一种m-bus主机电路系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型数据通信技术领域，尤其是一种M?BUS主机电路系统。它包括用于调控M?BUS总线的工作电源电压的发送控制电路、通过M?BUS总线接收来自M?BUS从机的电流环信号并将电流环信号解调成数字信号的接收控制电路以及用于消除M?BUS总线上的寄生电容的总线端接电路，发送控制电路、接收控制电路和总线端接电路通过M?BUS总线顺序连接。本实用新型通过在传统M?BUS主机上增设的总线端接电路来消除M?BUS总线上的寄生电容，达到减小M?BUS总线电阻的目的；通过发送控制电路来调控M?BUS总线的电源电压，以向M?BUS总线提供更大的功率，进而有效提高整个主机的带载能力以及提高调制信号的稳定性及信号的抗干扰能力；同时，通过增设的接收控制电路则可提高多总线的切换速度及信号解调的可靠性。
【专利说明】
一种M-BUS主机电路系统
技术领域
[0001 ]本实用新型数据通信技术领域，尤其是一种M-BUS主机电路系统。
【背景技术】
[0002]M-BUS(即仪表总线Meter-BUS)作为一种半双工主从方式的通信技术，因其所具有的通信距离远、抗干扰能力强、供电灵活、可靠性高等特点，被广泛应用于各种仪表的数据采集领域，如远程热能表、电表、水表等抄表系统领域。
[0003]目前，M-BUS系统一般由主机和从机组成，主机与从机之间通过两条无极性通讯线缆进行信号的传输，其中，从主机到从机之间的信号传输是采用电压调制的方式来实现的，从机到主机之间的信号传输是采用电流环的方式来实现的，此种通讯方式对通讯线缆的要求不高且能够达到比较远的通讯距离，在成本要求比较苛刻且实时性要求不高的场所已经被广泛应用。现有的M-BUS系统中的从机因其具有专用的集成芯片或者由分立元件搭建的线路都比较成熟，领域内技术人员大都将研究的重点集中在M-BUS主机方面，然而，现有的M-BUS由于设计的不甚理想，导致其依然存在电路带载能力有限、现场通讯不稳定、通讯线缆过长时的信号质量较差等问题【实用新型内容】
[0004]针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、带载能力强、通讯稳定、信号可靠的M-BUS主机电路系统。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种M-BUS主机电路系统，它包括用于调控M-BUS总线的工作电源电压的发送控制电路、通过M-BUS总线接收来自M-BUS从机的电流环信号并将电流环信号解调成数字信号的接收控制电路以及用于消除M-BUS总线上的寄生电容的总线端接电路，所述发送控制电路、接收控制电路和总线端接电路通过M-BUS总线顺序连接。
[0007]优选地，所述总线端接电路包括第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻，所述第一三极管的基极作为串口信号接收端，所述第二三极管的集电极通过第二电阻连接接收控制电路的输入端，所述第二三极管的基极连接第一三极管的集电极，所述第一三极管的发射极和第二三极管的发射极同时接地。
[0008]优选地，所述发送控制电路包括第三三极管、第一MOS管和第一二极管，所述第三三极管的基极作为串口信号接收端、发射极接地、集电极连接第一MOS管的栅极并通过第四电阻连接第一 MOS管的漏极，所述第三三极管的基极同时通过第三电阻连接有VCC电源，所述第一 MOS管的源极和第一二极管的阴极同时连接接收控制电路的输入端，所述第一二极管的阳极和第一 MOS管的漏极分别连接M-BUS总线的供电电源。
[0009]优选地，所述第一MOS管的漏极与第一二极管的阳极之间的压差为+12V。
[0010]优选地，所述接收控制电路包括用于通过M-BUS总线接收来自M-BUS从机上的电流环信号的电流检测单元、用于将电流检测单元输出的电压信号解调成电流环信号并输出的电流环解调单元以及用于分别向电流检测单元和电流环解调单元提供工作电源和参考电源的电源控制单元。
