CN112666489A - 用于Mbus主站电路的预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于Mbus主站电路的预警系统，涉及通信技术领域，针对外部电路负载数量过多容易造成电路故障的问题，提供了以下技术方案，包括测试电路、采样电路、MCU处理单元、基准电源、过载模拟比较器和预警电路；采样电路内设有采样电阻，采样电阻与测试电路并联，采样电路采集电流信号并转换为采样电压，MCU处理单元内设有模数转换器，MCU处理单元连接有数据发送端；模数转换器将采样电路的模拟信号离散为数字信号；采样电路连接过载模拟比较器的同相输入端，基准电源提供过载监测基准电压至过载模拟比较器的反相输入端，基准电源提供的过载监测基准电压为2.5V，过载模拟比较器的输出端连接MCU处理单元内的预警电路，达到短路预警的目的。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地说，它涉及一种用于Mbus主站电路的预警系统。
背景技术
Mbus是一种欧洲标准的2线制总线，专门为计量仪表传送数据信息而设计的，主要应用于供水、供热等计量仪表的集中抄表领域。Mbus总线的数据通讯模型为一主多从式设计，即一个通讯网络有且仅有一台主机设备和多台从机设备，所有从机设备均并行连接在主机的Mbus通讯总线上。主机和从机之间的数据信息交互为一问一答式，且均由主机设备发起，被呼叫的从机应答数据给主机，而其他从机不做任何应答。
Mbus总线标准规定了每台接入Mbus总线的从机设备静态消耗总线电流(无应答或应答数据位为低电平时的电流消耗)为1.5mA，N台从机则静态消耗N x 1.5mA的总线电流。当某一台设备须应答数据时，其数据中高电平电流消耗须增加20mA的电流，低电平保持静态电流消耗1.5mA，主机设备通过检测这种电流信号变化并将其转化为可用的数据。Mbus总线中主机向从机下发数据时使用36V、24V电压信号，从机向主机应答数据时使用1.5mA及1.5+20mA的电流信号。传统的Mbus电路的可靠性较低，当负载数量过多或外部通道短路时，容易造成电路故障。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于Mbus主站电路的预警系统，具有实现短路预警的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于Mbus主站电路的预警系统，包括测试电路、采样电路、MCU处理单元、基准电源、过载模拟比较器CMP2和预警电路；所述采样电路内设有采样电阻，所述采样电阻与测试电路并联，所述采样电路采集电流信号并转换为采样电压VOL，所述MCU处理单元内设有模数转换器ADC，所述MCU处理单元连接有数据发送端TXD；所述模数转换器ADC将采样电路的模拟信号离散为数字信号；所述采样电路连接过载模拟比较器CMP2的同相输入端，所述基准电源提供过载监测基准电压至过载模拟比较器CMP2的反相输入端，所述基准电源提供的过载监测基准电压为2.5V，所述过载模拟比较器CMP2的输出端连接MCU处理单元内的预警电路。
采用上述技术方案，采样电路采集MBus总线的电流信号并将该电流信号转换为电压信号，模数转换器ADC用于将模拟信号转换为MCU处理单元可识别的数字信号，该数字信号经MCU处理单元处理后由数据发送端TXD发出，完成从机的应答；当测试电路负载数量过多或外部通道短路时，采样电路产生较大的压降，当超过过载监测基准电压2.5V时过载模拟比较器CMP2输出高电平，触发MCU处理单元内的预警电路发出预警信号。
由于模数转换器的工作电压为2.5V，在利用采样电路将电流信号转换为电压信号中以2.5V作为基准，通过其内部运算处理使得电路在正常工作时采样电路输出的电压值小于2.5V；基准电源为过载模拟比较器CMP2的反向输入端提供了2.5V的过载监测基准电压，当测试电路负载数量过多或者外部通道短路时，采样电路输出的采样电压VOL大于2.5V，此时过载模拟比较器CMP2输出高电平，MCU处理单元接收到该信号即触发预警电路报警，实现电路过载或短路的预警。
