M-bus從機(jī)通信電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及一種M-BUS從機(jī)通信電路，主要用于構(gòu)建智能電表、用戶顯示單元、水表和氣表之間的通信網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]在一些貧困地區(qū)，用戶竊電現(xiàn)象十分嚴(yán)重，電力局希望將電表計(jì)量單元和用戶顯示單元分開安裝，讓用戶無法接觸到電表來進(jìn)行防竊電。而在一些發(fā)達(dá)地區(qū)，越來越多的客戶希望能夠通過電表將水表、氣表的聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)電表、水表和氣表的三表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0003]因此，在智能電表設(shè)計(jì)中，不僅要求實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量的功能，同時還要實(shí)現(xiàn)與用戶顯示單元(Customer Interface Unit)的信息交互，以及對水表、氣表等信息的采集功能。目前，M-BUS廣泛應(yīng)用于能源采集系統(tǒng)，具有良好的開放性。M-BUS(METER-BUS，BS_EN_1434-3_1997)是消費(fèi)類儀表國際通信標(biāo)準(zhǔn)，它采用總線方式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用普通的兩芯電纜連接，同時完成提供表計(jì)電源和數(shù)據(jù)通信的功能。M-BUS總線再連接時不用區(qū)分極性，可按照任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)布線施工，其施工成本和難度大大下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請基于EN1434-3_1997標(biāo)準(zhǔn)，提供一種低成本的M-BUS從機(jī)通信電路。
[0005]本申請所采用的技術(shù)方案是=M-BUS從機(jī)通信電路，其特征在于:它包括連接于同一點(diǎn)mbuss的發(fā)送電路、接收電路和供電電路；
所述發(fā)送電路包括PNP型三極管Q4和NPN型三極管Q6，其中三極管Q4的基極經(jīng)電阻R9連接至從機(jī)MCU，發(fā)射極接3.3V電源，集電極一方面與三極管Q6的基極相連，另一方面經(jīng)電阻R45連接至模擬地；三極管Q6的集電極與mbuss點(diǎn)相連，發(fā)射極經(jīng)電阻R46連接至模擬地；
所述接收電路包括轉(zhuǎn)換電路，其輸入端與mbuss點(diǎn)相連，輸出端連接至從機(jī)MCU，用于將mbuss點(diǎn)處的高低電平轉(zhuǎn)換為從機(jī)MCU能夠識別的穩(wěn)定高低電平信號；
所述供電電路輸入端與M-BUS總線相連，一方面實(shí)現(xiàn)發(fā)送電路、接收電路與M-BUS總線的連接，另一方面給發(fā)送電路、接收電路和從機(jī)MCU提供工作電源。
[0006]所述轉(zhuǎn)換電路包括電容C6、PNP型三極管Q7和NPN型三極管Q8，其中，
電容C6 —端與mbuss點(diǎn)相連，另一端依次串接有電阻R4、電阻R8、電阻R11，同時在電阻R8兩端并接有一半導(dǎo)體二極管U6 ;
三極管Q7的基極連接至電阻R4和電阻R8之間的任意一點(diǎn)，發(fā)射極與電阻Rll另一端相連，集電極一方面與三極管Q8的基極相連，另一方面經(jīng)電阻R48連接至模擬地；
三極管Q8的集電極作為整個轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接至從機(jī)MCU，并連接有一上拉電阻R43，發(fā)射極則連接至模擬地。
[0007]所述接收電路還包括一恒流源電路，其一端同時與mbuss點(diǎn)和電容C6相連，另一端連接至模擬地，用于為電容C6的放電提供回路。
[0008]所述恒流源電路包括三極管Ql和Q5，其中，
三極管Ql的基極一方面經(jīng)電阻R5后同時與mbuss點(diǎn)、電容C6和Ql的集電極相連，另一方面直接與三極管Q5的集電極相連，發(fā)射極一方面經(jīng)電阻R38與三極管Q5的基極相連，另一方面經(jīng)電阻R38和R44連接至模擬地；
三極管Q5的發(fā)射極直接連接至模擬地。
[0009]所述三極管Ql和Q5均采用型號為BC817-40LT1的NPN型三極管。
[0010]所述供電電路包括用于與M-BUS總線相連的接口 MBUS、整流橋ABl和穩(wěn)壓器U1，其中接口 MBUS兩端并接有一 TVS管，并與整流橋ABl的輸入端相連，整流橋ABl輸出端的正極一方面經(jīng)半導(dǎo)體二極管U7與穩(wěn)壓器Ul的輸入端相連，另一方面與mbuss點(diǎn)相連，整流橋ABl輸出端的負(fù)極連接至模擬地，所述半導(dǎo)體二極管U7的輸出端與模擬地之間分別并接有電容C4和Cl I。