[0011]优选地，所述电流检测单元包括电流检测芯片和采样电阻，所述采样电阻串接于电流检测芯片的Pinl引脚和PinS引脚之间，所述发送控制电路的输出端和总线端接电路的输出端分别与电流检测芯片的Pinl引脚和pin8引脚相连，所述电流检测芯片的电压输出引脚连接电流环解调单元的输入端、电源引脚与电源控制单元的输出端相连。
[0012]优选地，所述电源控制单元包括顺序连接的第一电源管理芯片和第二电源管理芯片，所述第一电源管理芯片上形成有电源输入端和控制信号输入端，所述第二电源管理芯片上形成有第一电源端脚，所述第一电源管理芯片与第二电源管理芯片之间形成有第二电源端脚，第一电源端脚分别与电流检测单元和电流环解调单元相连，所述第二电源端脚与电流环解调单元相连；当M-BUS主机发送数据时，所述电源控制单元处于关闭状态，当M-BUS主机发送数据结束时，所述电源控制单元处于开启状态。
[0013]优选地，所述电流环解调单元包括顺序连接于电流检测单元的输出端的减法器和第一比较器；
[0014]所述减法器包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相端通过第五电阻连接电源控制单元的输出端、反相端通过顺序串联的第六电阻和第七电阻连接电流检测芯片的输出端并通过相互并联的第八电阻和第一电容连接第一运算放大器的输出端，所述第五电阻与第七电阻之间还顺序连接有第二电容和第三电容，所述第一运算放大器的电源负极、第二电容和第三电容同时接地，所述第一运算放大器的电源正极还同时连接电源控制单元的输出端；
[0015]所述第一比较器包括第二运算放大器、第二二极管和第三二极管，所述第二运算放大器的同相端通过第九电阻连接第一运算放大器的输出端、反相端通过顺序连接的第十电阻和第二二极管连接第一运算放大器的输出端并通过顺序连接的第十二电阻和第三二极管连接电源控制单元的输出端，所述第二运算放大器的反相端还通过第十一电阻连接第二运算放大器的电源负极并接地，所述第十一电阻的两端还并联有第四电容，所述第二运算放大器的输出端还通过第五电容连接第二运算放大器的同相端，所述第二运算放大器的输出端作为电流环信号的输出端。
[0016]优选地，所述接收控制电路还包括一连接于电流检测单元的输出端以用于根据电流检测单元检测到的电流信号输出过载信号的过载信号发生单元，所述过载信号发生单元包括顺序连接的电压跟随器和第二比较器，所述第二比较器与第一比较器的电路结构相同。
[0017]由于采用了上述方案，本实用新型通过在传统M-BUS主机上增设的总线端接电路来消除M-BUS总线上的寄生电容，达到减小M-BUS总线电阻的目的；通过发送控制电路来调控M-BUS总线的电源电压，以向M-BUS总线提供更大的功率，进而有效提高整个主机的带载能力以及提高调制信号的稳定性及信号的抗干扰能力；同时，通过增设的接收控制电路则可提高多总线的切换速度及信号解调的可靠性;其电路结构简单，可有效地解决传统M-BUS主机的带载能力弱、通讯不稳定等缺陷，具有很强的实用价值和市场推广价值。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例的控制原理框图；
[0019]图2是本实用新型实施例的总线端接电路的电路结构图；
[0020]图3是本实用新型实施例的发送控制电路的电路结构图；
[0021]图4是本实用新型实施例的电流检测单元的电路结构图；
[0022]图5是本实用新型实施例的电源控制单元的电路结构图；
[0023]图6是本实用新型实施例的减法器的电路结构图；
[0024]图7是本实用新型实施例的第一比较器的电路结构图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0026]如图1至图7所示，本实施例提供的一种M-BUS主机电路系统，它包括根据M-BUS主机中的微控制器所产生的串口信号调控M-BUS总线的工作电源电压的发送控制电路a、通过M-BUS总线接收来自M-BUS从机的电流环信号并将电流环信号解调成数字信号的接收控制电路b以及用于根据M-BUS主机中的微控制器所产生的串口信号来消除M-BUS总线上的寄生电容的总线端接电路c，发送控制电路a、接收控制电路b和总线端接电路c通过M-BUS总线顺序连接。