專利名稱：M-bus總線主站數(shù)據(jù)接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于現(xiàn)場總線控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于M-BUS主站的數(shù)據(jù)接收裝 置，可用于M-BUS總線的水電氣熱表、工業(yè)現(xiàn)場儀表、消防報警及聯(lián)動控制、智能家居、樓宇 和小區(qū)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
M-BUS (Meter-BUS，EW434-3)是消費(fèi)類儀表國際通行標(biāo)準(zhǔn)。是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的 現(xiàn)場總線，具有良好的開放性，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線結(jié)構(gòu)，采用普通的兩芯電纜連接，同時完 成電源供電和數(shù)據(jù)通信的功能，在連接時不用區(qū)分極性，可按照任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)布線施工，其 施工成本和難度大大下降。M-BUS總線電氣接口應(yīng)符合下列要求
在從站由主站供電時，每個從站獲得不大于2mA的電流，主站驅(qū)動能力應(yīng)不小于64個 從站。主站至從站的信息傳輸是通過電平變化的方式來實(shí)現(xiàn)的。傳號(邏輯電平為“1”) 時總線電壓應(yīng)比空號時的總線電壓大10V，且總線電壓小于等于42V;空號(邏輯電平為 “0”)時總線電壓應(yīng)大于12V。從站至主站信息傳輸是通過從站電流大小的變化來實(shí)現(xiàn)的。傳號(邏輯電平“ 1 ”) 時傳號電流為OmA 1. 5mA ；空號(邏輯電平“0”)時空號電流為在傳號電流值的基礎(chǔ)上 增加約IlmA 20mA;總線空閑時，主、從站應(yīng)保持傳號狀態(tài)。M-BUS總線主機(jī)接收電路通過檢測總線上的電流變化，解調(diào)后得到從站返回的數(shù)
據(jù)信息。當(dāng)前的M-BUS總線主站接收電路一般通過一個較大的電流采樣電阻將電流信號 轉(zhuǎn)換為電壓信號，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收，存在以下不足
M-BUS總線上串聯(lián)較大容量的采樣電阻，導(dǎo)致M-BUS總線輸出電壓降低，影響通信距 離、降低帶從站數(shù)量。接收電路靈敏度不高，抗干擾能力差，通信成功率低。不能自動適應(yīng)總線負(fù)載變化，增加或減少從站引起的總線負(fù)載變化使得數(shù)據(jù)接收 不穩(wěn)定，影響數(shù)據(jù)通信。電流信號與解調(diào)后的接收數(shù)據(jù)不一致，波形失真，影響數(shù)據(jù)通信。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置，其特征 是在總線上串聯(lián)一個小容量的電流采樣電阻，采用電流檢測、差分放大、負(fù)載自適應(yīng)技術(shù) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案
一種M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置，包括電流采樣電阻、電流檢測放大電路、信號處理
3電路和信號比較電路，其特征在于
所述電流采樣電阻串聯(lián)在M-BUS總線上；
所述電流檢測放大電路的輸入端連接至所述電流采樣電阻的兩端，輸出端連接至信號 處理電路；
所述信號處理電路的輸入端連接至所述電流檢測放大電路的輸出端，輸出端連接至所 述信號比較電路的輸入端；
所述信號比較電路的輸入端連接至所述信號處理電路的輸出端，輸出端為解調(diào)后的總 線接收數(shù)據(jù)，供控制器(如單片機(jī))處理。根據(jù)M-BUS總線標(biāo)準(zhǔn)要求，從站至主站信息傳輸是通過從站電流大小的變化來實(shí) 現(xiàn)的。傳號(邏輯電平“1”)時傳號電流為OmA 1. 5mA ；空號(邏輯電平“0”)時空號電 流為在傳號電流值的基礎(chǔ)上增加約IlmA 20mA ；總線空閑時，主、從站應(yīng)保持傳號狀態(tài)。M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置實(shí)現(xiàn)M-BUS總線電流的檢測、解調(diào)，得到里面包括的 總線接收數(shù)據(jù)，供控制器(如單片機(jī))處理。