一种用于主机端的mbus电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种用于主机端的MBUS电路。
【背景技术】
[0002]MBUS作为一种主从半双工的通信技术，具有通信距离远、抗干扰能力强、供电灵活 等特点，广泛应用于各种仪表的数据采集中。传统的MBUS主机电路通常具有电路结构复 杂、接收动态范围小、过载响应速度慢、电磁兼容特性差、组网节点较少、从节点数量变动影 响抄表成功率等缺点，使得现场维护工作非常复杂。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本实用新型提供一种电路结构简单可靠、抗干扰能力强、实时过载 保护、支持子节点数量多、从节点数量变化对抄表无影响的用于主机端的MBUS电路。
[0004] 为解决上述问题，本实用新型采取的技术方案为：一种用于主机端的MBUS电路， 其特征在于：包括供电电源、电源控制电路、总线发送电路、过流保护电路、总线接收电路 以及信号耦合电路；其中信号耦合电路对控制单元发出的信号、MBUS总线接收信号进行光 耦隔离形成MBUS总线的数据发送信号MBUS_TX、收发控制信号MBUS_Con及数据接收信号 MCU_RX;所述的总线发送电路的输入端接至电源控制电路的输出端，同时总线发送电路接 入数据发送信号MBUS_TX，总线发送电路输出端经电流采样、电压转换得到的总线采样电压 BUS-与阈值电压共同输入过流保护电路，过流保护电路的输出端接至电源控制电路的输入 端；所述的总线接收电路将总线采样电压经两路处理：总线采样电压经过第一路处理后作 为第四比较器U4负极输入，总线采样电压经第二路处理后再经由收发控制信号MBUS_Con 控制的电子开关接入第四比较器U4的正极输入端，第四比较器U4输出作为数据接收信号 MBUS_RX〇
[0005] 所述的总线发送电路是这样的：电源控制电路的输出VMBUS-0UT经隔离电容Cl接 至线性稳压器LM317的电压输入端，数据发送信号MBUS_TX经电阻R13接至三极管Q2的基 极，三极管集电极经分压电阻R14、R15接至三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极经电阻 R16接至线性稳压器LM317的调节输入端，线性稳压器LM317的调节输入端经相并联的电阻 R17和电容C2接参考地GMBUS，线性稳压器LM317的调节输入端经并联的电阻R18和二极 管D3接至线性稳压器LM317的电压输出端；线性稳压器LM317的电压输出端经二极管D2 接至线性稳压器LM317的电压输入端，线性稳压器LM317的电压输出端经电容C3接参考地 GMBUS并经二极管D4输出总线电平BUS+，电容C3并联有相串联的分压电阻R19、R20,并由 分压电阻R20引出总线采样电压BUS-，总线电平BUS+、总线采样电压BUS-与参考地GMBUS 之间分别接有瞬间抑制二极管TVS1、TVS2,总线电平BUS+与总线采样电压BUS-之间接有 压敏电阻YM1。
[0006] 数据发送信号MBUS_TX输出高电平时，三极管Q2饱和导通，三极管Q3截止，线性 d Iη 稳压器LM317的反馈电阻等效为电阻R17,线性稳压器LM317输出电压为， /?18 (Vref为LM317调节输入端与电压输出端的压差，一般为1. 25V)为总线高电平；数据发送 信号MBUS_TX输出低电平时，三极管Q2截止，三极管Q3饱和导通，线性稳压器LM317的反馈 R\b*R\l 电阻等效为电阻R16与电阻R17的并联电阻，线性稳压器LM317输出，i?i6+/?i7fν，· 为总线低电平。二极管D2、D3防止输入、输出短路时线性稳压器LM317被烧坏；二极管D4 防止总线被高电平干扰损坏；瞬间抑制二极管TVS1、TVS2防止总线被静电损坏；压敏电阻 YM1防止总线被瞬间高压损坏，电阻R20为总线采样电阻。
[0007] 所述的过流保护电路是这样的：总线采样电压BUS-经电阻R11接至第一比较器 U1的负极输入端，电源VMBUS经分压电阻R12、R10分压得到阈值电压接入第一比较器U1的 正极输入端，第一比较器U1的输出端经电阻R9接至三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极 接至参考地GMBUS，三极管Q1的集电极经电阻R8接至场效应管Ml的栅极，同时经并联的稳 压二极管D1和电阻R7接至场效应管Ml的源极，场效应管Ml的源极接至电源VMBUS，场效 应管Ml的漏极作为电源控制电路的输出VMBUS-0UT。