如此，利用设置的发送控制电路a对M-BUS总线的工作电源电压的大小的调控，可以向M-BUS总线提供不同电压且更大的功率，从而能够有效提高整个主机的带载能力以及提高调制信号的稳定性及信号的抗干扰能力;通过EMBUS-RX设置可控制接收控制电路b工作，当M-BUS主机发送数据时，关闭接收控制电路b，当数据发送结束时再打开接收控制电路b，当接收控制电路b工作时，在M-BUS总线上会存在寄生电容(尤其是当M-BUS总线比较长时寄生电容比较大)，此寄生电容会影响发送信号的调制、降低发送信号的质量以及通信的成功率，因此利用总线端接电路c来消除寄生电容的影响；而通过增设的接收控制电路b则可提高多总线的切换速度及信号解调的可靠性。
[0027]作为一个优选方案，如图2所示，本实施例的总线端接电路c包括第一三极管Ql(其可采用NPN型数字三极管)、第二三极管Q2(其可采用NPN型数字三极管)、第一电阻Rl和第二电阻R2;其中，第一三极管Ql的基极作为串口信号接收端TXD，第二三极管Q2的集电极通过第二电阻R2连接接收控制电路b的输入端，第二三极管Q2的基极连接第一三极管Ql的集电极，第一三极管Ql的发射极和第二三极管Q2的发射极同时接地。如此，当接收端TXD= I (即:M-BUS主机中的微控制器产生串口信号时，逻辑电平为I)时，第一三极管Ql导通，第二三极管Q2不导通，总线端接电路c处于无电流状态；当接收端TXD = 0(即:M-BUS主机中的微控制器没有产生串口信号或者串口信号产生结束时，逻辑电平为O)时，第一三极管Ql和第二三极管Q2同时导通，在第二电阻R2和第二三极管Q2对地会产生一个电流，该电流可消除M-BUS总线上寄生电容对调制信号的影响，从而有利于提高M-BUS主机的通信信号的质量。
[0028]为最大限度地优化整个发送控制电路a的电路结构，以保证对M-BUS总线的工作电源电压的大小的调控效果，如图3所示，本实施例的发送控制电路a包括第三三极管Q3(其可采用NPN型数字三极管)、第一MOS管Q4(其可采用P沟道MOS管)和第一二极管Dl;其中，第三三极管Q3的基极作为串口信号接收端TXD、发射极接地、集电极连接第一MOS管Q4的栅极并通过第四电阻R4连接第一 MOS管Q4的漏极，第三三极管Q3的基极同时通过第三电阻R3连接有VCC电源VCC，第一 MOS管Q4的源极和第一二极管Dl的阴极同时连接接收控制电路b的输入端，第一二极管Dl的阳极和第一 MOS管Q4的漏极分别连接M-BUS总线的供电电源。如此，为便于说明，第一二极管Dl的阳极侧的M-BUS总线的供电电源标记为V2，第一MOS管Q4漏极侧的M-BUS总线的供电电源标记为VI;当接收端TXD= I时，第一MOS管Q4的漏极与源极导通，M-BUS总线的供电电源为VI;当接收端TXD = O时，第一MOS管Q4的漏极与源极不导通，M-BUS总线的供电电源为V2;从而可使发送控制电路a工作时，M-BUS总线的电源电压有所差异，以此向M-BUS从机发送通信数据流，并提供更大的带载能力。
[0029]作为一个优选方案，为保证最终信号输出的可靠性以及信号解调的效果，本实施例的第一 MOS管Q4的漏极与第一二极管Dl的阳极之间的压差为+12V，S卩:V1=V2+12V。
[0030]为最大限度地优化整个电路系统的结构，使接收控制电路b能够准确的调制出M-BUS从机的电流环信号，如图1所示，本实施例的接收控制电路b包括通过M-BUS总线接收来自M-BUS从机上的通信信号的电流检测单元1、用于将电流检测单元I输出的电压信号解调成电流环信号并输出的电流环解调单元以及用于分别向电流检测单元I和电流环解调单元提供工作电源和参考电源的电源控制单元。如此，当M-BUS主机发送数据时(即发送控制电路a和总线端接电路c工作，接收控制电路b不工作时)，电源控制单元处于关闭状态，从而可以减少发送控制电路a对接收控制电路b的干扰；当M-BUS主机发送数据结束时(即发送控制电路a和总线端接电路c不工作，接收控制电路b工作时)，电源控制单元则处于开启状态；此时电源控制单元可通过向电流检测单元I和电流环解调单元提供参考电压源，以保证其解调出M-BUS从机所需要的电流环信号的质量。
