CN1819522B - M-Bus总线主机接口装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种接口装置，具体说是一种M-Bus总线主机接口装置。本发明的技术方案为：包括M-Bus总线主机发送电路和接收电路，其特征是，所述M-Bus总线主机发送电路包括N沟道MOS管和与之连接的P沟道MOS管；M-Bus总线主机接收电路包括运算放大器与之连接的光耦。本发明的有益效果为：M-Bus通讯设备具有容量大，通讯速率高，成本低，设计简单，布线简便，无极性可任意分支，可使用普通双绞线，抗干扰能力强，总线可提供电源的特点。

Description

M-Bus总线主机接口装置
技术领域
本发明涉及一种接口装置，具体说是一种M-Bus总线主机接口装置。
背景技术
M-Bus是Paderbom大学的Dr.Horst Ziegler与TI公司的Deutschland GmbH和TechemGmbH共同提出的，专门用于公共事业仪表的总线结构，称Merer-Bus，简称M-Bus。M-Bus仪表总线属于局域网，是处于同一栋建筑、同一个大学或方圆几公里远地域内的专用网络，被用于连接远程监控计算机和工作站、测量仪表等设备，以便资源共享和数据传输。M-Bus仪表总线具有LAN的3个基本特征：(1)范围，(2)传输技术，(3)拓扑结构。LAN具有星形、环形和总线形拓扑结构。M-Bus仪表总线可以满足由电池供电或远程供电的计量仪表的特殊要求。一般而言接在仪表总线上的计量仪表的数目可以达数百个，数据传输的距离可达数千米。M-Bus仪表总线是一种低成本的户用电子***，可以实现公共事业仪表的联网和远程抄表功能。公共事业仪表包括用户电表、水表、热量表等计量仪表。M-Bus具有通讯设备容量大，通讯速率高，成本低，设计简单，布线简便，抗干扰能力强，且可采用总线供电方式。本通讯***可广泛应用于三表集抄、智能家庭控制网络、消防报警及联动网络、小区智能化控制网络、中央空调控制***等。
M-Bus仪表总线应用前景广阔，但现在市场上，仅有从机接口芯片问世，而没有主机芯片可用，为此，我们研制出该M-Bus总线主机接口装置，并在多个电子***中得到应用，效果良好。利用本发明可设计专用M-Bus主机接口芯片，推广应用本发明的前景广阔。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可以满足电子应用需要，且使用方便、可以远程供电的M-Bus总线主机接口装置。
本发明的通过如下技术措施实现发明目的：
一种M-Bus总线主机接口装置，包括M-Bus总线主机发送电路和接收电路，其特征是，所述发送电路包括N沟道MOS管(15)和与之相连接的P沟道MOS管(33)，接收电路包括运算放大器(35)和与之相连接的光耦(39)，所述运算放大器第一路运放和三极管(36)，将检测电压放大，由四路通用运算放大器(35)第二路运放构成电压***，用于稳定四路通用运算放大器(35)第一路输出的电压信号，由四路通用运算放大器(35)第三路运放及***电路组成减法装置，由四路通用运算放大器(35)第四路运放及其***电路组成电压比较器。
作为对本技术方案的进一步限定，所述N沟道MOS管(15)使用2N700，所述P沟道MOS管(33)使用9530。
作为对本技术方案的进一步限定，所述运算放大器(35)采用LM348。
作为对本技术方案的进一步限定，所述光耦(39)采用6N139。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：M-Bus通讯设备具有容量大，通讯速率高，成本低，设计简单，布线简单，无极性可任意分支，可使用普通双绞线，抗干扰能力强，总线可提供电源的特点。
附图说明
图1为本发明优选实施例的电路结构示意图。
图2为与本发明配套使用的M-Bus总线从机接收发送芯片TSS721的内部电路。
具体实施方式
M-Bus通信协议规定：M-Bus总线主机发送电路通过控制总线电压(发送逻辑“1”时，输出高电压；发送逻辑“0”时，输出低电压。)变化向从机发送信息，与之配套应用的从机接收电路需要具有检测总线电压变化的能力。因与本发明配套使用的M-bus总线从机接收发送芯片TSS721A要求总线高低电压的差值大于6V，因此，本装置输出的高电压选定24V，输出的低电压选定16V，压差值为8V。
由图1所示，当M-Bus总线主机发送逻辑“1”时，图1中所示的TXD端为高电平，N沟道MOS管一15导通，从而使P沟道MOS管33导通，进而使P沟道MOS管33的输出电压为24V。当M-Bus总线主机发送逻辑“0”时，图1中所示的8V稳压二极管12决定，由于稳压二极管的负极处电压为24V，所以此时输出的电压为16V。由于在高低电平变化期间，较长的电缆产生的电容效应，因此在输出由高电平变为低电平有一定的时间延迟，为了能产生较陡的下降沿，应该使电缆上的电压在低电平到来时尽快放掉。于是在M-Bus总线主机发送电路中增加了MOS管14和两个8V稳压二极管37和38以及二极管28。当M-Bus总线主机发送逻辑“0”时即图1中TXD端为低电平时，MOS管15截止，瞬间MOS管14便可导通，电缆上的电压便可通过MOS管14将电压放掉，由于MOS管14的漏极连接了两个8V稳压二极管，所以电缆上的电压只能降低到16V，即本装置所要求的低电平。在M-bus总线主机发送数据时，为了使总线上的电流尽量小，以减小线路压降，因此在装置中都选用了电压控制的MOS管。由于M-bus总线接口装置中有电流检测电路用于接收M-bus总线从机发送的数据(从机通过控制总线电流变化向主机发送信息)，因此要求在M-bus总线主机发送数据时总线上的电流恒定。所以与本发明配套应用的M-bus总线从机接收芯片应采用TI公司的TSS721A或与有相同电气特性的芯片，以保证M-Bus主机发送电路在发送数据时，总线上的电流恒定。