优选的，所述MCU处理单元内设有应答数模转换器DAC0和应答模拟比较器CMP0，所述MCU处理单元设有数据接收端RXD，所述采样电路输出采样电压VOL至应答模拟比较器CMP0的同相输入端，所述应答数模转换器DAC0输出数据接收基准电压Vr至应答模拟比较器CMP0的反相输入端，所述应答模拟比较器CMP0的输出端连接数据接收端RXD。
采用上述技术方案，通过应答数模转换器DAC0产生一个数据接收基准电压Vr，采样电压VOL接应答模拟比较器CMP0的同相输入端，数据接收基准电压Vr接应答模拟比较器CMP0的反相输入端，当从机有应答电流信号时，采样电压VOL大于数据接收基准电压Vr，应答模拟比较器CMP0输出高电平，MCU处理单元接收到设备数据接收的信号，此时MCU处理单元接收到的来自采样电压VOL经模数转换器ADC转换的数据即为从机正常应答时MCU处理单元的读取数据。
优选的，所述采样电阻的电阻值设置为R，所述数据接收基准电压Vr的数值设置为：1.5R mV﹤Vr﹤(1.5+20)R mV。
采用上述技术方案，由于Mbus总线标准规定了从机设备静态消耗总线电流(无应答或应答数据位为低电平时的电流消耗)为1.5mA，当某一台设备须应答数据时，其数据中高电平电流消耗须增加最大为20mA的电流，低电平保持静态电流消耗1.5mA，根据欧姆定律，当采样电阻的电阻值为R时，从机设备静态时采样电阻的电压为1.5R mV，当有一台从机向主机应答数据时采样电阻的电压为(1.5+20)R mV，由于数据接收基准电压Vr连接数据接收模拟比较器的反相输入端，为使从机应答时应答模拟比较器CMP0向数据接收端RXD输出高电平，从机在应答时采样电压VOL应大于数据接收基准电压Vr，故Vr的最大值应小于(1.5+20)R mV；为使从机在无应答的静止状态时应答模拟比较器CMP0向数据接收端RXD输出低电平，从机在静止状态时采样电压VOL应小于数据接收基准电压Vr，即Vr的最小值应大于1.5R mV。
优选的，所述MCU处理单元内设有冲突数模转换器DAC1和冲突模拟比较器CMP1，所述MCU处理单元设有冲突报警电路ERR，所述采样电路输出采样电压VOL至冲突模拟比较器CMP1的同相输入端，所述冲突数模转换器DAC1输出冲突检测基准电压Ve至冲突模拟比较器CMP1的反相输入端，所述冲突模拟比较器CMP1的输出端连接冲突报警电路ERR。
采用上述技术方案，通过冲突模数转换器DAC1产生冲突检测基准电压Ve，采样电压VOL接冲突模拟比较器CMP1的同相输入端，冲突检测基准电压Ve接冲突模拟比较器CMP1的反相输入端，当有多台从机同时应答时，采样电压VOL大于冲突检测基准电压Ve，冲突模拟比较器CMP1输出高电平至冲突报警电路ERR，MCU处理单元接收到来自冲突报警电路ERR的报警信号，从而触发MCU处理单元内的预警电路发出预警信号。
优选的，所述采样电阻的电阻值设置为R，所述冲突检测基准电压Ve的数值设置为：(1.5+20)R mV﹤Ve﹤(1.5×2+20)R mV。
采用上述技术方案，由于Mbus总线标准规定了一台设备须应答数据时，其数据中高电平电流消耗须增加20mA的电流，即当N台从机处于静态时采样电路的电流为(1.5×N)mA，当N台从机应答时采样电路的电流为(1.5×N)+20mA，根据欧姆定律可知，当有一台从机向主机应答数据时采样电阻的电压为(1.5+20)R mV，由于主机和从机之间的数据信息交互为一问一答式，被呼叫的从机应答数据给主机，而其它从机不做任何应答，当有两台及以上设备同时应答时即为通讯冲突，通讯冲突时采样电压大于(1.5+20)R mV；由于冲突检测基准电压Ve连接冲突模拟比较器CMP1的反相输入端，在有且仅有一台从机应答时，冲突模拟比较器CMP1向冲突报警电路ERR输出低电平，此时采样电压VOL应小于冲突检测基准电压Ve，故冲突检测基准电压Ve的最小值应大于(1.5+20)R mV；当两台及以上从机应答时，冲突模拟比较器CMP1向冲突报警电路ERR输出高电平，此时采样电压VOL应大于冲突检测基准电压Ve，故冲突检测基准电压Ve的最大值应小于两台从机应答时的采样电压VOL，即冲突检测基准电压Ve的最大值应小于(1.5×2+20)R mV。
