專利名稱：M-bus總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路的制作方法
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M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，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)是消費類儀表國際通行標準。是一種經(jīng)濟實惠的現(xiàn)場總線，具有良好的開放性，其拓撲結(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，可按照任意拓撲結(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
主站至從站的信息傳輸是通過電平變化的方式來實現(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總線主站接收數(shù)據(jù)時，需將M-BUS總線的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后解調(diào)得到有效的數(shù)據(jù)信息；從站接收數(shù)據(jù)時，需將M-BUS總線的電壓信號進行無極性轉(zhuǎn)換后解調(diào)得到有效的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)M-BUS總線要求，轉(zhuǎn)換后的電壓信號中包含有直流分量信號， 需要處理去掉這部分信號才能得到有效信號。當前的M-BUS總線主、從站數(shù)據(jù)接收是建立一個直流電壓參考信號，與M-BUS總線的電壓信號比較而解調(diào)得到有效的數(shù)據(jù)信息，存在以下不足
電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性不高。接收電路靈敏度不高，抗干擾能力差，通信成功率低。自動適應(yīng)總線負載變化的能力不強，增加或減少從站引起的總線負載變化使得數(shù)據(jù)接收不穩(wěn)定，影響數(shù)據(jù)通信。解調(diào)后的數(shù)據(jù)與總線的數(shù)據(jù)不一致，濾形失真，影響數(shù)據(jù)通信。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，對輸入的 M-BUS總線信號進行轉(zhuǎn)換、隔直、放大和整形處理，解調(diào)后得到有效的數(shù)據(jù)信息，實現(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總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，包括信號轉(zhuǎn)換電路、隔直電路、放大電路和整形電路， 其特征在于所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端為M-BUS總線信號輸入，輸出端連接至所述隔直電路的輸入端；
所述隔直電路的輸入端連接至所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端，輸出端連接至所述放大電路的輸入端；
所述放大電路的輸入端連接至所述隔直電路的輸出端，輸出端連接至所述整形電路的輸入端；
所述整形電路的輸入端連接至所述放大電路的輸出端，輸出端為解調(diào)后的總線接收數(shù)據(jù)，供微控制器處理。根據(jù)M-BUS總線標準要求，主站至從站的信息傳輸是通過電平變化的方式來實現(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總線主站接收數(shù)據(jù)時，需將M-BUS總線的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后解調(diào)得到有效的數(shù)據(jù)信息；從站接收數(shù)據(jù)時，需將M-BUS總線的電壓信號進行無極性轉(zhuǎn)換后解調(diào)得到有效的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)M-BUS總線要求，轉(zhuǎn)換后的電壓信號中包含有直流分量信號， 需要處理去掉這部分信號才能得到有效信號。所述信號轉(zhuǎn)換電路是將M-BUS總線信號進行電流——電壓轉(zhuǎn)換或極性轉(zhuǎn)換，以利于后續(xù)電路處理。所述隔直電路是一個高通濾波電路，將輸入信號中的直流分量去除，讓有效信號通過。所述放大電路是將輸入的信號放大，以利于后續(xù)電路處理。所述整形電路是對輸入的電壓信號進行比較整形，得到包含有效數(shù)據(jù)信息的信號供微控制器處理。M-BUS總線的信號經(jīng)所述信號轉(zhuǎn)換電路進行電流——電壓轉(zhuǎn)換或極性轉(zhuǎn)換后，得到含有直流分量和有效信號的電壓信號，通過所述隔直電路將其中的直流分量濾除，經(jīng)所述放大電路將有效信號進行放大，再通過所述整形電路對信號進行比較整形，得到包含有效數(shù)據(jù)信息的信號供微控制器處理。本發(fā)明的有益效果電路簡單，靈敏度高，抗干擾能力強；負載自動適應(yīng)能力強， 增加或減少從站引起的總線負載變化不影響數(shù)據(jù)通信；解調(diào)后的數(shù)據(jù)與總線的數(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)鍵點信號波形示意圖3(a)和圖3 (b)是本發(fā)明中信號轉(zhuǎn)換電路原理示意圖； 圖4是本發(fā)明中隔直電路和放大電路原理示意圖； 圖5是本發(fā)明中整形電路原理示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步地詳細描述。如附圖1所示，一種M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，包括信號轉(zhuǎn)換電路、隔直電路、放大電路和整形電路，其特征在于
