CN204242390U - 一种m-bus主机收发机制模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种M-BUS主机收发机制模块，设置在计量表与控制器之间，该模块包括连接在计量表输出M-BUS上的总线短路保护电路模块、与计量表输出M-BUS连接，采集计量表数据，并通过RXD向控制器发送信息的接受电路模块、通过TXD接受控制器指令，并通过M-BUS与计量表连接的发送电路模块、和为整个主机收发机制模块提供电能的电源模块。本实用新型实现了M-BUS电压调制的目的，电路可以驱动上百块负载，同时消去因M-BUS总线上电流波动而引起的通信错误问题，使得通信更加稳定，可靠性高，本实用新型设计的电路简单、成本低，电路耗电极小，适合普及使用。

Description

一种M-BUS主机收发机制模块
技术领域
本实用新型属于数字式计量表数据采集设备技术领域，特别是一种M-BUS主机收发机制模块。
背景技术
随着信息技术的高速发展，数据采集从人工逐一进行抄表的形式向自动化、集中化、远程化的方向转变，同时提出了对用户仪表数据进行集中管理的新需求。因此基于M-BUS总线远程抄表的应用越来越广泛。M-BUS，全称Meter-BUS，是一种两线制的欧洲标准总线。它是一种专门为消耗量计量仪表传输数据设计的主从式半双工总线，采用主叫/应答的通信方式，即只有处于中心地位的主站发出询问后，对应的从站才能向主站传输数据。M-BUS总线通信原理为：主机向从机发送数据时，采用的是电压调制，具体方式是改变总线电压而总线电流保持不变。主机发送数据‘1’时，M-BUS总线上的电压为36V左右，发送数据‘0’时，M-BUS总线电压减小12V，即为24V左右。从机向主机发送数据时，采用的是电流调制。当从机发送数据‘1’时，M-BUS总线上的电流为1.5mA左右，当从机发送数据‘0’时，M-BUS总线上的电流增加11至20mA，主机通过因总线电流发生变化而导致采样电压的变化值识别数据。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提出一种M-BUS主机收发机制模块。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种M-BUS主机收发机制模块，设置在计量表与控制器之间，该模块包括连接在计量表输出M-BUS上的总线短路保护电路模块、与计量表输出M-BUS连接，采集计量表数据，并通过RXD向控制器发送信息的接受电路模块、通过TXD接受控制器指令，并通过M-BUS与计量表连接的发送电路模块、和为整个主机收发机制模块提供电能的电源模块。
而且，所述发送电路模块，包括与控制器单片机输出连接的光耦U2、连接在+5V与光耦U2输出之间的电阻R1、连接在光耦U2输出与两个P-MOS管之间，包括由三极管Q1、三极管Q2及三极管Q3构成，用以控制P-MOS管U1及P-MOS管U3导通或截止的控制电路，P-MOS管U1及P-MOS管U3的输出与输出端子P1连接，利用此电路实现控制器发送数据时M-BUS总线上电压24-40之间的切换，满足M-BUS总线通信时电压调制的要求。
而且，所述总线短路保护电路模块，包括M-BUS端子P2、串联的采样电阻Rs1及采样电阻Rs2、采集电阻Rs2上电压的比较器U6、受比较器U6输出电平控制的三极管Q5、受三极管Q5状态控制的宏发继电器U8及体现M-BUS状态的发光二极管LED1。
而且，当M-BUS总线上计量表发送数据时，M-BUS总线上的电流经过采样电阻Rs产生电压，此电压进入所述接受电路模块，采样电压进入后电路分为两路，一路经过二极管D3、电阻R14及电阻R15，比较器U5负端的电压为采样电压在电阻R14上的分压，另一路经过二极管D4、电阻R17及电阻R18，比较器U5正端的电压为采样电压在R18上的分压，比较器U5的输出与三极管Q4连接，控制三极管Q4的导通与截止，三极管Q4的输出与光耦U4连接，控制光耦U4的工作状态，光耦U4的工作状态确定RXD为高电平或低电平。
而且，所述电源模块包括一个24V开关电源及与24V开关电源输出连接的LM2577升压模块和LM2596-5.0模块，所述LM2596-5.0模块再连接一个AMS1117-3.3模块，电源模块为整个主机收发机制模块提供+40V、+24V、+5V及+3.3V电压。
