CN209184614U - 一种仪表总线主机通信电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种仪表总线主机通信电路，包括信号发送电路与信号接收电路，所述信号发送电路进一步包括：电平转换单元，用于根据发送信号的高低电平，转换M‑Bus总线所需电平；驱动电源，与所述电平转换单元电连接，用于输出M‑Bus总线所需电平；所述信号接收电路进一步包括：采样电路，一端与所述驱动电源电连接，用于在信号接收时采集M‑Bus总线上的电流变化；电压比较器，与所述采样电路电连接，用于根据M‑Bus总线的电流变化比较其正负输入端的电压，从而感应从机信号。本实用新型可以满足M‑Bus通信要求，可实现简单的点对点的M‑Bus通信要求。

Description

一种仪表总线主机通信电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种仪表总线主机通信电路。

背景技术

仪表总线M-Bus（Meter-Bus）遵循消费类仪表国际标准EN1434-3，如图1所示，其拓扑结构为总线结构，采用普通的两芯电缆连接，其主要特点是采用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M-Bus总线上。将M-Bus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。

一般的M-Bus主机电路设计在处理M-Bus高低电平之间的压差12V方面处理复杂，同时面临着怎么给总线供电的难题，如有些提供了24V和36V两组电源，这提高了电源设计的复杂度；有些提供了复杂的电平转换及供电电路；另一方面在检测从机信号变化需要抗干扰能力强，因此，如何根据M-Bus的原理设计一款简明高效、抗干扰的信号发送和接收线路是M-Bus常规、低成本应用的现实需要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种简明高效、抗干扰的仪表总线主机通信电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种仪表总线主机通信电路，包括信号发送电路与信号接收电路，所述信号发送电路进一步包括：

电平转换单元，用于根据发送信号的高低电平，转换M-Bus总线所需电平；

驱动电源，与所述电平转换单元电连接，用于输出M-Bus总线所需电平；

所述信号接收电路进一步包括：

采样电路，一端与所述驱动电源电连接，用于在信号接收时采集M-Bus总线上的电流变化；

电压比较器，与所述采样电路电连接，用于根据M-Bus总线的电流变化比较其正负输入端的电压，从而感应从机信号。

其中，所述采样电路进一步包括：

采样电阻，其后端与所述驱动电源电连接，其前端与所述电压比较器的正极输入端电连接；

二极管，串联在所述采样电阻的前端与所述电压比较器的负极输入端之间；

稳压电容，一端接地，另一端与所述电压比较器的负极输入端电连接。

其中，所述电平转换单元包括串联的两个稳压二极管，第一稳压二极管的正端接地，第二稳压二极管的负端与所述驱动电源电连接，发送信号施加在所述第一稳压二极管和所述第二稳压二极管的正端。

其中，发送信号为高时，所述第一稳压二极管和所述稳压二极管将地抬高设定电压，所述驱动电源输出M-Bus总线所需的高电平；发送信号为低时，所述第一稳压二极管和所述稳压二极管被短路，所述驱动电源输出M-Bus总线所需的低电平。

其中，当从机输出状态为1时，所述采样电阻前、后两端电平相同，所述电压比较器负极输入端的电压低于正极输入端的电压，所述电压比较器输出信号为高电平，接收信号为高；当从机输出状态为0时，所述采样电阻的前端电压降低，所述电压比较器正极输入端的电压低于负极输入端的电压，所述电压比较器输出信号为低电平，接收信号为低。

其中，所述稳压电容用于在从机输出状态为0时，使所述电压比较器负极输入端维持在工作电流为0的状态。

其中，所述仪表总线主机通信电路还包括第一M-Bus接口和第二M-Bus接口，所述第一M-Bus接口与所述第一稳压二极管的正端相连，所述第二M-Bus接口与所述采样电阻的前端相连。

其中，所述第一稳压二极管和所述稳压二极管在M-Bus总线所需电高、低平电平下的稳压值差值为12V。

其中，发送信号为高时，所述第一稳压二极管和所述稳压二极管将地抬高26V~30V。

其中，所述仪表总线主机通信电路还包括工作电源，与所述驱动电源电连接。

本实用新型实施例的有益效果在于：电平抬升及转换高效快速，依靠电平转换单元，将驱动电源基准抬高到26V~30V，实现高低电平的之间13V的压降转换，避免了复杂的电平抬升及切换电路设计；驱动电源由线性稳压器提供，驱动电源的驱动能力直接决定着M-Bus的带负载能力，可根据带负载需求选择合适的线性稳压器，整体设计适用性、可扩展性强；信号采样电路由大功率采样电阻电路实现，同样，采样电阻也可根据负载来选择合适的采样电阻；信号判别电路由电压比较器来实现，避免了复杂的信号检测电路，通过以上电路的协调配合，满足M-Bus通信要求，可实现简单的点对点的M-Bus通信要求，同理，合理的选型亦可实现点对多的M-Bus通信需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为仪表总线原理框图。

