一种M-BUS电路以及多模通信多协议水表采集器的制作方法

本发明涉及自动化数据采集技术领域，具体涉及一种m-bus电路以及多模通信多协议水表采集器。

背景技术：

国家推行的四表集中抄读水表的系统包括：四表集中器、水表采集器、水表四级架构。集中器和水表采集器之间的通信大多采用载波、微功率无线通信。水表采集器和水表之间采用rs-485或者m-bus接口进行通信。

现有的水表采集器一般有以下缺点：现存的水表远传数据采集设备大多都是由水表厂家直接配套提供，下行通信一般只具备rs-485或者m-bus，上行通信一般只有rs-485或者gprs；一般只支持特定一家水表厂商的水表通信协议；然而各厂家的水表采集设备的外形、安装部署、维护手段都不一样，从而给现场安装维护带来很多不便。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种m-bus电路以及多模通信多协议水表采集器。

根据本发明提供的技术方案，m-bus电路以及多模通信多协议水表采集器。作为本发明的第一方面提供一种m-bus电路，所述m-bus电路包括：数据发送电路、数据接收电路和保护电路；

数据发送电路，所述数据发送电路包括：电源控制电路、过流检测电路和外接总线电路；所述电源控制电路的输入端连接mcu控制单元的输出端mbt，所述电源控制电路的输出端连接外接总线电路的输入端，所述外接总线电路的第一输出端和第二输出端分别连接水表总线的第一端ao和第二端bo，所述过流检测电路的输出端连接mcu控制单元的检测端dec，输入端连接所述外接总线电路。

进一步地，所述电源控制电路包括电源芯片u1和电压调整电路；

所述电源芯片u1的调整端连接电压调整电路，所述电压调整电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管d1、第一电容c1、第一三极管q1；电源芯片u1的调整端连接所述第一电阻r1的一端、第二电阻r2的一端、第三电阻r3的一端和第一电容c1的一端，第二电阻r2的另一端连接第一三极管q1的集电极，所述第一三极管q1的基极连接第四电阻r4的一端和第五电阻r5的一端，所述第四电阻r4的另一端连接mcu控制单元的输出端mbt，所述第五电阻r5的另一端连接第一三极管q1的发射极、第一电容c1的另一端、第三电阻r3的另一端并接地。

进一步地，所述过流检测电路包括光耦p1、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、稳压二极管d2、第二电容c2；所述第七电阻r7的一端和第九电阻r9的一端连接数据发送电路的第一输出端，用于采集水表总线的第一端ao上的电流给所述过流检测电路；所述第九电阻r9的另一端连接光耦p1原边的正极和稳压二极管d2的正极，所述稳压二极管d2的负极连接第六电阻r6的一端，所述第六电阻r6的另一端连接电源控制电路输出端；所述光耦p1副边集电极连接mcu控制单元的检测端dec。

进一步地，所述数据接收电路包括：第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第四二极管d4、稳压二极管d6、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5和放大器u2；

所述数据接收电路的输入端为稳压二极管d6的负极，数据接收电路的输入端连接水表总线的第一端ao，稳压二极管d6的正极连接第四二极管d4的正极、第十电阻r10的一端和第十四电阻r14的一端，第四二极管d4的负极连接第十一电阻r11的一端，所述第十一电阻r11的另一端连接放大器u2的反向输入端，第十电阻r10的另一端连接接放大器u2的正向输入端；所述第四电容c4的两端分别连接第十电阻r10的另一端和第十一电阻r11的另一端，第五电容c5的两端分别连接第十一电阻r11的另一端和第十四电阻r14的另一端，所述第十二电阻r12的两端分别连接第五电容c5的两端，第十四电阻r14的另一端接地；所述放大器u2的输出端为所述数据接收电路的输出端，连接所述mcu控制单元的输入端mbus。

进一步地，所述保护电路包括：继电器j1、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17，第十八电阻r18，第五二极管d5，第二三极管q2；

所述第二三极管q2的基极连接第十五电阻r15的一端，第十五电阻r15的另一端连接mcu控制单元的保护控制端jdq，第十六电阻r16的两端分别连接第二三极管q2的基极和发射极；第二三极管q2的集电极连接继电器j1线圈的一端，所述继电器j1线圈的另一端连接第十七电阻r17的一端，第十七电阻r17的另一端第十八电阻r18的一端，所述继电器j1线圈的两端之间还连接所述第五二极管d5；

所述继电器j1的第一公共端a1连接数据发送电路的第一输出端，继电器j1的第二公共端a2连接数据发送电路的第二输出端，所述继电器j1的第一常闭端b1连接水表总线第一端ao，所述继电器j1的第二常闭端b2连接水表总线第二端bo。

作为本发明的第二方面，提供一种多模通信多协议水表采集器，所述多模通信多协议水表采集器包括：

上行通信单元，所述上行通信单元通过串口收发电路与mcu控制单元连接，与后端主站进行数据交互；

下行通信单元，所述下行通信单元通过串口收发电路与mcu控制单元连接，向水表总线进行数据交互；所述下行通信单元包括本发明第一方面所述的m-bus电路。

进一步地，所述上行通信单元采用470无线通信模块、宽带载波模块、窄带载波模块、4g通信模块、cdma模块、gprs模块、nb-iot模块和以太网模块中的一种或多种。