本实用新型的优点和积极效果是：
(1)本实用新型模块中的三部分电路简单、成本低，可以用于电表、水表、热量表的远程抄表采集***中，M-BUS总线短路时有指示和短路保护。
(2)本实用新型模块中用到的电源模块仅仅只需一个24V的开关电源，所以电源模块部分更加简单，电源模块在整个***中占的面积比较小。
(3)本实用新型设计的M-BUS主机发送电路主要元器件仅仅需要两个P-MOS管，利用两个P-MOS管的导通和截止实现了电压调制的目的，电路可以驱动上百块负载，在实际测试中可以驱动150多块热量表。
(4)本实用新型设计的M-BUS主机接受电路，可以消去因M-BUS总线上电流的波动而引起的通信错误问题，M-BUS总线上的干扰可以通过配置M-BUS接收电路中的参数消去，进而使得通信更加稳定，可靠性更加高。
(5)本实用新型设计的M-BUS总线短路保护电路简单、成本低，仅仅通过一个P-MOS管和宏发继电器就可以实现电路短路时快速切断M-BUS总线上的供电。另外，最大的允许工作电流还可以自己设定，正常工作状态(无短路)时，电路耗电极小，短路时有指示灯指示短路状态。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型电源模块原理框图；
图3为本实用新型M-BUS主机发送电路的原理图；
图4为本实用新型M-BUS主机接受电路的原理图；
图5为本实用新型M-BUS短路保护电路的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种M-BUS主机收发机制模块，如图1所示，设置在计量表与控制器之间的主机收发机制模块包括连接在计量表输出M-BUS上的总线短路保护电路模块、与计量表输出M-BUS连接，采集计量表数据，并通过RXD向控制器发送信息的接受电路模块、通过TXD接受控制器指令，并通过M-BUS与计量表连接的发送电路模块、和为整个主机收发机制模块提供电能的电源模块，
其中，所述电源模块，如图2所示，所述开关电源包括一个24V开关电源及与24V开关电源输出连接的LM2577升压模块及LM2596-5.0模块，LM2596-5.0模块再连接一个AMS1117-3.3模块。
其中，所述发送电路模块，如图3所示，包括与控制器单片机输出连接的光耦U2、连接在+5V与光耦输出之间的电阻R1、连接在光耦输出与两个P-MOS管之间，包括由三极管Q1、三极管Q2及三极管Q3构成，用以控制P-MOS管U1及P-MOS管U3导通/截止的控制电路，P-MOS管U1及P-MOS管U3的输出与输出端子P1连接。利用此电路就可以实现主机发送数据时M-BUS总线上电压24-40之间的切换，满足M-BUS总线通信时电压调制的要求。
当单片机发送逻辑电平‘1’时，光耦U2不工作，R1电阻的另一端为高电平，此时三极管Q1、Q3导通，三极管Q2截止。由于三极管Q1导通，电阻R3的一端经过三极管Q1接地，此时P-MOS管U1的栅极G的电压为30V，源极S与栅极G的差压为10V，P-MOS管U1导通。由于三极管Q2截止，P-MOS管U3的源极S与栅极G的差压几乎为0V，P-MOS管U3截止，M-BUS总线的接头处P1两端的电压为40V。
当单片机发送逻辑电平‘0’时，光耦U2工作，R1电阻的另一端为低电平，此时三极管Q1、Q3截止，三极管Q2导通。由于三极管Q2导通，电阻R9的一端经过三极管Q2接地，此时P-MOS管U3的栅极G的电压为14V，源极S与栅极G的差压为10V，P-MOS管U3导通。由于三极管Q1截止，P-MOS管U1的源极S与栅极G的差压几乎为0V，P-MOS管U1截止。M-BUS总线的接头处P1两端的电压为24V。
其中，所述接受电路模块，如图4所示，M-BUS总线上计量表发送数据时，M-BUS总线上的电流经过采样电阻Rs产生电压，此电压进入接受电路时分为两路，一路经过二极管D3、电阻R14、电阻R15，比较器U5负端的电压为采样电压在电阻R14上的分压，另一路经过二极管D4、电阻R17、电阻R18，比较器U5正端的电压为采样电压在R18上的分压，比较器U5的输出与三极管Q4连接，控制三极管Q4的导通与截止，三极管Q4的输出与光耦U4连接，控制光耦U4的工作状态，光耦U4的工作状态确定RXD为高电平或低电平。