所述電流采樣電阻是一個小容量電阻，M-BUS總線電流在此電阻上產(chǎn)生微小的電 壓降信號，提供給后續(xù)電路。所述電流檢測放大電路包括電流檢測放大器U1，第二電阻R2、第三電阻R3 ；電流 檢測放大器Ul檢測電流采樣電阻兩端的電壓信號，所述第二電阻R2連接在電流采樣電阻 一端和與該電流采樣電阻一端對應(yīng)的電流檢測放大器Ul輸入端之間，所述第三電阻R3連 接在所述電流檢測放大器Ul輸出端與接地端之間。電流檢測放大器Ul對所采集的電壓信 號進(jìn)行差分放大，所述第二電阻R2、第三電阻R3用于設(shè)定電壓放大倍數(shù)。所述電流檢測放大電路是一個電流檢測放大電路，檢測電流采樣電阻兩端的電壓 降信號，并對其進(jìn)行差分放大，有效地實(shí)現(xiàn)了對共模輸入(干擾)信號的抑制作用和對差模 輸入(有效)信號的放大作用，電流檢測放大電路可以是電流檢測放大器、差分放大器、差動 放大器、儀表放大器或多個運(yùn)算放大器組合電路。電流檢測放大電路是電流檢測放大器或差分放大器或差動放大器或儀表放大器 或多個運(yùn)算放大器組合電路。所述信號處理電路優(yōu)選為一個由運(yùn)算放大器U2組成的減法器電路，與所述電流 檢測放大電路輸入的電壓信號相減，實(shí)現(xiàn)對該輸入信號的轉(zhuǎn)換處理，使之符合后續(xù)電路要 求。所述信號比較電路包括比較器U3、二極管D1、電容Cl、第八電阻R8、第九電阻R9、 第十電阻R10，所述信號處理電路輸出端通過第九電阻R9連接到比較器U3的正相輸入端， 信號處理電路輸出端依次通過二極管D1、第十電阻RlO連接到比較器U3的反相輸入端，電 容Cl和第八電阻R8并聯(lián)連接在二極管Dl負(fù)極和比較器U3反相輸入端的連線與地之間。 該信號比較電路是一個比較、解調(diào)電路，輸入的信號經(jīng)此電路比較、解調(diào)后得到包含有效總 線數(shù)據(jù)接收的信號，比較器的參考點(diǎn)能自動適應(yīng)，對總線負(fù)載變化引起的輸入電壓變化能 自動適應(yīng)，使數(shù)據(jù)接收穩(wěn)定可靠。本發(fā)明的有益效果=M-BUS總線上串聯(lián)的電流采樣電阻小，基本無電壓降，通信 距離遠(yuǎn)；接收電路采用差分電流檢測技術(shù)，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)；具有負(fù)載自動適應(yīng)功 能，增加或減少從站引起的總線負(fù)載變化影響數(shù)據(jù)通信；M-BUS總線的電流信號與解調(diào)后的接收數(shù)據(jù)一致，無失真，不影響數(shù)據(jù)通信。


圖1是本發(fā)明的總體原理示意圖； 圖2是本發(fā)明中關(guān)鍵點(diǎn)信號波形示意圖3是本發(fā)明中電流檢測放大電路原理示意圖； 圖4是本發(fā)明中信號處理電路原理示意圖； 圖5是本發(fā)明中信號比較電路原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明
如附圖1所示，M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置，主要包括電流采樣電阻、電流檢測放大 電路、信號處理電路和信號比較電路，其特征在于 所述電流采樣電阻串聯(lián)在M-BUS總線上；
所述電流檢測放大電路的輸入端連接至所述電流采樣電阻的兩端，輸出端連接至信號 處理電路；
所述信號處理電路的輸入端連接至所述電流檢測放大電路的輸出端，輸出端連接至所 述信號比較電路的輸入端；
所述信號比較電路的輸入端連接至所述信號處理電路的輸出端，輸出端為解調(diào)后的總 線接收數(shù)據(jù)；
根據(jù)M-BUS總線標(biāo)準(zhǔn)要求，從站至主站信息傳輸是通過從站電流大小的變化來實(shí)現(xiàn) 的。傳號(邏輯電平“1”)時傳號電流為OmA 1. 5mA ；空號(邏輯電平“0”)時空號電流 為在傳號電流值的基礎(chǔ)上增加約IlmA 20mA ；總線空閑時，主、從站應(yīng)保持傳號狀態(tài)。M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置實(shí)現(xiàn)M-BUS總線電流的檢測、解調(diào)，得到里面包括的 接收數(shù)據(jù)。如附圖2所示，為本實(shí)施例中各電路模塊關(guān)鍵點(diǎn)信號波形示意圖，以從站返回的 一個串行字符數(shù)據(jù)68H = 01101000B為例說明。一個字符傳輸時，由一位低電平的起始位 S開始，接著傳輸8位數(shù)據(jù)位(按低位在前，高位在后的順序傳輸，即00010110)，最后傳輸?shù)?是高電平的停止位P。在本實(shí)施例中，設(shè)計為