进一步地，所述下行通信单元还包括rs485电路。

进一步地，所述串口收发电路可以采用uart接口或者phy以太网口。

从以上所述可以看出，本发明提供的m-bus电路以及多模通信多协议水表采集器，与现有技术相比具备以下优点：上行同时支持载带载波、宽带载波、微功率无线方式与集中器通信，同时支持4g、gprs、cdma、以太网、nb-iot多种通信方式与后台通信，能根据现场环境部署不同通信架构；且能控制水表总线的接通和断开，实现在不抄表的时候继电器j1切断内外总线之间的连接，水表处于不带电状态。只有在抄表的时候控制继电器接通水表总线的端口和水表总线端口，抄表完成后断开，这样可以减少水表工作的时间延长工作寿命。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明数据发送电路的结构框图。

图3为本发明数据发送电路的电路图。

图4为本发明数据接收电路的电路图。

图5为本发明保护电路的电路图。

100.数据发送电路，110.电源控制电路，111.电压调整电路，120.过流检测电路，130.接外接总线电路，200.数据接收电路，300.保护电路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

作为本发明的第一方面，如图3~图5所示，提供一种m-bus电路，所述m-bus电路包括：数据发送电路100、数据接收电路200和保护电路300；

所述数据发送电路100连接mcu控制单元，用于mcu控制单元进行数据交互，根据mcu控制单元的控制信号给各个水表总线发送数据采集命令，并采集水表总线的电流信号输出给mcu控制单元单元，mcu控制单元单元根据接收到的水表总线电流信号来判断所述水表总线中是否有水表发生故障或者线路短路问题，根据判断结果向所述保护电路300发送控制信号，若水表总线中电流过大，所述保护电路300控制所述水表总线断路。

具体地，所述数据发送电路100包括：电源控制电路110、过流检测电路120和外接总线电路130；数据发送电路100的第一输出端连接水表总线的第一端ao，数据发送电路100的第二输出端连接水表总线的第二端bo；

所述电源控制电路110的输入端连接mcu控制单元的输出端mbt，所述电源控制电路110的输出端连接外接总线电路130的输入端，所述外接总线电路130的第一输出端和第二输出端分别连接水表总线的第一端ao和第二端bo，所述过流检测电路120的输出端连接mcu控制单元的检测端dec，输入端连接所述外接总线电路130，用于通过外接总线电路130采集水表总线上的电流。

所述电源控制电路110包括电源芯片u1和电压调整电路111；

所述电源芯片u1的输入端连接24v电压，调整端连接电压调整电路111，所述电压调整电路111包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管d1、第一电容c1、第一三极管q1；电源芯片u1的调整端连接所述第一电阻r1的一端、第二电阻r2的一端、第三电阻r3的一端和第一电容c1的一端，所述第一电阻r1与第二电阻r2，以及第一电阻r1与第三电阻r3为电源芯片u1的两组电源匹配电阻，用于调整电源芯片u1的输出电压。第二电阻r2的另一端连接第一三极管q1的集电极，所述第一三极管q1的基极连接第四电阻r4的一端和第五电阻r5的一端，所述第四电阻r4的另一端连接mcu控制单元的输出端mbt，所述第五电阻r5的另一端连接第一三极管q1的发射极、第一电容c1的另一端、第三电阻r3的另一端并接地；当mcu控制单元的输出端mb输出高电平时第一三极管q1导通，第二电阻r2通过第一三极管q1接地，因此第一电阻r1与第二电阻r2这一组对调整电源芯片u1的输出电压起作用，所述电源芯片u1输出低电平；反之，当mcu控制单元的输出端mbt输出低电平时第一三极管q1不导通，第一电阻r1与第三电阻r3对调整电源芯片u1的输出电压起作用，电源芯片u1的输出高电平。

可以理解的是，mcu控制单元通过控制输出端mbt将高低不同的电平信号通过总线发送到水表终端。

所述外接总线电路130用于将电源芯片u1的电压可靠地输出，为了保护整个数据发送电路100，所述包括外接总线电路130包括第一保险丝ptc1和第二保险丝ptc2，如图所示g1、g2、g3为空气放电管，第一保险丝ptc1的第二端和第二保险丝ptc2第二端之间连接瞬态抑制二极管d3，用于防止雷击或浪涌；所述第一保险丝ptc1的第一端为所述数据发送电路100的第一输出端，第二保险丝ptc2的第一端为所述数据发送电路100的第二输出端，数据发送电路100的第二输出端连接水表总线的第二端bo。