[0011]本申請的有益效果是:1、本申請電路滿足BS_EN_1434-3_1997的標(biāo)準(zhǔn)，無極性連接，支持高達(dá)9600的波特率UART通信。2、點(diǎn)對點(diǎn)通信情況下，發(fā)射時可以通過匹配R46的阻值在較低或較高電壓時都能達(dá)到理想的電流值，使主機(jī)識別出高低電平的變化，接收時電路的設(shè)計(jì)對于總線高低電平的差值范圍要求較小，因此能在較高或較低的電平下正常接收，即能夠在更寬的電壓下工作，進(jìn)而降低了主機(jī)的電路設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)成本。3、本申請由三極管、電容、電阻等元器件搭建而成，較之現(xiàn)有技術(shù)所采用的專用MBUS通信集成芯片，體積更小，成本更低。4、從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的電流可以根據(jù)具體情況通過調(diào)節(jié)電阻R46的阻值進(jìn)行調(diào)整，這樣有效的保證了電路在不同環(huán)境下電路通信的可靠性。5、本申請供電電路提供3.3V的穩(wěn)壓電源，這樣在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時，可以有效利用除從機(jī)電路穩(wěn)定工作的剩余功耗(從機(jī)的最大電流不超過1.5mA)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本申請的電路原理圖。
[0013]圖2是本申請中主機(jī)向從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)過程中的總線電壓信號圖。
[0014]圖3是本申請中從機(jī)向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)過程中的總線電流信號圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，本實(shí)施例包括分別連接于同一點(diǎn)mbuss的發(fā)送電路1、_研，_ ? 9_接收電路2和供電電路3。
[0016]所述發(fā)送電路I包括PNP型三極管Q4(型號為BC807)和NPN型三極管Q6 (型號為BC817-40LT1)，其中三極管Q4的基極經(jīng)電阻R9連接至從機(jī)MCU，發(fā)射極接3.3V電源，集電極一方面經(jīng)電阻R47 (O歐)與三極管Q6的基極相連，另一方面經(jīng)電阻R45連接至模擬地；三極管Q6的集電極與mbuss點(diǎn)相連，發(fā)射極經(jīng)電阻R46連接至模擬地。
[0017]所述接收電路2應(yīng)用了 RC —階電路原理，包括轉(zhuǎn)換電路2-1和恒流源電路2-2;其中，
轉(zhuǎn)換電路2-1輸入端與mbuss點(diǎn)相連，輸出端連接至從機(jī)MCU，用于將mbuss點(diǎn)處的高低電平轉(zhuǎn)換為從機(jī)MCU能夠識別的穩(wěn)定高低電平信號；本例中，所述轉(zhuǎn)換電路2-1包括電容C6、PNP型三極管Q7(型號為BC807)和NPN型三極管Q8 (型號為BC817-40LT1)；電容C6 —端與mbuss點(diǎn)(三極管Q6的集電極)相連，另一端依次串接有電阻R4、電阻R8、電阻R11，同時在電阻R8兩端并接有一半導(dǎo)體二極管U6 ;用于將mbuss點(diǎn)處的高低電平在電阻R4、電阻R8之間的任意位置轉(zhuǎn)換成一方波信號，即在電容C6、電阻R4、電阻R8、半導(dǎo)體二極管U6(型號BAT54C)的作用下，在電阻R4、電阻R8之間任意位置形成一方波信號，該方波信號的高電平為3.2-3.4V、低電平為0-80mV ;
三極管Q7的基極連接至電阻R4和電阻R8之間的任意一點(diǎn)，發(fā)射極與電阻Rll另一端相連，集電極一方面與三極管Q8的基極相連，另一方面經(jīng)電阻R48連接至模擬地；根據(jù)所述方波信號控制三極管Q7的導(dǎo)通和截止；
三極管Q8的集電極作為整個轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接至從機(jī)MCU，并連接有一上拉電阻R43，發(fā)射極則連接至模擬地；根據(jù)三極管Q7的導(dǎo)通和截止來控制三極管Q8的導(dǎo)通和截止，從而最終將mbuss點(diǎn)處的高低電平轉(zhuǎn)換為從機(jī)MCU能夠識別的穩(wěn)定高低電平信號。
[0018]恒流源電路2-2 —端同時與mbuss點(diǎn)和電容C6相連，另一端連接至模擬地，用于為電容C6的放電提供回路；包括三極管Ql和三極管Q5，型號均為BC817-40LT1，其中，
三極管Ql的基極一方面經(jīng)電阻R5后同時與mbuss點(diǎn)和電容C6相連，另一方面直接與三極管Q5的集電極相連，集電極直接與mbuss點(diǎn)和電容C6相連，發(fā)射極一方面經(jīng)電阻R38與三極管Q5的基極相連，另一方面經(jīng)電阻R38和R44連接至模擬地；
三極管Q5的發(fā)射極直接連接至模擬地。