[0031]作为一个优选方案，如图4所示，本实施例的电流检测单元I包括电流检测芯片Ul(其可根据具体情况采用诸如MAX4080型电流采样芯片)和采样电阻Rx，采样电阻Rx串接于电流检测芯片Ul的pinl引脚和pin8引脚之间，发送控制电路a的输出端和总线端接电路的输出端分别与电流检测芯片U的pinl引脚和pin8引脚相连，电流检测芯片Ul的电压输出引脚连接电流环解调单元的输入端、电源引脚与电源控制单元的输出端相连。
[0032]作为一个优选方案，如图5所示，本实施例的电源控制单元包括顺序连接的第一电源管理芯片U2(其可根据具体情况采用诸如LP2591型稳压芯片)和第二电源管理芯片U3(其可根据具体情况采用诸如LM7805型稳压芯片)，第一电源管理芯片U2上形成有电源输入端VIN和控制信号输入端ENMBUS-RX，第二电源管理芯片U3上形成有第一电源端脚VREF(即:参考电压源端脚)，在第一电源管理芯片Ul与第二电源管理芯片U2之间形成有第二电源端脚VRX(S卩:工作电压源端脚)，第一电源端脚VREF分别与电流检测单元1(具体为电流检测芯片Ul的电源引脚)和电流环解调单元相连，第二电源端脚VRX与电流环解调单元相连;从而，当M-BUS主机发送数据时，电源控制单元处于关闭状态，当M-BUS主机发送数据结束时，电源控制单元处于开启状态。
[0033]为保证能够准确地解调出电流环信号，本实施例的电流环解调单元包括顺序连接于电流检测单元I的输出端的减法器2和第一比较器4;其中:
[0034]如图6所示，减法器2包括第一运算放大器Al，第一运算放大器Al的同相端通过第五电阻R5连接电源控制单元的输出端(具体为第二电源端脚VREF)、反相端通过顺序串联的第六电阻R6和第七电阻R7连接电流检测芯片Ul的输出端并通过相互并联的第八电阻R8和第一电容Cl连接第一运算放大器Al的输出端，第五电阻R5与第七电阻R7之间还顺序连接有第二电容C2和第三电容C3，第一运算放大器Al的电源负极、第二电容C2和第三电容C3同时接地，第一运算放大器Al的电源正极还同时连接电源控制单元的输出端(具体为第一电源端脚VRX)；
[0035]如图7所示，第一比较器4包括第二运算放大器A2、第二二极管D2和第三二极管D3，第二运算放大器A2的同相端通过第九电阻R9连接第一运算放大器Al的输出端、反相端通过顺序连接的第十电阻RlO和第二二极管D2连接第一运算放大器Al的输出端并通过顺序连接的第十二电阻R12和第三二极管D3连接电源控制单元的输出端，第二运算放大器A2的反相端还通过第十一电阻Rll连接第二运算放大器A2的电源负极并接地，在第十一电阻Rll的两端还并联有第四电容C4，第二运算放大器A2的输出端还通过第五电容C5连接第二运算放大器A2的同相端，第二运算放大器A2的输出端作为电流环信号的输出端RXD。如此，电流检测单元1(具体为电流检测芯片Ul)输出的信号经过电流环解调单元的比较运算后可准确地解调出M-BUS从机的通信电流信号。
[0036]为保证整个电路系统的安全性，本实施例的接收控制电路b还包括一连接于电流检测单元I的输出端以用于根据电流检测单元I检测到的电流信号输出过载信号的过载信号发生单元，本实施例的过载信号发生单元包括顺序连接的电压跟随器5和第二比较器6，第二比较器6与第一比较器4的电路结构相同；以此，如果电流检测单元I接收到的电流信号超过限值时，过载信号发生单元可对外输出过载报警信号，从而提高整个电路系统的安全性。
[0037]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种M-BUS主机电路系统，其特征在于:它包括用于调控M-BUS总线的工作电源电压的发送控制电路、通过M-BUS总线接收来自M-BUS从机的电流环信号并将电流环信号解调成数字信号的接收控制电路以及用于消除M-BUS总线上的寄生电容的总线端接电路，所述发送控制电路、接收控制电路和总线端接电路通过M-BUS总线顺序连接。2.