所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端為M-BUS總線信號輸入，輸出端連接至所述隔直電路的輸入端；
所述隔直電路的輸入端連接至所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端，輸出端連接至所述放大電路的輸入端；
所述放大電路的輸入端連接至所述隔直電路的輸出端，輸出端連接至所述整形電路的輸入端；
所述整形電路的輸入端連接至所述放大電路的輸出端，輸出端為解調(diào)后的總線接收數(shù)據(jù)，供微控制器處理。根據(jù)M-BUS總線標準要求，主站至從站的信息傳輸是通過電平變化的方式來實現(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總線主站接收數(shù)據(jù)時，需將M-BUS總線的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后解調(diào)得到有效的數(shù)據(jù)信息；從站接收數(shù)據(jù)時，需將M-BUS總線的電壓信號進行無極性轉(zhuǎn)換后解調(diào)得到有效的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)M-BUS總線要求，轉(zhuǎn)換后的電壓信號中包含有直流分量信號， 需要處理去掉這部分信號才能得到有效信號。所述信號轉(zhuǎn)換電路是將M-BUS總線信號進行電流——電壓轉(zhuǎn)換或極性轉(zhuǎn)換，以利于后續(xù)電路處理。所述隔直電路是將輸入信號中的直流分量去除，讓有效信號通過。所述放大電路是將輸入的信號放大，以利于后續(xù)電路處理。所述整形電路是對輸入的電壓信號進行比較整形，得到包含有效數(shù)據(jù)信息的信號供微控制器處理。如附圖2所示，為本實施例中各電路模塊關(guān)鍵點信號波形示意圖，以M-BUS總線的有效數(shù)據(jù)一個串行字符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)氖歉唠娖降耐Ｖ刮籔。M-BUS總線接收數(shù)據(jù)時，主站接收時是電流信號，從站接收時是無極性的電壓信號，均需通過所述信號轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后輸入到所述隔直電路，如圖3(a)和圖3 (b)所示，圖 3(a)所示為主站信號轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用于主站接收數(shù)據(jù)，圖3(b)所示從站信號轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用于從站接收數(shù)據(jù)。如附圖3(a)所示，所述主站信號轉(zhuǎn)換電路用于主站接收數(shù)據(jù)，是一個電流——電壓轉(zhuǎn)換電路，由電流檢測放大器U1，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3組成；所述第一電阻Rl串聯(lián)在M-BUS總線上，其高壓端通過所述第二電阻R2連接至所述電流檢測放大器 Ul的反向輸入端，其低壓端連接至所述電流檢測放大器Ul的同相輸入端；所述第三電阻R3 連接在所述電流檢測放大器Ul的輸出端與M-BUS負端之間。 M-BUS總線的電流在所述第一電阻Rl的兩端產(chǎn)生電壓降信號，電流檢測放大器Ul 對該信號進行差分檢測放大，以利于后續(xù)電路處理。所述第二電阻R2、第三電阻R3用于設(shè)定電壓放大倍數(shù)，有
如附圖3(b)所示，所述從站信號轉(zhuǎn)換電路用于從站接收數(shù)據(jù)，是一個由橋堆Dl (或4 個二極管)組成的極性轉(zhuǎn)換電路，將輸入的M-BUS總線無極性電壓信號轉(zhuǎn)換為有極性的信號 Vsen和GND輸出。 如附圖4所示，所述隔直電路是一個高通濾波電路，由第一電容Cl和第四電阻R4 組成的RC無源高通濾波器；所述信號轉(zhuǎn)換電路輸出端Vsen通過所述第一電容Cl連接至輸出端，所述第四電阻R4連接在輸出端與電源地之間。令t=R4C1，稱為時間常數(shù)，則有