M-BUS總線空號(邏輯電平“0”)時，其電流為rta
M-BUS總線傳號(邏輯電平“1”，空閑狀態(tài))時，其電流為ΠΛ，則有rta > Ibb
M-BUS總線從站發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線變化電流(數(shù)據(jù)電流)
Δ Ib=Iba-Ibb(llmA ^Δ Ib ^ 20mA)
則電流采樣電阻Rl兩端的電壓降
空號時電壓降
Vba=IbaXRl
傳號時電壓降
Vbb=IbbXRl數(shù)據(jù)傳輸時電壓降差
權(quán)利要求
1.一種M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置，所述接收裝置用于實(shí)現(xiàn)M-BUS總線電流的檢測、 解調(diào)，該接收裝置包括電流采樣電阻、電流檢測放大電路、信號處理電路和信號比較電路， 其特征在于所述電流采樣電阻串聯(lián)在M-BUS總線上；所述電流檢測放大電路的輸入端連接至所述電流采樣電阻的兩端，電流檢測放大電路 的輸出端連接至信號處理電路的輸入端；所述信號處理電路的輸出端連接至所述信號比較電路的輸入端；所述信號比較電路的輸出端為解調(diào)后的總線接收數(shù)據(jù)，供控制器處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置，其特征在于所述電流檢測放大電路包括電流檢測放大器(U1)，第二電阻(R2)、第三電阻(R3)；電 流檢測放大器(Ul)檢測電流采樣電阻兩端的電壓信號，所述第二電阻(R2)連接在電流采 樣電阻一端和與該電流采樣電阻一端對應(yīng)的電流檢測放大器(Ul)輸入端之間，所述第三電 阻(R3)連接在所述電流檢測放大器(Ul)輸出端與接地端之間；電流檢測放大器(Ul)對所采集的電壓信號進(jìn)行差分放大，所述第二電阻(R2)、第三電 阻(R3)用于設(shè)定電壓放大倍數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置，其特征在于電流檢測 放大電路是電流檢測放大器或差分放大器或差動放大器或儀表放大器或多個運(yùn)算放大器 組合電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置，其特征在于所述信號處理 電路優(yōu)選為一個由運(yùn)算放大器(U2)組成的減法器電路，與所述電流檢測放大電路輸入的電 壓信號相減，實(shí)現(xiàn)對該輸入信號的轉(zhuǎn)換處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置，其特征在于所述信號比 較電路包括比較器(U3)、二極管(D1)、電容(Cl)、第八電阻(R8)、第九電阻(R9)、第十電阻 (R10)，所述信號處理電路輸出端通過第九電阻(R9)連接到比較器(U3)的正相輸入端，信 號處理電路輸出端依次通過二極管(D1)、第十電阻(RlO)連接到比較器(U3)的反相輸入 端，電容(Cl)和第八電阻(R8)并聯(lián)連接在二極管(Dl)負(fù)極和比較器(U3)反相輸入端的連 線與地之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種M-BUS總線主站數(shù)據(jù)接收裝置，其在M-BUS總線中串聯(lián)一個小容量電流采樣電阻，基本無電壓降，帶從站能力強(qiáng)，通信距離遠(yuǎn)；采用差分電流檢測技術(shù)檢測電流采樣電阻兩端的電壓降信號，并對其進(jìn)行差分放大，有效地實(shí)現(xiàn)了對共模輸入(干擾)信號的抑制作用和對差模輸入(有效)信號的放大作用，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)；具有負(fù)載自動適應(yīng)功能，對總線負(fù)載變化能自動適應(yīng)，使數(shù)據(jù)接收穩(wěn)定可靠；M-BUS總線的電流信號與解調(diào)后的接收數(shù)據(jù)一致，無失真，不影響數(shù)據(jù)通信。
文檔編號G05B19/04GK102129226SQ201010594179
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月18日
發(fā)明者張剛, 李勇, 魏慶華 申請人:重慶市智能水表有限責(zé)任公司