CN210155825U - 一种基于rs485和m-bus的抄表转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于RS485和M‑BUS的抄表转换器，包括，电源单元，用于对转换器进行供电；RS485通讯单元，用于与仪表上的RS485接口连接并获取仪表数据；M‑BUS通讯单元，用于与仪表上的M‑BUS接口连接并获取仪表数据；无线通讯单元，用于将RS485通讯单元或M‑BUS通讯单元获取的仪表数据发送给上位机；处理单元，分别与RS485通讯单元、M‑BUS通讯单元连接、无线通讯单元，并用三者之间的两两通讯；检测单元，与处理单元连接，用于检测并选择转换器与仪表的通讯方式。本实用新型能够实现RS485总线、蓝牙、M‑BUS总线三者之间的互通、互转，提高抄表效率。

Description

一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器

技术领域

本实用新型涉及自动化抄表领域，更具体地说，它涉及一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器。

背景技术

目前户用仪表的通讯方式以RS485总线为主，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容，允许多个发送器连接到同一条总线上。但是RS485总线的通讯设备容量少，理论上最多容许接入量为100个设备左右，有效通讯距离也较短。随着高层建筑越来越高，区域内的用户越来越多，RS485总线已经不适合多用户容量的要求。但RS485总线作为工业标准，目前在抄表领域还有其市场。

M-BUS总线是一种低成本的一点对多点的总线通讯系统，具有通讯设备容量大、距离长、速率高等特点，其供电模式特别适应于居民煤气、水、电、热表集中抄收，所以M-BUS总线在集中抄表领域正在被越来广泛的采用。

可见，M-BUS和RS485两种抄表方式在集中抄表领域都被广泛使用。

以上两种仪表通讯方式，工作人员抄表时需要专门的抄表设备，一般为手持的智能抄表机，智能抄表机带有专门的接口以及连接线，与仪表上对应的接口连接获取数据。抄表机在获取仪表数据后，需要把数据上传到PC机进行储存，一般可以通过有线或无线的形式上传。在抄表机和PC机都可以进行无线传输的情况下，这种数据传输方式是最方便的。但是在抄表机或PC机没有无线传输功能的情况下，就只能通过有线传输的方式，而通过有线传输的方式就要看抄表机上的接口与PC机上的接口是否匹配。一般的PC机上有USB口或RS232串口，但是没有与M-BUS进行数据通讯的接口，这就造成了，在一些情况下，抄表机从M-BUS总线获取的仪表数据无法及时上传到PC机中汇总存储，不利于数据的管理。

现在常用一些M-BUS协议转换器完成M-BUS接口到其他接口的物理层转换工作，只进行电气方面的转换，而不改变数据。可将M-BUS协议准确完善的转换为标准的Modbus协议（RTU和TCP），支持串口、网口和无线。可按照实际需要把仪表数据组织好，以标准协议（modbus）、透明传输、私有协议，甚至定制协议的方式上传到数据中心（PC机），并响应数据中心的指令，完成数据采集任务。

如公开号为CN205845283U的中国专利，公开了一种一种蓝牙-MBUS转换器，包括蓝牙转TTL模块、TTL转MBUS模块和电源模块，蓝牙转TTL模块通过蓝牙与上位机相连接进行数据交换，用于将蓝牙信号转换成TTL信号和TTL信号转换成蓝牙信号；TTL转MBUS模块通过MBUS总线与MBUS表计相连接，用于将TTL信号转换成MBUS信号和MBUS信号转换成TTL信号。它避免了上位 机和有线连接的麻烦，上位机可以使用电脑、专用手持机和普通手机，满足不同场合要求。