分析可知，當f很小時，A(f)=0，信號完全被阻擋，不能通過；當f很大時，A(f)=l信號不受衰減的通過。所述隔直電路還可以是有源高通濾波電路。結(jié)合圖2，M-BUS總線信號經(jīng)所述信號轉(zhuǎn)換電路后的信號Vsen中含有直流分量信號和有效信號，經(jīng)過所述隔直電路后輸出的信號Vps，直流分量信號被有效阻擋，有效信號被允許通過(有衰減)，使得輸出信號Vps中不含有直流成分，與輸入信號中的直流分量無關(guān)，即與總線負載數(shù)量無關(guān)，能自動適應(yīng)總線負載變化。如附圖4所示，所述放大電路是一個由運算放大器U2、第五電阻R5、第六電阻R6 組成的同相放大器電路；所述隔直電路的輸出端連接至所述運算放大器U2的同相輸入端， 所述第五電阻R5的一端連接所述運算放大器U2的輸出端，另一端連接所述第六電阻R6的一端，所述第六電阻R6的另一端接地，所述第五電阻R5與所述第六電阻R6的接點連接至所述運算放大器U2的反相輸入端。所述放大電路對輸入的信號進行放大，以利于后續(xù)電路處理，所述第五電阻R5、第六電阻R6用于設(shè)定電壓放大倍數(shù)，有
權(quán)利要求
1.一種M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，包括信號轉(zhuǎn)換電路、隔直電路、放大電路和整形電路，其特征在于M-BUS總線信號輸入連接所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接所述隔直電路的輸入端；所述隔直電路的輸出端連接所述放大電路的輸入端，所述放大電路的輸出端連接整形電路的輸入端；所述整形電路的輸出端為M-BUS總線信號解調(diào)后的輸出信號，供微控制器處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，其特征在于所述信號轉(zhuǎn)換電路為主站信號轉(zhuǎn)換電路或從站信號轉(zhuǎn)換電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，其特征在于所述主站信號轉(zhuǎn)換電路用于主站接收數(shù)據(jù)，主要由電流檢測放大器(U1)、第一電阻 (R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)組成；所述第一電阻(Rl)串聯(lián)在M-BUS總線上，其高壓端通過所述第二電阻(R2)連接至所述電流檢測放大器(Ul)的反向輸入端，其低壓端連接至所述電流檢測放大器(Ul)的同相輸入端，所述第三電阻(R3)連接在所述電流檢測放大器(Ul)的輸出端與M-BUS負端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，其特征在于所述從站信號轉(zhuǎn)換電路用于從站接收數(shù)據(jù)，是由橋堆或4個二極管組成的極性轉(zhuǎn)換電路，將輸入的M-BUS總線無極性電壓信號轉(zhuǎn)換為有極性的信號輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，其特征在于所述隔直電路是一個高通濾波電路，將輸入信號中的直流分量去除，讓有效信號通過。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，其特征在于所述高通濾波電路是由第一電容(Cl)和第四電阻(R4)組成的RC無源高通濾波器；所述信號轉(zhuǎn)換電路輸出端通過所述第一電容(Cl)連接至所述放大電路的輸入端，所述第四電阻(R4)連接在放大電路的輸入端與電源地之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，其特征在于所述放大電路是一個由運算放大器(U2)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)組成的同相放大器電路；所述隔直電路的輸出端連接至所述運算放大器(U2)的同相輸入端，所述第五電阻(R5)的一端連接所述運算放大器(U2)的輸出端，另一端連接所述第六電阻(R6)的一端， 所述第六電阻(R6)的另一端接地，所述第五電阻(R5)與所述第六電阻R6的接點連接至所述運算放大器(U2)的反相輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，其特征在于整形電路是一個由電壓比較器(U3)、第七電阻(R7)、第八電阻(R8)組成的過零比較電路；所述放大電路的輸出端通過所述第七電阻(R7)連接至電壓比較器(U3)的同相輸入端；所述電壓比較器(U3)的反相輸入端接電源地；第八電阻(R8)—端連接電壓比較器(U3) 的輸出端，另一端接正電壓VCC;所述電壓比較器(U3)輸出端為解調(diào)電路的輸出，連接至微控制器的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種M-BUS總線數(shù)據(jù)解調(diào)電路，可用于M-BUS總線主、從站的數(shù)據(jù)接收，包括信號轉(zhuǎn)換電路、隔直電路、放大電路和整形電路；所述信號轉(zhuǎn)換電路對M-BUS總線信號進行電流——電壓轉(zhuǎn)換或極性轉(zhuǎn)換；所述隔直電路是將輸入信號中的直流分量去除，讓有效信號通過；所述放大電路對輸入的信號進行放大；所述整形電路對輸入的信號進行比較整形，得到包含有效數(shù)據(jù)信息的信號，供微控制器處理。本發(fā)明電路簡單，靈敏度高，抗干擾能力強；負載自動適應(yīng)能力強，增加或減少從站引起的總線負載變化不影響數(shù)據(jù)通信；解調(diào)后的數(shù)據(jù)與總線的數(shù)據(jù)一致，無失真，不影響數(shù)據(jù)通信。
文檔編號G05B19/042GK102495566SQ201110381198
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月26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