[0008] 当总线采样电压BUSj、于阈值电压时，第一比较器U1输出高电平，驱动三极管Q1 饱和导通，场效应管Ml的栅、源极电压经R7、R8分压满足导通条件，电源控制电路的输出 VMBUS_0UT与电源VMBUS相同；当总线采样电压BUS_大于阈值电压时，第一比较器U1输出 低电平，三极管Q1截止，集电极对地电阻等效为无限大，场效应管Ml的栅源极电压几乎相 等，场效应管Ml截止，电源控制电路的输出VMBUS_0UT为0。电源控制电路的输出VMBUS_ OUT控制电源控制电路的开关。当电流超过设定的阈值时，电源控制电路被切断。
[0009] 所述的总线接收电路是这样的：总线采样电压BUS-经电阻R23接至第二比较器 U2的正极输入端，第二比较器U2的正极输入端经分压电阻R24、R25分别接电源VMBUS和参 考地GMBUS，第二比较器U2的负极输入端经电阻R21接参考地GMBUS，并经电阻R22接至第 二比较器U2的输出端，第二比较器U2的输出端经电阻R26接至第四比较器U4的负极输入 端；电源VMBUS经分压电阻R30、R31接至参考地GMBUS，参考地GMBUS经电阻R34接至第三 比较器U3的负极输入端，第三比较器U3的负极输入端经电阻R35接至第三比较器U3的输 出端，第三比较器U3的正极输入端经电阻R32接至相串联的电阻R30、R31之间，并经电阻 R33接至第二比较器U2的输出端，第三比较器U3的输出端经电阻R36接至场效应管M2的 源极，场效应管M2的漏极连接至场效应管M3的漏极，场效应管M2、M3的栅极并接至收发控 制信号MBUS_Con，场效应管M3源极接至第四比较器U4的正极输入端，并经电容C4接地， 第四比较器U4的输出端经电阻R27作为数据接收信号MBUS_RX。
[0010] 分压电阻R24、R25第二比较器U2提供合适的静态工作点。第二比较 器U2、电阻R21、电阻R22构成负反馈放大电路，因此第二比较器U2的输出电压为
Vbus为总线采样电压，VQ为U2的静态工 作点电压。通过配置电阻R21、R22、R23、R24、R25,使第二比较器U2的输出电压U2out 为10*(Vbus+V(j)，在电阻R32、R33远远大于电阻R30、R31的条件下，通过配置电阻R30、 m1 R31可以使R31的电压为P( '.)七70肌「，因此第三比较器U3的正极输入电压为 kj() +R31
。第三比较器U3、电阻R34、R35构成负反馈电路。第三比较器U3的 输出电压为
>，通过配置电阻R32、R33、R34、R35,使第三比 较器输出电压比第二比较器输出电压大70mV。主机发送数据前收发控制信号MBUS_Con输 出高电平，场效应管M2、M3导通为电容C4充电，使电容C4的电压为10*(Vbus+7^)+701^, 且为比较器U4正极输入，充电完成后，收发控制信号MBUS_Con输出低电平，场效应管 M2、M3断开使电容C4的电平保持。当从节点发送高电平时，第四比较器U4负极电压 为10*(Vbus+%)小于第四比较器U4的正极输入，第四比较器U4输出高电平；当从节 点发送低电平时（假设从节点发送低电平需要总线电流11mA)，第四比较器U4负极为 (10*(Vbus+V11))大于第四比较器U4的正极输入，第四比较器U4输出低电平。
[0011] 总线主节点每次发送数据前，电子开关（即场效应管M2、M3)导通，并为电容C4充 电，充电完成后，电子开关断开。
[0012] 总线从节点发送数据时，第四比较器U4正极为发送数据前采样的总线静态电平 并加70mv，比较器负极为总线动态电平。根据总线协议，从节点发送" 1"时，消耗0~1. 5mA 总线电流；从节点发送"〇"时，消耗11~20mA总线电流，因此可以将从节点数据检出。
[0013] 由于接收电路将总线电流放大10倍，降低了采样电阻的阻值与功率，增加了从节 点的数量，提高了电路的稳定性。总线主节点每次发送数据前都刷新比较器的基准电压，因 此总线节点的变化对抄表无影响。
[0014] 所述的信号耦合电路是这样的：控制单元发出的发送信号MCU_TX驱动第一光耦 后形成MBUS总线的数据发送信号MBUS_TX;控制单元发出的控制信号MCU_Con驱动第二光 耦后形成MBUS总线的收发控制信号MBUS_Con;MBUS总线数据接收信号MBUS_RX驱动第三 光耦后形成信号MCU_RX。
[0015] 总线的通信信号通过光耦进行隔离，可以有效保护主控电路，增加了电路的抗干 扰能力。
[0016] 本实用新型电路结构简单可靠、抗干扰能力强、实时过载保护、最多可支持320个 子节点、从节点数量变化对抄表无影响。此外采用光耦隔离的方式提高了抗干扰能力，增加 了过载实时保护功能。使用电子开关、电容实时存储总线静态电平，并实时刷新，提高了电 路的适应性。
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型的原理图；
[0018] 图2为信号耦合电路；
[0019] 图3为过流保护电路；
[0020] 图4为总线发送电路；
[0021] 图5为总线接收电路；
【具体实施方式】
[0022] 一种用于主机端的MBUS电路，如图1所示包括供电电源、电源控制电