但是这类设备功能也相对单一，仅针对与M-BUS总线的仪表，针对RS485总线的仪表还需要其他仪器进行抄表，在集中抄表领域需要一种抄表器可以集成M-BUS、RS485抄表功能，并可进行有线、无线的数据传输。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，能够实现RS485总线、M-BUS总线、无线三者之间的互通互转，提高抄表效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，包括，电源单元，用于对转换器进行供电；RS485通讯单元，用于与仪表上的RS485接口连接并获取仪表数据；M-BUS通讯单元，用于与仪表上的M-BUS接口连接并获取仪表数据；无线通讯单元，用于将RS485通讯单元或M-BUS通讯单元获取的仪表数据发送给上位机；处理单元，分别与RS485通讯单元、M-BUS通讯单元、无线通讯单元连接，并用于无线通讯单元与RS485通讯单元、无线通讯单元与M-BUS通讯单元、RS485通讯单元与M-BUS通讯单元之间的通讯；检测单元，与处理单元连接，用于检测并选择转换器与仪表的通讯方式。

通过上述技术方案，转换器可以通过RS485通讯单元与RS485总线的仪表进行通讯并获取仪表数据，也可以通过M-BUS通讯单元与M-BUS总线的仪表进行通讯并获取仪表数据，获取的仪表数据可以通过无线通讯单元发送给上位机进行储存。

处理单元可以实现RS485通讯单元与M-BUS通讯单元之间的通讯，使得转换器在对M-BUS总线的仪表采集数据后，能够与上位机进行通讯。在有些情况下，当上位机没有无线功能，也没有与M-BUS通讯的接口时，使得转换器从M-BUS总线获取的仪表数据无法及时上传上位机；而通过本实用新型的转换器，可以将M-BUS通讯协议转换为RS485通讯协议，上位机可以通过数据线连接到转换器上的RS485接口实现数据通讯，获取转换器从M-BUS总线获取的仪表数据。通过本实用新型，更易于用不具备与M-BUS产品通讯能力的设备（如PC等），实现与使用M-BUS通讯方式的产品进行通讯。

检测单元用于检测当前的通讯模式，是无线通讯单元与RS485通讯单元之间的通讯，还是无线通讯单元与M-BUS通讯单元之间的通讯，又或是RS485通讯单元与M-BUS通讯单元之间的通讯，选择后通过相应的通道进行数据通讯。

优选的，所述的无线通讯单元采用蓝牙。

目前蓝牙技术被普遍应用于各个领域，蓝牙也被做为标配硬件被应用于手机。抄表人在用转换器获取仪表数据后，可通过蓝牙把数据发送到手机APP上，使得信息传输更加快速准确，以此提高工作效率。

现在抄表领域大多都配置APP，抄表人在手机上通过安装的APP建立与转换器的蓝牙连接，转换器把获取的仪表数据通过蓝牙发送给APP，完成数据的储存，更加高效快捷，而且成本低。

当全部抄表完成，准备把转换器中的数据发送到上位机时，若上位机（如PC机）配置了蓝牙模块，转换器就可通过蓝牙直接把仪表数据发送给上位机，更加方便，无需考虑数据线连接。

优选的，所述的上位机为带有APP的手持设备。

APP为公司自行开发的配合抄表的软件，现有技术已普遍使用，手持设备可以是手机等安装有APP的终端，抄表员在用转换器获取仪表数据后，即可通过转换器中的蓝牙与APP建立连接，把数据储存到APP中，完成快速的数据保存过程，防止数据在转换器中保存时间过长而出错。

优选的，所述转换器与上位机之间为一对一通信。

通过上述技术方案，同时只允许有一台蓝牙转换器接入水表总线；而已经建立起来的蓝牙连接本身的一对一机制，保证只有一台上位机与该蓝牙转换器进行通信，防止多台连接导致数据错乱。

优选的，所述的检测单元为自动检测转换器与仪表的通讯方式。

APP下发数据时，通过APP界面上的通道来实行自动选择，以分别对应蓝牙与RS485之间的通讯、蓝牙与M-BUS之间的通讯、RS485与M-BUS之间的通讯；上位机通过蓝牙连接转换器时，APP程序会自动发送查询转换器的指令。