M-bus通信协议规定：M-bus总线从机通过控制总线电流(发送逻辑“1”时，维持总线电流不变；发送逻辑“0”时，令总线电流增大一固定量)变化向主机发送信息。因此本发明中的M-bus总线主机接收电路具有检测总线电流变化的能力，可检测出5mA电流的变化。M-bus总线主机接收电路的电流检测功能由图1中四路通用运算放大器35及***电路实现。为了将电流新信号转换成电压信号，总线接收端串接一电阻24。在M-bus总线主机接收电路中，采用四路通用运算放大器35第一路运放和三极管，将检测电压放大。由运放的虚短特性可知电阻22和电阻24两端的电压相等。由于三极管36导通，又由运放虚断的特性，可知流过电阻17的电流和流过电阻22上的电流相等，因此可以计算出电阻17上的电压(四路通用运算放大器35第二路运放的正向输入电压)为U＝(电阻24*总线电流/电阻22)*电阻17。在本装置中，选用电阻24为10Ω，电阻22阻值为400Ω，电阻17阻值为10kΩ。根据实际应用的需要在本发明中要求M-bus总线从机发送逻辑“0”时总线电流为5mA，发送逻辑“1”时总线电流为1.3mA。因此当M-bus总线从机发送逻辑“1”时，M-bus总线主机检测到的电压U＝0.325，当M-bus总线从机发送逻辑“0”时，M-bus总线主机检测到的电压U＝1.25。由四路通用运算放大器35第二路运放构成电压***，用于稳定四路通用运算放大器35第一路输出的电压信号。经过前两路运算放大器后M-bus从机发送的数据的逻辑“0”对应于1.25V电压，逻辑“1”对应于0.325V电压，为了便于设计出一些列装置将该信号转化成标准TTL电平以便于单片机接收，由四路通用运算放大器35第三路运放及***电路组成减法装置。经过该减法装置后，M-bus从机发送的数据的逻辑“0”对应于电压U＝22.75V，逻辑“1”对应于U＝23.675V。经过减法电路后得到的结果要远远大于5V，单片机无法接收，我们需要将它转换成单片机需要的TTL电平即减法器输出23.675V时要对应于高电平+5V，输出22.75时要对应于低电平0V。因此在M-bus总线接收电路中由四路通用运算放大器35第四路运放及其***电路组成电压比较器。由图1可知，当输入23.675V电压时，二极管31和二极管32导通，电容34迅速充电，此时运放正向输入端的电压高于负向输入端电压，因此运放输出高电平，从而使二极管30截止，因此经过光电隔离电路后，得到单片机能够检测的高电平+5V。当输入22.75V电压，电容34开始通过电阻8放电，在电容放电时间T0内，运放正向输入端电压低于负向输入端电压，因此运放输出低电平，从而使二极管30导通，因此经过光耦39隔离装置后，将得到单片机能够检测的低电平0V。根据电路设计的需要，在本专利中选取电容34为10uF，电阻18为510KΩ。在M-bus主机发送数据时，由于从机发送芯片TSS721A内部恒流源的问题，会引起总线中电流的微小波动。通过电流检测装置，会返回到装置输出端，虽然波动电压很小，但在本装置中仍然进行了适当的保护处理，即图1中，与四路通用运算放大器35第2脚连接的一系列电路。在发送低电平时，MOS管13截止，从而使四路通用运算放大器35输出高电平，当发送高电平时，但由于存在电容29和电阻7，经过时间T1后MOS管13才能导通。在时间T1内，从机发送芯片TSS721A内部恒流源已经稳定，四路通用运算放大器35可以稳定的输出高电平。这样就可以保证装置稳定工作。

Claims (4)

1.一种M-Bus总线主机接口装置，包括M-Bus总线主机发送电路和接收电路，其特征是，所述发送电路包括N沟道MOS管(15)和与之相连接的P沟道MOS管(33)，接收电路包括运算放大器(35)和与之相连接的光耦(39)，所述运算放大器第一路运放和三极管(36)，将检测电压放大，由四路通用运算放大器(35)第二路运放构成电压***，用于稳定四路通用运算放大器(35)第一路输出的电压信号，由四路通用运算放大器(35)第三路运放及***电路组成减法装置，由四路通用运算放大器(35)第四路运放及其***电路组成电压比较器。
2.根据权利要求1所述M-Bus总线主机接口装置，其特征是，所述N沟道MOS管(15)使用2N700，所述P沟道MOS管(33)使用9530。
3.根据权利要求1所述M-Bus 总线主机接口装置，其特征是，所述运算放大器(35)采用LM348。
4.根据权利要求1所述M-Bus总线主机接口装置，其特征是，所述光耦(39)采用6N139。
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