优选的，所述采样电路和模数转换器ADC之间设有滤波电路，所述滤波电路设置为电阻-电容滤波电路。
采用上述技术方案，滤波电路用于滤出采样电路输出信号中的干扰信号。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.过载模拟比较器CMP2对采样电路输出的电压信号与过载监测基准电压信号的电平进行大小的对比，有效监测电路是否出现过载或者短路的现象；
2.应答模拟比较器CMP0对采样电路输出的电压信号与数据接收基准电压Vr的电平进行大小的对比，使得从机在应答时MCU处理单元接收到数据的接收信号；
3.冲突模拟比较器CMP1对采样电路输出的电压信号与冲突检测基准电压Ve的电平进行大小的对比，使得从机的应答出现通讯冲突时，MCU处理单元接收到冲突预警信号。
附图说明
图1为本发明一种用于Mbus主站电路的预警系统的电路示意图。
图2为本发明一种用于Mbus主站电路的预警系统中MCU处理单元接收的信号谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
一种用于Mbus主站电路的预警系统，如图1和图2所示，包括测试电路、采样电路、MCU处理单元和基准电源，采样电路内设有采样电阻，采样电阻的电阻值设置为R，R可根据实际采样电路需要进行更改设置，采样电阻与测试电路并联，采样电路采集从机应答的电流信号将该电流信号转换电压信号，由于每台从机静态电流消耗为1.5mA，将采样电路采集到的电流信号除以1.5mA即可算出单从通道下从机的数量N；采样电路内还连接有RC滤波电路，采样电压采集并转换的电压信号经RC滤波等处理后输出采样电压VOL；MCU处理单元内设有模数转换器ADC，模数转换器ADC将来自采样电路的模拟信号转换为模拟信号。
MCU处理单元设有应答数模转换器DAC0、应答模拟比较器CMP0和数据接收端RXD，通过MCU处理单元通过应答模数转换器DAC0输出数据接收基准电压Vr，数据接收基准电压Vr的取值范围为：1.5R mV﹤Vr﹤(1.5+20)R mV，采样电路输出采样电压信号至应答模拟比较器CMP0的同相输入端，应答模数转换器DAC0连接应答模拟比较器CMP0的反相输入端，应答模拟比较器CMP0的输出端连接数据接收端RXD，当有从机产生应答电流信号时，应答模拟比较器CMP0向数据接收端RXD输出高电平，采样电压VOL通过模数转换器ADC转换为MCU处理单元可以读取的数据。
MCU处理单元设有冲突数模转换器DAC1、冲突模拟比较器CMP1和冲突报警电路ERR，通过MCU处理单元通过冲突数模转换器DAC1输出冲突检测基准电压Ve，冲突检测基准电压Ve的取值范围为：(1.5+20)R mV﹤Ve﹤(1.5×2+20)R mV，采样电路输出采样电压信号至冲突模拟比较器CMP1的同相输入端，冲突数模转换器DAC1连接冲突模拟比较器CMP1的反相输入端，冲突模拟比较器CMP1的输出端连接冲突报警电路ERR，当有且仅有一台从机应答时，冲突模拟比较器CMP1向冲突报警电路ERR输出低电平，当有两台及以上从机同时应答时，采样电压VOL大于Ve，触发冲突报警电路ERR冲突预警。
MCU处理单元内设有过载预警电路，基准电源连接有过载模拟比较器CMP2，基准电源连接于过载模拟比较器CMP2的反相输入端，采样电路连接过载模拟比较器CMP2的同相输入端，基准电源提供过载监测基准电压至过载模拟比较器CMP2的反相输入端，过载模拟比较器CMP2的输出端连接MCU处理单元内的过载预警电路。
具体实施过程如下：
将采样电阻的电阻值设置为5Ω，过载检测基准电压设置为2.5V，则数据接收基准电压Vr的取值范围为：7.5mV﹤Vr﹤(7.5+100)mV，冲突检测基准电压Ve的取值范围为：(7.5+100)mV﹤Ve﹤(15+100)mV。
当电路负载数量过多或者外部通道短路时，经过过载模拟比较器CMP2的同相输入端的采样电压VOL高于2.5V，过载模拟比较器CMP2向MCU处理单元输出高电平，触发过载预警电路报警；当外部电路正常工作时，经过过载模拟比较器CMP2的同相输入端的采样电压VOL高于2.5V，过载模拟比较器CMP2向MCU处理单元输出低电平。