优选的，所述的检测单元为手动检测转换器与仪表的通讯方式，检测单元包括一个四位拨码开关，所述拨码开关与处理单元连接。

通过上述技术方案，拨码开关设置在转换器上，通过不同的开关量表示不同通道选择，通过检测拨码开关的开关量来检测通道和通讯方式，来判断M-BUS、RS485之间的通讯，还是蓝牙与M-BUS之间的通讯，或是蓝牙与RS485之间的通讯。

优选的，本实用新型还包括数据储存单元，所述数据储存单元与处理单元连接，用于储存转换器从仪表获取的数据。

通过上述技术方案，若上位机为后台管理中心的电脑，抄表完成后，转换器可将抄表数据暂时保存在数据储存单元中，待抄表人回到管理中心再把数据传输到电脑上。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：通过自动或手动的通道选择方式，实现有线设备（M-BUS、RS485）之间、还是蓝牙与有线（M-BUS或RS485）之间自动选择与互通，实现自动化传输数据；同时，更易于用不具备与M-BUS产品通讯能力的设备（如PC等），实现与使用M-BUS通讯方式的产品进行通讯。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型中处理单元MCU的示意图。

图3为本实用新型中RS485通讯电路图。

图4为本实用新型中M-BUS通讯电路图。

图5为本实用新型中拨码开关的外形结构图。

图6为本实用新型中拨码开关的内部电气原理图。

图7为本实用新型中建立蓝牙连接的流程图。

图8为本实用新型中蓝牙与手持终端数据通信的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例 1：

参见图1，一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，包括电源单元9、处理单元1、RS485通讯单元2、M-BUS通讯单元3、无线通讯单元4、检测单元6和数据储存单元7。

其中，电源单元9，用于对转换器进行供电；RS485通讯单元2，用于与仪表10上的RS485接口连接并获取仪表10数据；M-BUS通讯单元3，用于与仪表10上的M-BUS接口连接并获取仪表10数据；无线通讯单元4，用于将RS485通讯单元2或M-BUS通讯单元3获取的仪表10数据发送给上位机8；处理单元1，分别与RS485通讯单元2、M-BUS通讯单元3、无线通讯单元4连接，并用于无线通讯单元4与RS485通讯单元2、无线通讯单元4与M-BUS通讯单元3、RS485通讯单元2与M-BUS通讯单元3之间的通讯；检测单元6，与处理单元1连接，用于检测并选择转换器与仪表10的通讯方式；数据储存单元7，与处理单元1连接，用于储存转换器从仪表10获取的数据。

本实施例中，上位机8可以是手机、专用手持机、PC等，手机、手持机等手持终端可在抄表现场就与转换器进行无线通讯，获取仪表10数据；PC需要抄表人将转换器带回管理中心将数据上传。

本实施例可以通过RS485通讯单元2与RS485总线的仪表10进行通讯并获取仪表10数据，也可以通过M-BUS通讯单元3与M-BUS总线的仪表10进行通讯并获取仪表10数据，获取的仪表10数据可以通过无线通讯单元4发送给上位机8（如手机）进行储存，也可以通过数据储存单元7暂时储存，待抄表人回到管理中心再把数据传输到上位机8（如PC）上。

处理单元1可以实现无线通讯单元4与RS485通讯单元2、无线通讯单元4与M-BUS通讯单元2、RS485通讯单元2与M-BUS通讯单元3之间的通讯，使得转换器在对RS485、M-BUS总线的仪表10采集数据后，能够与上位机8进行通讯。在有些情况下，当上位机8（PC）没有无线功能，也没有与M-BUS通讯的接口时，使得转换器从M-BUS总线获取的仪表10数据无法及时上传上位机8；而通过本实施例，可以将M-BUS通讯协议转换为RS485通讯协议，上位机8可以通过数据线连接到转换器上的RS485接口实现数据通讯，获取转换器从M-BUS总线获取的仪表10数据。通过本实施例，更易于用不具备与M-BUS产品通讯能力的设备（如PC等），实现与使用M-BUS通讯方式的产品进行通讯。