图2为本实用新型实施例中M-Bus总线上的bit串传输原理示意图。

图3为本实用新型实施例一种仪表总线主机通信电路的结构原理框图。

图4为本实用新型实施例一种仪表总线主机通信电路的具体结构示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本实用新型可以用以实施的特定实施例。本实用新型所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本实用新型，而非对本实用新型保护范围的限制。

如前所述，M-Bus是一个层次系统，由一个M-Bus主机（中央分配逻辑）来控制通信。M-Bus由主机、许多从机（终端设备仪表）、一条双线连接电缆组成。从机被并行地连接到传输媒介即连接电缆上。为了实现具有低成本传输媒介的总线网络，一条具有串行数据传输功能的双线电缆被使用。为了允许对远程从机供电，请结合图2所示，总线上的比特描述如下：

由主机到从机的bit串传输，通过电压调制方式实现。一个逻辑1（称为Mark）对应于在总线的驱动器（repeater）上输出36V的标准电压，驱动器是主机的一部分；一个逻辑0（称为Space）被发送时，驱动器减少总线电压12V，在总线驱动上输出24V的标准电压。也可以理解为在24v电压上进行的电压调制，发送Mark时候在24V基础上增加12V电压，发送Space的时候不增加12V电压。

从从机到主机发送的bit串，通过调制从机上的电流消耗进行编码。一个逻辑1是由最高1.5mA的恒定电流表示，一个逻辑0通过从机额外增加11~20mA的电流来表示。处于Mark状态的电流可用于给接口和仪表本身供电。

由于输出阻抗的原因，从机传输逻辑0（Space）的时候会导致驱动器上输出电压的轻微减少。在总线上的静止状态表示逻辑1（Mark），即在驱动器上总线电压是36V，从机需要的最大恒定静态电流是每个1.5mA。当所有从机都不发送Space（逻辑0）的时候，主机端的驱动器上将输出恒定的电流以驱动总线。因为从机消耗恒定电流这个原因，而且线缆上存在阻抗，在从机端检测到的实际Mark电压会比36V低，具体低多少依赖于从机和驱动器间的距离和从机的总静态电流。因此，从机不必检测绝对的电压电平，而是对于Space检测一个12V的电压降。驱动器必须调整它自己到静态电流水平（Mark），并且将总线上11~20mA电流的增加解释为一个Space。这意味着在任一时刻，只能在一个方向上进行传输：从主机到从机，或者从从机到主机，即半双工。

由于在主机到从机方向的传输有一个12V电压的变化，在应答方向有最少11mA电流的变化，因此M-Bus总线不仅实现了给从机供电，同时还获得了对外部干扰很强的抵抗力。

请同时结合图3和图4所示，本实用新型实施例提供一种仪表总线主机通信电路，包括信号发送电路与信号接收电路，信号发送电路进一步包括：

电平转换单元，用于根据发送信号的高低电平，转换M-Bus总线所需电平；

驱动电源，与电平转换单元电连接，用于输出M-Bus总线所需电平；

信号接收电路进一步包括：

采样电路，一端与驱动电源电连接，用于在信号接收时采集M-Bus总线上的电流变化；

电压比较器，与采样电路电连接，用于根据M-Bus总线的电流变化比较其正负输入端的电压，从而感应从机信号。

本实施例的工作原理是：

发送信号为高时，选取稳压二极管1和稳压二极管2是2个13V~15V稳压管。发送信号为高时，稳压二极管1和稳压二极管2将地抬高26V~30V。为满足m-Bus电平信号为33V及以上，驱动电源的工作电源工作在33V~36V，驱动电源输出5V，那么驱动电源整体输出为31V~33V；若所述发送信号为低时，稳压二极管被短路，M-Bus电平信号降至18V~20V，满足M-Bus总线高低电平需求。

在信号接收时，若M-Bus从机输出状态为1，那么M-Bus总线上无电流变化，采样电阻前、后两端电平相同，但电压比较器负极输入端由于二极管存在压降导致其电平信号低于正极输入端，电压比较器输出信号为高，接收信号为高；相应的，若从机输出状态为0，M-Bus总线上含有一定个工作电流，该电流在采样电阻上存在一定的压降，导致采样电阻前端电压信号降低，电压比较器正极输入端电压信号降低，但是由于电压比较器负极输入端稳压电容的存在，负极输入端仍然维持在工作电流为0的状态，负极输入端的电平高于正极输入端的电平，从而电压比较器输出为低电平，因此接收信号为低。从机通过发送信号不断改变M-Bus总线上的电流，从而改变采样电阻前端的电压，进而不断改变电压比较器正负输入端的电压信号来感应从机信号。