如权利要求1所述的一种M-BUS主机电路系统，其特征在于:所述总线端接电路包括第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻，所述第一三极管的基极作为串口信号接收端，所述第二三极管的集电极通过第二电阻连接接收控制电路的输入端，所述第二三极管的基极连接第一三极管的集电极，所述第一三极管的发射极和第二三极管的发射极同时接地。3.如权利要求1所述的一种M-BUS主机电路系统，其特征在于:所述发送控制电路包括第三三极管、第一MOS管和第一二极管，所述第三三极管的基极作为串口信号接收端、发射极接地、集电极连接第一 MOS管的栅极并通过第四电阻连接第一 MOS管的漏极，所述第三三极管的基极同时通过第三电阻连接有VCC电源，所述第一 MOS管的源极和第一二极管的阴极同时连接接收控制电路的输入端，所述第一二极管的阳极和第一 MOS管的漏极分别连接M-BUS总线的供电电源。4.如权利要求3所述的一种M-BUS主机电路系统，其特征在于:所述第一MOS管的漏极与第一二极管的阳极之间的压差为+12V。5.如权利要求1-4中任一项所述的一种M-BUS主机电路系统，其特征在于:所述接收控制电路包括用于通过M-BUS总线接收来自M-BUS从机上的电流环信号的电流检测单元、用于将电流检测单元输出的电压信号解调成电流环信号并输出的电流环解调单元以及用于分别向电流检测单元和电流环解调单元提供工作电源和参考电源的电源控制单元。6.如权利要求5所述的一种M-BUS主机电路系统，其特征在于:所述电流检测单元包括电流检测芯片和采样电阻，所述采样电阻串接于电流检测芯片的Pinl引脚和PinS引脚之间，所述发送控制电路的输出端和总线端接电路的输出端分别与电流检测芯片的Pinl引脚和PinS引脚相连，所述电流检测芯片的电压输出引脚连接电流环解调单元的输入端、电源引脚与电源控制单元的输出端相连。7.如权利要求5所述的一种M-BUS主机电路系统，其特征在于:所述电源控制单元包括顺序连接的第一电源管理芯片和第二电源管理芯片，所述第一电源管理芯片上形成有电源输入端和控制信号输入端，所述第二电源管理芯片上形成有第一电源端脚，所述第一电源管理芯片与第二电源管理芯片之间形成有第二电源端脚，第一电源端脚分别与电流检测单元和电流环解调单元相连，所述第二电源端脚与电流环解调单元相连；当M-BUS主机发送数据时，所述电源控制单元处于关闭状态，当M-BUS主机发送数据结束时，所述电源控制单元处于开启状态。8.如权利要求5所述的一种M-BUS主机电路系统，其特征在于:所述电流环解调单元包括顺序连接于电流检测芯片的输出端的减法器和第一比较器； 所述减法器包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相端通过第五电阻连接电源控制单元的输出端、反相端通过顺序串联的第六电阻和第七电阻连接电流检测芯片的输出端并通过相互并联的第八电阻和第一电容连接第一运算放大器的输出端，所述第五电阻与第七电阻之间还顺序连接有第二电容和第三电容，所述第一运算放大器的电源负极、第二电容和第三电容同时接地，所述第一运算放大器的电源正极还同时连接电源控制单元的输出端； 所述第一比较器包括第二运算放大器、第二二极管和第三二极管，所述第二运算放大器的同相端通过第九电阻连接第一运算放大器的输出端、反相端通过顺序连接的第十电阻和第二二极管连接第一运算放大器的输出端并通过顺序连接的第十二电阻和第三二极管连接电源控制单元的输出端，所述第二运算放大器的反相端还通过第十一电阻连接第二运算放大器的电源负极并接地，所述第十一电阻的两端还并联有第四电容，所述第二运算放大器的输出端还通过第五电容连接第二运算放大器的同相端，所述第二运算放大器的输出端作为电流环信号的输出端。9.如权利要求8所述的一种M-BUS主机电路系统，其特征在于:所述接收控制电路还包括一连接于电流检测单元的输出端以用于根据电流检测单元检测到的电流信号输出过载信号的过载信号发生单元，所述过载信号发生单元包括顺序连接的电压跟随器和第二比较器，所述第二比较器与第一比较器的电路结构相同。
【文档编号】G08C19/00GK205610665SQ201620346026
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】薛月兵, 薛海军, 黄本同
【申请人】深圳三富通讯有限公司