如图2-图4，分别为处理单元1、RS485通讯电路以及M-BUS通讯电路的电路图，处理单元1的MCU与RS485通讯电路以及M-BUS通讯电路连接。

如图2，为处理单元1的MCU配置图，其中，管脚PA9、PA10为USART1的TX、RX，用于与RX485电路的通讯；管脚PA2、PA3为USART2的TX、RX，用于与蓝牙模块的通讯，也复用为与PC有线通讯的端口；管脚PB10、PB11为USART3的TX、RX，用于与M-BUS通讯电路的通讯。

如图3，为RS485通讯电路，用于MCU与RS485设备的通讯。其中，L1为磁珠，滤除干扰；C2、C3分别为滤波、储能电容；L3为共模电感，滤除共模干扰；F2、F3为自恢复保险丝，用于过流保护；D6、D7为TVS管，对外部干扰ESD防护；C6、C7为滤除共模干扰的旁路电容，可滤除A/B中的工频干扰，提高电路的EMI性能；R15、R16为上下拉偏置电阻，用于保证无连接的RS485芯片A/B处于稳定状态，提高RS485节点与网络的可靠性，可提高总线的抗电磁干扰能力，可有效的抑制反射波干扰；U2为485通讯芯片，用于MCU的TTL信号与485总线方式的设备的数据通讯。

如图4，M-BUS通讯电路包括数据发送控制单元31、电流平衡单元32、电流检测保护单元33和数据接收单元34。

数据发送控制单元31用于控制对从端设备逻辑电平“1”和逻辑电平“0”的（电压）信号发送。其中，Vbus-VH表示逻辑电平“1”即高电平的电压信号；电压范围Vbus-VH=20.8～42 V。Vbus-VL表示逻辑电平“0”，即低电平的电压信号。电压范围Vbus-VL=Vbus-VH-10V。C1、C2为分别储能、滤波电容；Q1为 为P型MOS管，是发送Mbus逻辑电平“1”的开关器件；Q1导通时，Vbus -VH发送高电平为“1”的电压信号；R3、R7为偏置和限流电阻；R12、R14为限流和偏置电阻；Q5为NPN型三极管，为Q1的控制端提供控制信号。

电流平衡单元32用于平衡稳定Vbus的总线的电流，消除从总线向从端从逻辑电平“1”与逻辑电平“0”切换时发送（电压）信号时，在Mbus总线（Mbus+、Mbus-）上产生的电流变化。其中，Q2为N型MOS管，是电流平衡电路中的开关器件；Q2导通时，Q2、R10、D5对地形成回路，逻辑电平“1”时达成平衡总线电流的目的。D5为TVS管，对电压有一定电压钳位作用；当Q2导通时，TVS管两端工作电压（VRWM）达到VBR的参数要求时，Q2与R10、D5对地形成回路，D5会有一定的电流通过，以达到Vbus -VH总线发送逻辑电平“1”时电流平衡。R2、R5为偏置和限流电阻；R11、R13为限流和偏置电阻；Q4为NPN型三极管，为Q2的控制端提供控制信号。

电流检测保护单元33用于检测从端设备发送的电流信号，通过检测电阻R9，把从端设备发送的11mA~20mA的电流信号，经过处理后，转变成质量较好的电压信号（Mbus-ADC），增加对总线抗干扰能力、为其它后端相关接口提供保护。其中，R9为大功率采样电阻，采集从端设备发送的电流信号，并把电流信号转化为电压信号；D2、D4为TVS管，对从端的多个产品在瞬间同时上电时产生的冲击有一定的消弱作用。R8、C3、C4共同组成π型滤波器，对采样的信号作滤波处理；R8同时也对流入MCU管脚的电流有一定的限制作用，从面保护MCU。D3为肖特基二极管，用于瞬态和ESD保护，增加总线抗干扰能力，同时对非正常的电压信号有一定的钳位作用。