稳态时比较器U2负端的电压大于正端电压，比较器U5输出为低电平，三极管Q4截止，光耦U4不工作，此时RXD处为高电平,当计量表发送数据‘1’时RXD处维持高电平。当计量表发送数据‘0’时M-BUS总线上的电流在原有的基础上增加11至20mA，经过采样电阻后电压信号增加。此时比较器正端的电压瞬间增加，比较器负端的电压经过电阻R14、对电容C1充电，使得负端电压逐渐增加，在充电期间比较器正端电压大于负端电压，比较器U5输出高电平，三极管Q4、光耦U4工作，RXD处为低电平。所以通过比较器负端对电容的充放电实现计量表发送数据时M-BUS主机接受逻辑电平‘0’和‘1’的切换。
其中，所述总线短路保护电路模块，如图5所示，包括M-BUS端子P2、串联的采样电阻Rs1和电阻Rs2、采集电阻Rs2上电压的比较器U6、受比较器U6输出电平控制的三极管Q5、受三极管Q5状态控制的宏发继电器U8及体现M-BUS状态的发光二极管LED1。
将采样电阻分为两个电阻串联，并取在采样电阻Rs2上的电压作为判断M-BUS总线是否短路的标准。当M-BUS总线正常(无短路、无过载)时采样电阻Rs2上的电阻很小，此时比较器输出低电平，三极管Q5截止，宏发继电器U8由于没有接通，所以宏发继电器U8控制触头始终接通常闭触头，电阻R24经宏发继电器的常闭触头而接地，P-MOS管导通。发送电路产生的电压给M-BUS供电，发光二极管LED1不亮。当M-BUS总线上短路或过载时采样电阻Rs2上的电压较大，比较器输出高电平，三极管Q5导通，宏发继电器U8接通，控制触头接通常闭触头而常开触头断开，P-MOS管U7截止，发送电路产生的电压被P-MOS管U7与M-BUS总线断开而停止供电，发光二极管LED1亮。由于发送电阻产生的电压没有给M-BUS供电，采样电阻Rs2的电压会迅速变得很小，比较器U6输出低电平，三极管Q5截止。但是由于宏发继电器U8一直接通，所以P-MOS管U7一直截止，发光二极管LED1一直亮指示M-BUS总线短路状态。

Claims (5)

1.一种M-BUS主机收发机制模块，设置在计量表与控制器之间，其特征在于：该模块包括连接在计量表输出M-BUS上的总线短路保护电路模块、与计量表输出M-BUS连接，采集计量表数据，并通过RXD向控制器发送信息的接受电路模块、通过TXD接受控制器指令，并通过M-BUS与计量表连接的发送电路模块、和为整个主机收发机制模块提供电能的电源模块。
2.根据权利要求1所述的M-BUS主机收发机制模块，其特征在于：所述发送电路模块，包括与控制器单片机输出连接的光耦U2、连接在+5V与光耦U2输出之间的电阻R1、连接在光耦U2输出与两个P-MOS管之间，包括由三极管Q1、三极管Q2及三极管Q3构成，用以控制P-MOS管U1及P-MOS管U3导通或截止的控制电路，P-MOS管U1及P-MOS管U3的输出与输出端子P1连接，利用此电路实现控制器发送数据时M-BUS总线上电压24-40之间的切换，满足M-BUS总线通信时电压调制的要求。
3.根据权利要求1所述的M-BUS主机收发机制模块，其特征在于：所述总线短路保护电路模块，包括M-BUS端子P2、串联的采样电阻Rs1及采样电阻Rs2、采集电阻Rs2上电压的比较器U6、受比较器U6输出电平控制的三极管Q5、受三极管Q5状态控制的宏发继电器U8及体现M-BUS状态的发光二极管LED1。
4.根据权利要求1所述的M-BUS主机收发机制模块，其特征在于：当M-BUS总线上计量表发送数据时，M-BUS总线上的电流经过采样电阻Rs产生电压，此电压进入所述接受电路模块，采样电压进入后电路分为两路，一路经过二极管D3、电阻R14及电阻R15，比较器U5负端的电压为采样电压在电阻R14上的分压，另一路经过二极管D4、电阻R17及电阻R18，比较器U5正端的电压为采样电压在R18上的分压，比较器U5的输出与三极管Q4连接，控制三极管Q4的导通与截止，三极管Q4的输出与光耦U4连接，控制光耦U4的工作状态，光耦U4的工作状态确定RXD为高电平或低电平。
5.根据权利要求1所述的M-BUS主机收发机制模块，其特征在于：所述电源模块包括一个24V开关电源及与24V开关电源输出连接的LM2577升压模块和LM2596-5.0模块，所述LM2596-5.0模块再连接一个AMS1117-3.3模块，电源模块为整个主机收发机制模块提供+40V、+24V、+5V及+3.3V电压。
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