M-bus从机通信电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种M-BUS从机通信电路。本实用新型要解决的技术问题是提供一种低成本的M-BUS从机通信电路。解决该问题的技术方案：M-BUS从机通信电路，其特征在于：它包括连接于同一点mbuss的发送电路、接收电路和供电电路；所述发送电路包括PNP型三极管Q4和NPN型三极管Q6，其中三极管Q6的集电极与mbuss点相连；所述接收电路包括转换电路，其输入端与mbuss点相连，输出端连接至从机MCU，用于将mbuss点处的高低电平转换为从机MCU能够识别的稳定高低电平信号。本实用新型主要用于构建智能电表、用户显示单元、水表和气表之间的通信网络。
【专利说明】M-BUS从机通信电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种M-BUS从机通信电路，主要用于构建智能电表、用户显示单元、水表和气表之间的通信网络。
【背景技术】
[0002]在一些贫困地区，用户窃电现象十分严重，电力局希望将电表计量单元和用户显示单元分开安装，让用户无法接触到电表来进行防窃电。而在一些发达地区，越来越多的客户希望能够通过电表将水表、气表的联系起来，实现电表、水表和气表的三表数据米集系统。
[0003]因此，在智能电表设计中，不仅要求实现电能计量的功能，同时还要实现与用户显示单元(Customer Interface Unit)的信息交互，以及对水表、气表等信息的采集功能。目前，M-BUS广泛应用于能源采集系统，具有良好的开放性。M-BUS(METER-BUS，BS_EN_1434-3_1997)是消费类仪表国际通信标准，它采用总线方式的拓扑结构，使用普通的两芯电缆连接，同时完成提供表计电源和数据通信的功能。M-BUS总线再连接时不用区分极性，可按照任意拓扑结构布线施工，其施工成本和难度大大下降。
实用新型内容
[0004]本实用新型基于EN1434-3_1997标准，提供一种低成本的M-BUS从机通信电路。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是=M-BUS从机通信电路，其特征在于:它包括连接于同一点mbuss的发送电路、接收电路和供电电路；
[0006]所述发送电路包括PNP型三极管Q4和NPN型三极管Q6，其中三极管Q4的基极经电阻R9连接至从机MCU，发射极接3.3V电源，集电极一方面与三极管Q6的基极相连，另一方面经电阻R45连接至模拟地；三极管Q6的集电极与mbuss点相连，发射极经电阻R46连接至模拟地；
[0007]所述接收电路包括转换电路，其输入端与mbuss点相连，输出端连接至从机MCU，用于将mbuss点处的高低电平转换为从机MCU能够识别的稳定高低电平信号；
[0008]所述供电电路输入端与M-BUS总线相连，一方面实现发送电路、接收电路与M-BUS总线的连接，另一方面给发送电路、接收电路和从机MCU提供工作电源。
[0009]所述转换电路包括电容C6、PNP型三极管Q7和NPN型三极管Q8，其中，
[0010]电容C6 —端与mbuss点相连，另一端依次串接有电阻R4、电阻R8、电阻Rll，同时在电阻R8两端并接有一半导体二极管U6 ；
[0011]三极管Q7的基极连接至电阻R4和电阻R8之间的任意一点，发射极与电阻Rll另一端相连，集电极一方面与三极管Q8的基极相连，另一方面经电阻R48连接至模拟地；
[0012]三极管Q8的集电极作为整个转换电路的输出端连接至从机MCU，并连接有一上拉电阻R43，发射极则连接至模拟地。
[0013]所述接收电路还包括一〖亘流源电路，其一端同时与mbuss点和电容C6相连,另一端连接至模拟地，用于为电容C6的放电提供回路。
[0014]所述恒流源电路包括三极管Ql和Q5，其中，
[0015]三极管Ql的基极一方面经电阻R5后同时与mbuss点、电容C6和Ql的集电极相连，另一方面直接与三极管Q5的集电极相连，发射极一方面经电阻R38与三极管Q5的基极相连，另一方面经电阻R38和R44连接至模拟地；
[0016]三极管Q5的发射极直接连接至模拟地。
[0017]所述三极管Ql和Q5均采用型号为BC817-40LT1的NPN型三极管。
[0018]所述供电电路包括用于与M-BUS总线相连的接口 MBUS、整流桥ABl和稳压器Ul，其中接口 MBUS两端并接有一 TVS管，并与整流桥ABl的输入端相连，整流桥ABl输出端的正极一方面经半导体二极管U7与稳压器Ul的输入端相连，另一方面与mbuss点相连，整流桥ABl输出端的负极连接至模拟地，所述半导体二极管U7的输出端与模拟地之间分别并接有电容C4和CU。