数据接收单元34用于把初次处理过电压信号（Mbus-ADC）与电压基准源（V-REF）做比较，通过R6、R1、Q3组成电平转换电路，经优化处理后转换为优质、完整的信号（RX-Mbus），并传输到主控芯片MCU。其中，U1为比较器；V-REF为比较器的基准电压源；C5为滤波电容，为基准电压源的提供平稳电压；R6、R1、Q3分别有电阻和电容，组成电平转换电路。

本实施例中，无线通讯单元4采用蓝牙。目前蓝牙技术被普遍应用于各个领域，蓝牙也被做为标配硬件被应用于手机。抄表人在用转换器获取仪表10数据后，可通过蓝牙把数据发送到手机APP上，使得信息传输更加快速准确，以此提高工作效率。本实施例运用了蓝牙通信技术里面的跳频技术，将传输的数据分割成数据包，通过79个指定的蓝牙频道分别传输数据包，从而实现了在传输信息时信息量大，速度快的优势。

现在抄表领域大多都配置APP，抄表人在手机上通过安装的APP建立与转换器的蓝牙连接，转换器把获取的仪表10数据通过蓝牙发送给APP，完成数据的储存，更加高效快捷，而且成本低。

当全部抄表完成，准备把转换器中的数据发送到上位机8时，若上位机8（如PC机）也配置了蓝牙模块，转换器就可通过蓝牙直接把仪表10数据发送给上位机8，更加方便，无需考虑通过数据线进行有线连接。

本实施例中，检测单元6用于检测当前的通讯模式，是无线通讯单元4与RS485通讯单元2之间的通讯，还是无线通讯单元4与M-BUS通讯单元3之间的通讯，又或是RS485通讯单元2与M-BUS通讯单元3之间的通讯，选择后通过相应的通道进行数据通讯。

检测单元6为手动检测转换器与仪表10的通讯方式，检测单元6包括一个四位拨码开关5，所述拨码开关5与处理单元1连接。拨码开关5设置在转换器上，通过不同的开关量表示不同通道选择，通过检测拨码开关5的开关量来检测通道和通讯方式，来判断M-BUS、RS485之间的通讯，还是蓝牙与M-BUS之间的通讯，或是蓝牙与RS485之间的通讯。

旋转拨码开关5内部结构、原理如图5-图6所示，图中，C为公共管脚，1、2为信号输出管脚，当开关旋转到不同位置，通过1、2管脚获取不同信号输出到MCU，达到自动判断通讯方式目的。开关的箭头指向位置、1、2信号状态以及MCU执行的功能，详细如下：

开关的箭头指向位置0；1、2状态都为0；该档位执行“测试”功能，读取蓝牙版本信息。

开关的箭头指向位置1；1状态为1，2状态为0；该档位执行“R-B”功能，即系统自动执行蓝牙与RS485设备通讯功能。

开关的箭头指向位置2；1状态为0，2状态为1；该档位执行“M-B”功能，即系统自动执行蓝牙与M-BUS设备通讯功能。

开关的箭头指向位置3；1、2状态都为1；该档位执行“R-M”功能，即系统自动执行RS485与M-BUS设备之间的通讯功能。

使用时，抄表人在手持终端的APP上搜索到蓝牙设备后，在尝试建立蓝牙连接时输入正确密码后即可正常通讯。在手持终端APP每次连接蓝牙设备时，手持终端程序都会发送查询蓝牙转换器（简称BTC）的指令，蓝牙转换器将自身ID、拨码开关5值和当前固件版本发给手持终端。随后蓝牙转换器进入监听模式，等候蓝牙口即将到来的手持终端数据。

如图7所示，为转换器与手持终端建立蓝牙连接时的流程图。在此过程中，转换器与手持终端之间为一对一通信，同时只允许有一台蓝牙转换器接入水表总线；而已经建立起来的蓝牙连接本身的一对一机制，保证只有一台手持终端与该蓝牙转换器进行通信，防止多台连接导致数据错乱。