在外部电路正常工作的条件下，当无从机应答时，流经采样电阻的电流为1.5mV，即采样电路输出的采样电压VOL为7.5mV，采样电压VOL同时小于数据接收基准电压Vr和冲突检测基准电压Ve，采样电压VOL经应答模拟比较器CMP0和冲突模拟比较器CMP1时均输出低电平，MCU处理单元内无应答信号产生；当有且仅有一台从机产生应答信号时，采样电路输出的采样电压VOL为(7.5+100)mV，此时采样电压VOL大于数据接收基准电压Vr且小于冲突检测基准电压Ve，应答模拟比较器CMP0向数据接收端RXD输出高电平，冲突模拟比较器CMP1向冲突报警电路ERR输出低电平，即采样电路输出的采样电压VOL经ADC可转换为MCU处理单元可以读取的数据；当有多台从机同时应答时，采样电路输出的采用电压VOL大于或等于(15+100)mV，采样电压VOL同时大于数据接收基准电压Vr和冲突检测基准电压Ve，此时冲突模拟比较器CMP1向冲突报警电路ERR输出高电平，触发MCU处理单元内的预警电路发出预警信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明远离前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.用于Mbus主站电路的预警系统，其特征在于：包括测试电路、采样电路、MCU处理单元、基准电源、过载模拟比较器CMP2和过载预警电路；所述采样电路内设有采样电阻，所述采样电阻与测试电路并联，所述采样电路采集电流信号并转换为采样电压VOL，所述MCU处理单元内设有模数转换器ADC，所述MCU处理单元连接有数据发送端TXD；所述模数转换器ADC将采样电路的模拟信号离散为数字信号；所述采样电路连接过载模拟比较器CMP2的同相输入端，所述基准电源提供过载监测基准电压至过载模拟比较器CMP2的反相输入端，所述基准电源提供的过载监测基准电压为2.5V，所述过载模拟比较器CMP2的输出端连接MCU处理单元内的过载预警电路。
2.根据权利要求1所述的用于Mbus主站电路的预警系统，其特征在于：所述MCU处理单元内设有应答数模转换器DAC0和应答模拟比较器CMP0，所述MCU处理单元设有数据接收端RXD，所述采样电路输出采样电压VOL至应答模拟比较器CMP0的同相输入端，所述应答数模转换器DAC0输出数据接收基准电压Vr至应答模拟比较器CMP0的反相输入端，所述应答模拟比较器CMP0的输出端连接数据接收端RXD。
3.根据权利要求2所述的用于Mbus主站电路的预警系统，其特征在于：所述采样电阻的电阻值设置为R，所述数据接收基准电压Vr的数值设置为：1.5R mV﹤Vr﹤(1.5+20)R mV。
4.根据权利要求1所述的用于Mbus主站电路的预警系统，其特征在于：所述MCU处理单元内设有冲突数模转换器DAC1和冲突模拟比较器CMP1，所述MCU处理单元设有冲突报警电路ERR，所述采样电路输出采样电压VOL至冲突模拟比较器CMP1的同相输入端，所述冲突数模转换器DAC1输出冲突检测基准电压Ve至冲突模拟比较器CMP1的反相输入端，所述冲突模拟比较器CMP1的输出端连接冲突报警电路ERR。
5.根据权利要求4所述的用于Mbus主站电路的预警系统，其特征在于：所述采样电阻的电阻值设置为R，所述冲突检测基准电压Ve的数值设置为：(1.5+20)R mV﹤Ve﹤(1.5×2+20)RmV。
6.根据权利要求1所述的用于Mbus主站电路的预警系统，其特征在于：所述采样电路和模数转换器ADC之间设有滤波电路，所述滤波电路设置为电阻-电容滤波电路。
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| CN114070665A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-02-18 | 杭州海兴电力科技股份有限公司 | 一种mbus主机通讯电路、方法、装置及其介质 |
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