[0019]本实用新型的有益效果是:1、本实用新型电路满足BS_EN_1434_3_1997的标准，无极性连接，支持高达9600的波特率UART通信。2、点对点通信情况下，发射时可以通过匹配R46的阻值在较低或较高电压时都能达到理想的电流值，使主机识别出高低电平的变化，接收时电路的设计对于总线高低电平的差值范围要求较小，因此能在较高或较低的电平下正常接收，即能够在更宽的电压下工作，进而降低了主机的电路设计难度和设计成本。
3、本实用新型由三极管、电容、电阻等元器件搭建而成，较之现有技术所采用的专用MBUS通信集成芯片，体积更小，成本更低。4、从机发送数据时，总线上的电流可以根据具体情况通过调节电阻R46的阻值进行调整，这样有效的保证了电路在不同环境下电路通信的可靠性。5、本实用新型供电电路提供3.3V的稳压电源，这样在设计产品时，可以有效利用除从机电路稳定工作的剩余功耗(从机的最大电流不超过1.5mA)。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型的电路原理图。
[0021]图2是本实用新型中主机向从机传输数据过程中的总线电压信号图。
[0022]图3是本实用新型中从机向主机传输数据过程中的总线电流信号图。
【具体实施方式】
[0023]如图1所示，本实施例包括分别连接于同一点mbuss的发送电路1、接收电路2和供电电路3。
[0024]所述发送电路I包括PNP型三极管Q4 (型号为BC807)和NPN型三极管Q6 (型号为BC817-40LT1)，其中三极管Q4的基极经电阻R9连接至从机MCU，发射极接3.3V电源，集电极一方面经电阻R47 (O欧)与三极管Q6的基极相连，另一方面经电阻R45连接至模拟地；三极管Q6的集电极与mbuss点相连，发射极经电阻R46连接至模拟地。
[0025]所述接收电路2应用了 RC —阶电路原理，包括转换电路2-1和恒流源电路2_2 ；其中，
[0026]转换电路2-1输入端与mbuss点相连,输出端连接至从机MCU,用于将mbuss点处的高低电平转换为从机MCU能够识别的稳定高低电平信号；本例中，所述转换电路2-1包括电容C6、PNP型三极管Q7 (型号为BC807)和NPN型三极管Q8 (型号为BC817-40LT1)；
[0027]电容C6 —端与mbuss点(三极管Q6的集电极)相连，另一端依次串接有电阻R4、电阻R8、电阻R11，同时在电阻R8两端并接有一半导体二极管U6 ;用于将mbuss点处的高低电平在电阻R4、电阻R8之间的任意位置转换成一方波信号，即在电容C6、电阻R4、电阻R8、半导体二极管U6 (型号BAT54C)的作用下，在电阻R4、电阻R8之间任意位置形成一方波信号，该方波信号的高电平为3.2-3.4V、低电平为0-80mV ；
[0028]三极管Q7的基极连接至电阻R4和电阻R8之间的任意一点，发射极与电阻Rll另一端相连，集电极一方面与三极管Q8的基极相连，另一方面经电阻R48连接至模拟地；根据所述方波信号控制三极管Q7的导通和截止；
[0029]三极管Q8的集电极作为整个转换电路的输出端连接至从机MCU，并连接有一上拉电阻R43，发射极则连接至模拟地；根据三极管Q7的导通和截止来控制三极管Q8的导通和截止，从而最终将mbuss点处的高低电平转换为从机MCU能够识别的稳定高低电平信号。
[0030]恒流源电路2-2 —端同时与mbuss点和电容C6相连，另一端连接至模拟地，用于为电容C6的放电提供回路；包括三极管Ql和三极管Q5，型号均为BC817-40LT1，其中，
[0031]三极管Ql的基极一方面经电阻R5后同时与mbuss点和电容C6相连,另一方面直接与三极管Q5的集电极相连，集电极直接与mbuss点和电容C6相连，发射极一方面经电阻R38与三极管Q5的基极相连，另一方面经电阻R38和R44连接至模拟地；
[0032]三极管Q5的发射极直接连接至模拟地。
[0033]所述供电电路3包括用于与M-BUS总线相连的接口 MBUS、整流桥ABl (型号B6S，作用是为了满足M-BUS总线标准里的无极性要求，即两根线互换位置接都可以正常通信，不管ABl输入端2脚4脚正负如何，总是保证ABl输出I脚为正，3脚为负)和稳压器Ul (型号HT7133)，其中接口 MBUS两端并接有一 TVS管(型号SMBJ30CA)，并与整流桥ABl的输入端相连，整流桥ABl输出端的正极一方面经半导体二极管U7(型号BAT54C)与稳压器Ul的输入端相连，另一方面与mbuss点相连,整流桥ABl输出端的负极连接至模拟地,所述半导体二极管U7的输出端与模拟地之间分别并接有滤波用的电容C4和C11。
[0034]本实用新型工作原理为:
[0035]M-BUS通信主从设备通过两根电缆连接，并由主机通过这两根电缆给从机供电。主机给从机发送数据(即从机接收数据)采用的是电压调制方式(不发送数据的时候默认的是高电平，高电平的范围是15?25V，低电平为0-0.5倍的高电平，一般选取高电平的1/3)，从机给主机发送数据采用电流调制方式。
[0036]从机接收数据时，M-BUS总线上的直流电经整流桥ABl后在mbuss点处得到高低电平，该高低电平在电容C6、电阻R4、电阻R8、半导体二极管U6的作用下，在电阻R4、电阻R8之间任意位置形成一方波信号(方波信号的高电平为3.2-3.4V、低电平为0-80mV),控制三极管Q7的导通与截止，进而控制三极管Q8的导通与截止，从而转化成从机MCU能够识别的稳定的高低电平信号。如图2所示，总线上的传输数据过程中，高电平信号Vbus = Vmakk定义为从机端接线端子处MBUSA和MBUSB的电压差(如图3所示)，它取决于主站到从站的距离(因为距离影响了线缆上的压降)。
[0037]从机发送数据，当从机给主机发送高电平时，三极管Q4、Q6截止，M-BUS总线上的电流保持不变，无电压波动，主机识别其为高电平；反之当从机给主机发送低电平时，三极管Q4、Q6导通，M-BUS总线上的电流增加，导致M-BUS总线上产生微小的电压波动，主机通过识别这个微小的电压信号，识别出低电平，M-BUS总线的电流消耗通过调节电阻R46的阻值进行调整。传输过程中的M-BUS总线电流信号如图2所示，Isc为三极管Q6第二管脚处(发射极)的电压与电阻R46的商，即流过电阻R46的电流。
【权利要求】
1.一种M-BUS从机通信电路，其特征在于:它包括连接于同一点mbuss的发送电路(I)、接收电路⑵和供电电路⑶； 所述发送电路(I)包括PNP型三极管Q4和NPN型三极管Q6，其中三极管Q4的基极经电阻R9连接至从机MCU，发射极接3.3V电源，集电极一方面与三极管Q6的基极相连，另一方面经电阻R45连接至模拟地；三极管Q6的集电极与mbuss点相连，发射极经电阻R46连接至模拟地； 所述接收电路(2)包括转换电路(2-1)，其输入端与mbuss点相连，输出端连接至从机MCU，用于将mbuss点处的高低电平转换为从机MCU能够识别的稳定高低电平信号； 所述供电电路(3)输入端与M-BUS总线相连，一方面实现发送电路(I)、接收电路(2)与M-BUS总线的连接，另一方面给发送电路(I)、接收电路⑵和从机MCU提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的M-BUS从机通信电路，其特征在于:所述转换电路(2-1)包括电容C6、PNP型三极管Q7和NPN型三极管Q8，其中， 电容C6 —端与mbuss点相连，另一端依次串接有电阻R4、电阻R8、电阻RlI，同时在电阻R8两端并接有一半导体二极管U6 ； 三极管Q7的基极连接至电阻R4和电阻R8之间的任意一点，发射极与电阻Rll另一端相连，集电极一方面与三极管Q8的基极相连，另一方面经电阻R48连接至模拟地； 三极管Q8的集电极作为整个转换电路的输出端连接至从机MCU，并连接有一上拉电阻R43，发射极则连接至模拟地。
3.根据权利要求2所述的M-BUS从机通信电路，其特征在于:所述接收电路还包括一恒流源电路(2-2)，其一端同时与mbuss点和电容C6相连，另一端连接至模拟地，用于为电容C6的放电提供回路。
4.根据权利要求3所述的M-BUS从机通信电路，其特征在于:所述恒流源电路包括三极管Ql和Q5，其中， 三极管Ql的基极一方面经电阻R5后同时与mbuss点、电容C6和Ql的集电极相连，另一方面直接与三极管Q5的集电极相连，发射极一方面经电阻R38与三极管Q5的基极相连，另一方面经电阻R38和R44连接至模拟地； 三极管Q5的发射极直接连接至模拟地。
5.根据权利要求4所述的M-BUS从机通信电路，其特征在于:所述三极管Ql和Q5均采用型号为BC817-40LT1的NPN型三极管。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的M-BUS从机通信电路，其特征在于:所述供电电路(3)包括用于与M-BUS总线相连的接口 MBUS、整流桥ABl和稳压器U1，其中接口 MBUS两端并接有一 TVS管，并与整流桥ABI的输入端相连，整流桥ABI输出端的正极一方面经半导体二极管U7与稳压器Ul的输入端相连，另一方面与mbuss点相连，整流桥ABl输出端的负极连接至模拟地，所述半导体二极管U7的输出端与模拟地之间分别并接有电容C4和C11。
【文档编号】G08C19/00GK203982576SQ201420340949
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】周良璋, 周剑波, 陈国华, 郭明伟, 张向程, 刘高峰, 张晓峰, 涂海宁, 王夏娇 申请人:杭州海兴电力科技股份有限公司