如图8所示，为转换器与手持终端之间的数据交互流程。

本实施例的工作原理：

RS485通讯单元2用于获取仪表10数据，若仪表10连接在RS485总线上，工作人员可通过带有RS485接口的连接线连接抄表器与仪表10的RS485接口，进行读数，完成抄表。

M-BUS通讯单元3用于获取仪表10数据，若仪表10连接在M-BUS总线上，工作人员可通过带有M-BUS接口的连接线连接抄表器与仪表10的M-BUS接口，进行读数，完成抄表。

无线通讯单元4用于将RS485通讯单元2或M-BUS通讯单元3的仪表10进行参数读写，或将获取的仪表10数据发送给上位机8。

若抄表人随身携带手机等装有APP的手持终端，则可建立手持终端与转换器的蓝牙连接，通过拨码开关5选择对应的通道，把获取的仪表10数据通过蓝牙发送给APP。

若抄表人未随身携带手机等装有APP的手持终端，则只能通过PC，进行读数，完成抄表。若PC上具有蓝牙功能，也可直接通过蓝牙连接。若PC无蓝牙功能，则需要抄表人员使用有线通讯的方式，获取数据并传输到PC上。由于PC没有RS485、M-BUS通讯方式的相关接口，则使用数据线把PC的USB口或RS232端口连接到转换器的蓝牙模块的通讯端口上，使系统执行RS485、M-BUS端口通讯功能，进行抄读RS485、M-BUS总线下的仪表数据，完成抄表。若是从M-BUS总线获取的仪表10数据，也可以使用数据线把PC的端口连接到转换器RS485接口上，将M-BUS通讯协议转换为RS485通讯协议，把拨码开关5打到相应的位置，使系统执行RS485与M-BUS设备之间的通讯功能，PC即可通过数据线连接到转换器上的RS485接口实现数据通讯，获取转换器从M-BUS总线获取的仪表10数据。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：检测单元为自动检测转换器与仪表的通讯方式，而不采用拨码开关的手动方式。具体为，手持终端的APP下发数据时，通过手持终端APP界面上的通道来实行自动选择，以分别对应蓝牙与RS485之间的通讯、蓝牙与M-BUS之间的通讯、RS485与M-BUS之间的通讯；上位机通过蓝牙连接转换器时，APP程序会自动发送查询转换器的指令。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，其特征在于：包括，

电源单元（9），用于对转换器进行供电；

RS485通讯单元（2），用于与仪表（10）上的RS485接口连接并获取仪表数据；

M-BUS通讯单元（3），用于与仪表（10）上的M-BUS接口连接并获取仪表数据；

无线通讯单元（4），用于将RS485通讯单元（2）或M-BUS通讯单元（3）获取的仪表数据发送给上位机（8）；

处理单元（1），分别与RS485通讯单元（2）、M-BUS通讯单元（3）、无线通讯单元（4）连接，并用于无线通讯单元（4）与RS485通讯单元（2）、无线通讯单元（4）与M-BUS通讯单元（3）、RS485通讯单元（2）与M-BUS通讯单元（3）之间的通讯；

包括检测单元（6），检测单元（6）与处理单元（1）连接，用于检测并选择转换器与仪表（10）的通讯方式。

2.根据权利要求1所述的一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，其特征在于：所述的无线通讯单元（4）采用蓝牙。

3.根据权利要求2所述的一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，其特征在于：所述的上位机为带有APP的手持设备。

4.根据权利要求2所述的一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，其特征在于：所述转换器与手持设备之间为一对一通信。

5.根据权利要求2所述的一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，其特征在于：所述的检测单元（6）为自动检测转换器与仪表（10）的通讯方式。

6.根据权利要求2所述的一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，其特征在于：所述的检测单元（6）为手动检测转换器与仪表（10）的通讯方式，检测单元（6）包括一个四位拨码开关（5），所述拨码开关（5）与处理单元（1）连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于RS485和M-BUS的抄表转换器，其特征在于：它还包括数据储存单元（7），所述数据储存单元（7）与处理单元（1）连接，用于储存转换器从仪表（10）获取的数据。

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