平为1/2的VDD_H，所以此时Q1的集电极C与Q1发射极E导通，MBUS_P输出电平VDD_H高电平。当TX为低时NPN三极管Q2截止，此时Q2的1脚电平等于VDD_H，此时R3与R2以及Q2的集电极C之间处于等电势状态，所以此时Q1的集电极C与Q1发射极E截止，MBUS_P输出电平为VDD_L低电平。其中，VDD_H与VDD_L为控制器所能识别的高电平1与低电平0信号。
一些实施例中，如图2所示，所述反馈数据电路包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、放大器U1以及三极管Q3；
所述电阻R5的一端接地，其另一端分别连接电阻R6、放大器U1的反向输入端连接，所述电阻R6的另一端、放大器U1的输出端均与所述电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与三极管Q3的基极连接；所述三极管Q3的发射极接地，其集电极分别与RX引脚、电阻R8连接。
优选的，所述放大器U1用于对所述信号输出端MBUS_N的电瓶信号进行放大，放大倍数为1+R6/R5。
优选的，如图3所示，所述反馈数据电路还包括：采样电阻R1；
所述采样电阻R1的一端与信号输出端MBUS_N连接，其另一端接地。
本申请提供的反馈数据电路的工作原理是，MBUS从机向MBUS主机反馈数据是以MBUS从机输出大小电流作为传输机制，因此由MBUS从机以MBUS_N引脚输出电流时，大小电流经采样电阻R1后接地，此时MBUS_N总线的电平为Iout*R1，但是由于此电压幅值比较小，易受线上的噪声影响，不易做数据处理，无法被控制器准确识别，因此本发明通过U1搭建的放大电路后将该MBUS_N线上的电平信号进行放大，放大倍数等于(1+R6/R5)，经过放大后的输出信号，稳定性与抗扰性大大增强。NPN三极管Q3采用共发射极放大电路，当Q3的2脚基极B电平高于0.7/0.8V时导通，RX电平为低，控制器识别为0信号，当Q3的2脚基极B电平低于0.7/0.8V时Q3截止，此时RX电平为高电平，控制器识别为1信号。因此通过上述步骤，控制器通过RX引脚接收到的1/0信号，即可获取MBUS从机以大小电流向MBUS主机回馈的数据信息。
如图4所示，所述电源电路包括BOOST升压电路；
所述BOOST升压电路包括：升压芯片U2、电感L1、电感L2、二极管D4以及二极管D5；
所述升压芯片U2分别与电源输入端POWER引脚、电感L1一端、电感L2一端连接，所述电感L1另一端与电压输出端VDD_H连接，所述电感L2另一端与电压输出端VDD_L连接；所述二极管D4正极接地，负极与电压输出端VDD_H连接；所述二极管D5正极接地，负极与电压输出端VDD_L连接；所述升压芯片U2还接地。
优选的，所述电源电路包括两组BOOST升压电路。
本申请提供的BOOST升压电路的工作原理为，通过POWER引脚对BOOST升压电路提供电源输入，然后通过L1与L2两个电感获取两组输出电压，分为VDD_H高电压与VDD_L低电压，用以提供MBUS主机与MBUS从机通讯高压差的电平信号，其中U2作为核心升压芯片，也可采用两组独立BOOST升压电路来获得VDD_H和VDD_L。
优选的，所述三极管Q1采用PNP三极管，所述三极管Q2采用NPN三极管，所述三极管Q3采用NPN三极管。
优选的，所述放大器U1采用差分放大器。
综上所述，本发明提供一种高可靠性的MBUS主机电路，本发明包括写入数据电路MBUS主机向MBUS从机写入数据；反馈数据电路MBUS主机获得MBUS从机反馈数据；控制器发送和接收TTL电平；所述控制器包括TX引脚和RX引脚，所述TX引脚为控制器数据发送脚，所述RX引脚为控制器数据接收脚；电源电路向所述MBUS主机电路提供电压；本发明采用分立元件搭建的电路，相当于把IC芯片内部的电路通过分立元器件搭建高抗扰性的MBUS主机电路，增强了MBUS总线的稳定性，从而提高了MBUS总线的可靠性。
可以理解的是，上述提供的系统实施例与上述的方法实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种高可靠性的MBUS主机电路，其特征在于，包括：
写入数据电路，用于将MBUS电平转换为TTL电平，以使得MBUS主机向MBUS从机写入数据；
反馈数据电路，用于将TTL电平转换为MBUS电平，以使得MBUS主机获得MBUS从机的反馈数据；
控制器，用于发送和接收TTL电平；所述控制器包括TX引脚和RX引脚，所述TX引脚为控制器数据发送脚，所述RX引脚为控制器数据接收脚；
电源电路，用于向所述MBUS主机电路提供MBUS标准电压；
其中，所述写入数据电路包括：三极管Q1、三极管Q2、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；
所述电源电路的电压输出端VDD_H分别与三极管Q1的发射极、电阻R3的一端连接，所述三极管Q1的集电极与信号输出端MBUS_N连接，所述三极管Q1的基极分别与所述电阻R3的另一端、电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与三极管Q2的集电极连接；所述三极管Q2的发射极接地，基极连接电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端与TX引脚连接；
所述电源电路的电压输出端VDD_L与信号输出端MBUS_P连接。
2.根据权利要求1所述的高可靠性的MBUS主机电路，其特征在于，所述写入数据电路还包括：二极管D1和二极管D2；
所述二极管D1的正极与电压输出端VDD_H连接，负极分别与三极管Q1的发射极、电阻R3的一端连接；
所述二极管D2的正极与电压输出端VDD_H连接，负极与信号输出端MBUS_P连接。
3.根据权利要求1所述的高可靠性的MBUS主机电路，其特征在于，所述反馈数据电路包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、放大器U1以及三极管Q3；
所述电阻R5的一端接地，其另一端分别连接电阻R6、放大器U1的反向输入端连接，所述电阻R6的另一端、放大器U1的输出端均与所述电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与三极管Q3的基极连接；所述三极管Q3的发射极接地，其集电极分别与RX引脚、电阻R8连接。
4.根据权利要求3所述的高可靠性的MBUS主机电路，其特征在于，
所述放大器U1用于对所述信号输出端MBUS_N的电瓶信号进行放大，放大倍数为1+R6/R5。
5.根据权利要求3所述的高可靠性的MBUS主机电路，其特征在于，所述反馈数据电路还包括：采样电阻R1；
所述采样电阻R1的一端与信号输出端MBUS_N连接，其另一端接地。
6.根据权利要求1所述的高可靠性的MBUS主机电路，其特征在于，所述电源电路包括BOOST升压电路；
所述BOOST升压电路包括：升压芯片U2、电感L1、电感L2、二极管D4以及二极管D5；
所述升压芯片U2分别与电源输入端POWER引脚、电感L1一端、电感L2一端连接，所述电感L1另一端与电压输出端VDD_H连接，所述电感L2另一端与电压输出端VDD_L连接；所述二极管D4正极接地，负极与电压输出端VDD_H连接；所述二极管D5正极接地，负极与电压输出端VDD_L连接；所述升压芯片U2还接地。
7.根据权利要求5所述的高可靠性的MBUS主机电路，其特征在于，
所述电源电路包括两组BOOST升压电路。
8.根据权利要求3所述的高可靠性的MBUS主机电路，其特征在于，
所述三极管Q1采用PNP三极管，所述三极管Q2采用NPN三极管，所述三极管Q3采用NPN三极管。
9.根据权利要求4所述的高可靠性的MBUS主机电路，其特征在于，
所述放大器U1采用差分放大器。
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2020
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