所述过流检测电路120包括光耦p1、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、稳压二极管d2、第二电容c2；所述第七电阻r7的一端和第九电阻r9的一端连接数据发送电路100的第一输出端，用于采集水表总线的第一端ao上的电流给所述过流检测电路120，具体地，所述第七电阻r7的一端和第九电阻r9的一端连接第一保险丝ptc1的第二端，所述第九电阻r9的另一端连接光耦p1原边的正极和稳压二极管d2的正极，所述稳压二极管d2的负极连接第六电阻r6的一端，所述第六电阻r6的另一端连接电源控制电路110输出端；可以理解的是，所述光耦p1能够实现所述过流检测电路120的过流检测，稳压二极管d2能够判断过流的门槛电压，第六电阻r6为限流电阻，用于限制通过光耦p1原边中的电流，当光耦p1原边中的电流过大时第七电阻r7两端的电压差变大超过稳压二极管d2的阈值，所述光耦p1导通，光耦p1副边集电极变为低电平，所述光耦p1副边集电极连接mcu控制单元的检测端dec，当mcu控制单元的检测端dec接收到低电平信号时，mcu控制单元使得保护电路300控制所述水表总线断路。

所述数据接收电路200包括：第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第四二极管d4、稳压二极管d6、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5和放大器u2；

所述数据接收电路200的输入端为稳压二极管d6的负极，数据接收电路200的输入端连接水表总线的第一端ao，稳压二极管d6的正极连接第四二极管d4的正极、第十电阻r10的一端和第十四电阻r14的一端，第四二极管d4的负极连接第十一电阻r11的一端，所述第十一电阻r11的另一端连接放大器u2的反向输入端，第十电阻r10的另一端连接接放大器u2的正向输入端；所述第四电容c4的两端分别连接第十电阻r10的另一端和第十一电阻r11的另一端，第五电容c5的两端分别连接第十一电阻r11的另一端和第十四电阻r14的另一端，所述第十二电阻r12的两端分别连接第五电容c5的两端，第十四电阻r14的另一端接地；所述放大器u2的输出端为所述数据接收电路200的输出端，连接所述mcu控制单元的输入端mbus。可以理解的是，所述稳压二极管d6为接收电路启动门槛电压，只有高于此电压电路才工作，避免误判；第四二极管d4为后端的运放提供一个初始的压差，保证放大器u2的正向输入端的电压高于放大器u2的反向输入端的电压；第十电阻r10和第十一电阻r11为限流电阻，第五电容c5和第十二电阻r12组成一个rc放电电路，第四电容c4为滤波电容；在数据接收电路200的输入端接收到高电平时，则放大器u2的正向输入端的电压高于放大器u2的反向输入端的电压，放大器u2输出高电平给mcu控制单元，反之输出低电平给mcu控制单元。

所述保护电路300包括：继电器j1、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17，第十八电阻r18，第五二极管d5，第二三极管q2；

所述第二三极管q2的基极连接第十五电阻r15的一端，第十五电阻r15的另一端连接mcu控制单元的保护控制端jdq，第十六电阻r16的两端分别连接第二三极管q2的基极和发射极；第二三极管q2的集电极连接继电器j1线圈的一端，所述继电器j1线圈的另一端连接第十七电阻r17的一端，第十七电阻r17的另一端第十八电阻r18的一端，所述继电器j1线圈的两端之间还连接所述第五二极管d5，第五二极管d5能够保护所述继电器j1的线圈。

所述继电器j1的第一公共端a1连接数据发送电路100的第一输出端，继电器j1的第二公共端a2连接数据发送电路100的第二输出端，所述继电器j1的第一常闭端b1连接水表总线第一端ao，所述继电器j1的第二常闭端b2连接水表总线第二端bo。

所述第十五电阻r15的为第二三极管q2基极的限流电阻，第十六电阻r16为所述第二三极管q2提供一个初使电平，保证上电前继电器j1是不导通状态，通过第二三极管q2的打开与关断控制继电器j1的动作，从而控制水表总线的接通和断开，实现在不抄表的时候继电器j1切断内外总线之间的连接，水表处于不带电状态。只有在抄表的时候控制继电器接通水表总线的端口和水表总线端口，抄表完成后断开，这样可以减少水表工作的时间延长工作寿命。

作为本发明的第二方面本发明提供一种多模通信多协议水表采集器，如图1和图2所示，所述多模通信多协议水表采集器包括：

电源模块、上行通信单元、下行通信单元、mcu控制单元和本地维护单元，本发明所采用的的mcu控制单元为现有技术，例如nxp的arm系列型号为lpc1778fbd144的控制芯片。

所述上行通信单元和下行通信单元均通过串口收发电路与mcu控制单元的state端连接，所述串口收发电路可以采用uart接口或者phy以太网口。

所述上行通信单元包括：470无线通信模块、宽带载波模块、窄带载波模块、4g通信模块、cdma模块、gprs模块、nb-iot模块、以太网模块。所述上行通信单元用于接收后端主站的抄表请求。可以理解的是，具有多种通信模块的上行通信单元能够通过多种通信方式接收后端主站的抄表请求。

所述下行通信单元，所述下行通信单元包括rs485电路和m-bus电路，所述电源模块分别与rs485电路和m-bus电路连接，分别给rs485提供5v电源，给m-bus电路提供24v或者36v电源。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的主旨之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。