请结合图4所示，本实施例仪表总线主机通信电路还包括M-Bus接口1和M-Bus接口2，所述M-Bus接口1与所述第一稳压二极管的正端相连，所述M-Bus接口2与所述采样电阻的前端相连。该M-Bus接口1和M-Bus接口2作为M-Bus主机对外的接口，扩展为外部M-Bus总线用于连接所述从机。

通过上述说明可知，本实用新型实施例的有益效果在于：电平抬升及转换高效快速，依靠电平转换单元，将驱动电源基准抬高到26V~30V，实现高低电平的之间13V的压降转换，避免了复杂的电平抬升及切换电路设计；驱动电源由线性稳压器提供，驱动电源的驱动能力直接决定着M-Bus的带负载能力，可根据带负载需求选择合适的线性稳压器，整体设计适用性、可扩展性强；信号采样电路由大功率采样电阻电路实现，同样，采样电阻也可根据负载来选择合适的采样电阻；信号判别电路由电压比较器来实现，避免了复杂的信号检测电路，通过以上电路的协调配合，满足M-Bus通信要求，可实现简单的点对点的M-Bus通信要求，同理，合理的选型亦可实现点对多的M-Bus通信需求。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种仪表总线主机通信电路，其特征在于，包括信号发送电路与信号接收电路，所述信号发送电路进一步包括：

电平转换单元，用于根据发送信号的高低电平，转换M-Bus总线所需电平；

驱动电源，与所述电平转换单元电连接，用于输出M-Bus总线所需电平；

所述信号接收电路进一步包括：

采样电路，一端与所述驱动电源电连接，用于在信号接收时采集M-Bus总线上的电流变化；

电压比较器，与所述采样电路电连接，用于根据M-Bus总线的电流变化比较其正负输入端的电压，从而感应从机信号。

2.根据权利要求1所述的仪表总线主机通信电路，其特征在于，所述采样电路进一步包括：

采样电阻，其后端与所述驱动电源电连接，其前端与所述电压比较器的正极输入端电连接；

二极管，串联在所述采样电阻的前端与所述电压比较器的负极输入端之间；

稳压电容，一端接地，另一端与所述电压比较器的负极输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的仪表总线主机通信电路，其特征在于，所述电平转换单元包括串联的两个稳压二极管，第一稳压二极管的正端接地，第二稳压二极管的负端与所述驱动电源电连接，发送信号施加在所述第一稳压二极管和所述第二稳压二极管的正端。

4.根据权利要求3所述的仪表总线主机通信电路，其特征在于，发送信号为高时，所述第一稳压二极管和所述稳压二极管将地抬高设定电压，所述驱动电源输出M-Bus总线所需的高电平；发送信号为低时，所述第一稳压二极管和所述稳压二极管被短路，所述驱动电源输出M-Bus总线所需的低电平。

5.根据权利要求2所述的仪表总线主机通信电路，其特征在于，当从机输出状态为1时，所述采样电阻前、后两端电平相同，所述电压比较器负极输入端的电压低于正极输入端的电压，所述电压比较器输出信号为高电平，接收信号为高；当从机输出状态为0时，所述采样电阻的前端电压降低，所述电压比较器正极输入端的电压低于负极输入端的电压，所述电压比较器输出信号为低电平，接收信号为低。

6.根据权利要求5所述的仪表总线主机通信电路，其特征在于，所述稳压电容用于在从机输出状态为0时，使所述电压比较器负极输入端维持在工作电流为0的状态。

7.根据权利要求3所述的仪表总线主机通信电路，其特征在于，还包括第一M-Bus接口和第二M-Bus接口，所述第一M-Bus接口与所述第一稳压二极管的正端相连，所述第二M-Bus接口与所述采样电阻的前端相连。

8.根据权利要求3所述的仪表总线主机通信电路，其特征在于，所述第一稳压二极管和所述稳压二极管在M-Bus总线所需电高、低平电平下的稳压值差值为12V。

9.根据权利要求4所述的仪表总线主机通信电路，其特征在于，发送信号为高时，所述第一稳压二极管和所述稳压二极管将地抬高26V~30V。

10.根据权利要求1所述的仪表总线主机通信电路，其特征在于，还包括工作电源，与所述驱动电源电连接。