[0019]所述供電電路3包括用于與M-BUS總線相連的接口 MBUS、整流橋AB1(型號B6S，作用是為了滿足M-BUS總線標(biāo)準(zhǔn)里的無極性要求，即兩根線互換位置接都可以正常通信，不管ABl輸入端2腳4腳正負(fù)如何，總是保證ABl輸出I腳為正，3腳為負(fù))和穩(wěn)壓器Ul(型號HT7133)，其中接口 MBUS兩端并接有一 TVS管(型號SMBJ30CA)，并與整流橋ABl的輸入端相連，整流橋ABl輸出端的正極一方面經(jīng)半導(dǎo)體二極管U7(型號BAT54C)與穩(wěn)壓器Ul的輸入端相連，另一方面與mbuss點(diǎn)相連，整流橋ABl輸出端的負(fù)極連接至模擬地，所述半導(dǎo)體二極管U7的輸出端與模擬地之間分別并接有濾波用的電容C4和CU。
[0020]本申請工作原理為:
M-BUS通信主從設(shè)備通過兩根電纜連接，并由主機(jī)通過這兩根電纜給從機(jī)供電。主機(jī)給從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)(即從機(jī)接收數(shù)據(jù))采用的是電壓調(diào)制方式(不發(fā)送數(shù)據(jù)的時候默認(rèn)的是高電平，高電平的范圍是15?25V，低電平為0-0.5倍的高電平，一般選取高電平的1/3)，從機(jī)給主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采用電流調(diào)制方式。
[0021]從機(jī)接收數(shù)據(jù)時，M-BUS總線上的直流電經(jīng)整流橋ABl后在mbuss點(diǎn)處得到高低電平，該高低電平在電容C6、電阻R4、電阻R8、半導(dǎo)體二極管U6的作用下，在電阻R4、電阻R8之間任意位置形成一方波信號(方波信號的高電平為3.2-3.4V、低電平為0-80mV)，控制三極管Q7的導(dǎo)通與截止，進(jìn)而控制三極管Q8的導(dǎo)通與截止，從而轉(zhuǎn)化成從機(jī)MCU能夠識別的穩(wěn)定的高低電平信號。如圖2所示，總線上的傳輸數(shù)據(jù)過程中，高電平信號VBUS=VMARK定義為從機(jī)端接線端子處MBUSA和MBUSB的電壓差(如圖3所示)，它取決于主站到從站的距離(因?yàn)榫嚯x影響了線纜上的壓降)。
[0022]從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)從機(jī)給主機(jī)發(fā)送高電平時，三極管Q4、Q6截止，M-BUS總線上的電流保持不變，無電壓波動，主機(jī)識別其為高電平；反之當(dāng)從機(jī)給主機(jī)發(fā)送低電平時，三極管Q4、Q6導(dǎo)通，M-BUS總線上的電流增加，導(dǎo)致M-BUS總線上產(chǎn)生微小的電壓波動，主機(jī)通過識別這個微小的電壓信號，識別出低電平，M-BUS總線的電流消耗通過調(diào)節(jié)電阻R46的阻值進(jìn)行調(diào)整。傳輸過程中的M-BUS總線電流信號如圖2所示，頂C為三極管Q6第二管腳處(發(fā)射極)的電壓與電阻R46的商，即流過電阻R46的電流。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種M-BUS從機(jī)通信電路，其特征在于:它包括連接于同一點(diǎn)mbuss的發(fā)送電路(I)、接收電路(2)和供電電路(3);所述發(fā)送電路(I)包括PNP型三極管Q4和NPN型三極管Q6，其中三極管Q4的基極經(jīng)電阻R9連接至從機(jī)MCU，發(fā)射極接3.3V電源，集電極一方面與三極管Q6的基極相連，另一方面經(jīng)電阻R45連接至模擬地；三極管Q6的集電極與mbuss點(diǎn)相連，發(fā)射極經(jīng)電阻R46連接至模擬地；所述接收電路(2)包括轉(zhuǎn)換電路(2_1)，其輸入端與mbuss點(diǎn)相連，輸出端連接至從機(jī)MCU，用于將mbuss點(diǎn)處的高低電平轉(zhuǎn)換為從機(jī)MCU能夠識別的穩(wěn)定高低電平信號；所述供電電路(3)輸入端與M-BUS總線相連，一方面實(shí)現(xiàn)發(fā)送電路⑴、接收電路⑵與M-BUS總線的連接，另一方面給發(fā)送電路⑴、接收電路(2)和從機(jī)MCU提供工作電源。
【專利摘要】本申請涉及一種M-BUS從機(jī)通信電路。本申請要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本的M-BUS從機(jī)通信電路。解決該問題的技術(shù)方案：M-BUS從機(jī)通信電路，其特征在于：它包括連接于同一點(diǎn)mbuss的發(fā)送電路、接收電路和供電電路；所述發(fā)送電路包括PNP型三極管Q4和NPN型三極管Q6，其中三極管Q6的集電極與mbuss點(diǎn)相連；所述接收電路包括轉(zhuǎn)換電路，其輸入端與mbuss點(diǎn)相連，輸出端連接至從機(jī)MCU，用于將mbuss點(diǎn)處的高低電平轉(zhuǎn)換為從機(jī)MCU能夠識別的穩(wěn)定高低電平信號。本申請主要用于構(gòu)建智能電表、用戶顯示單元、水表和氣表之間的通信網(wǎng)絡(luò)。
【IPC分類】G08C19/28, G06F13/40
【公開號】CN105160862
【申請?zhí)枴緾N201510454512
【發(fā)明人】謝玉翠
【申請人】謝玉翠
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月30日