本發(fā)明涉及的是一種在用電采集終端上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)mbus協(xié)議接口用來(lái)采集水表、熱量表、氣表數(shù)據(jù)的方法，具體涉及一種基于mbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口模塊采集水、熱、氣表的方法，屬于用電信息采集領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國(guó)正處于自動(dòng)化樓宇建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)作為其中重要的一環(huán)，正朝著自動(dòng)化及智能化方向發(fā)展；mbus(儀表總線(xiàn)）總線(xiàn)作為一種通訊方式，以其高性?xún)r(jià)比，在水熱測(cè)量?jī)x表中得到了廣泛的應(yīng)用，大大推動(dòng)了遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的發(fā)展。

目前，許多集成電路制造商提供了mbus接口芯片，如德州儀器的tss721；這些芯片在mbus通信類(lèi)設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于一些對(duì)成本敏感的設(shè)備，采用這類(lèi)芯片無(wú)疑會(huì)增加設(shè)備制造成本。

目前，各類(lèi)智能測(cè)量?jī)x表中均采用單片機(jī)控制設(shè)備運(yùn)行，而大部分單片機(jī)中都具備adc（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）模塊，因此，本文提出一種利用單片機(jī)（stm32f407）的adc功能，配合外部mbus接口電路，實(shí)現(xiàn)與水熱表的mbus通信。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種基于mbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采集水、熱、氣表的方法，其目的旨在方便與具備mbus接口的水、熱、氣表進(jìn)行通信。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：基于mbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采集水、熱、氣表的方法，該方法利用了基于mbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口模塊，基于mbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口模塊的結(jié)構(gòu)包括單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、發(fā)送電路單元、接收電路單元；其中，單片機(jī)串口的發(fā)送引腳與發(fā)送電路的輸入引腳相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入引腳與接收電路的發(fā)送引腳相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出引腳與單片機(jī)串口的輸入引腳相連，發(fā)送電路的輸出引腳和水、熱、氣表mbus接口的輸入引腳相連，水、氣、熱表mbus接口的輸出引腳和接收電路的輸入引腳相連。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1）將基于mbus標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議用于低壓電力線(xiàn)載波抄表終端，使得用電信息采集可以方便的抄讀mbus接口水表、熱表、氣表等；其電路帶動(dòng)負(fù)載多，抗干擾能力強(qiáng)、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在惡劣的情況下也能保證數(shù)據(jù)正常接收和發(fā)送；

2）接收電路采用ad值采樣來(lái)解析數(shù)據(jù)，在軟件實(shí)現(xiàn)方便也不復(fù)雜，可選的單片機(jī)硬件要求也不高，即時(shí)通信失敗短時(shí)間能恢復(fù)，保證數(shù)據(jù)可靠；

3）不采用專(zhuān)用的mbus接口芯片，而采用以stm32f407為中心，配合簡(jiǎn)易的外圍電路來(lái)模擬mbus數(shù)據(jù)收發(fā)，實(shí)現(xiàn)與從站的通信，因?yàn)榻邮胀鈬娐泛?jiǎn)化，降低了成本，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

附圖1是本發(fā)明的整個(gè)產(chǎn)品框架原理示意圖。

附圖2是本發(fā)明的應(yīng)用原理示意圖。

附圖3是發(fā)送電路單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖4是接收電路單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖5是adc的輸入引腳電壓波形。

附圖6是從站發(fā)送的報(bào)文波形圖。

附圖7是整個(gè)算法的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

基于mbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采集水、熱、氣表的方法，該方法利用了基于mbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口模塊，基于mbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口模塊的結(jié)構(gòu)包括發(fā)送電路單元、接收電路單元；其中，單片機(jī)串口的發(fā)送引腳與發(fā)送電路的輸入引腳相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入引腳與接收電路的發(fā)送引腳相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出引腳與單片機(jī)串口的輸入引腳相連，發(fā)送電路的輸出引腳和水、氣、熱表mbus接口的輸入引腳相連，水、熱、氣表mbus接口的輸出引腳和接收電路的輸入引腳相連。

所述的發(fā)送電路單元包括電阻、電容、肖基特二極管、穩(wěn)壓二極管、npn三極管、p道溝場(chǎng)效應(yīng)管，同時(shí)外部接入直流28v和12v電源，mcu發(fā)送端輸入高電平時(shí)，發(fā)送電路輸出28v,mcu發(fā)送端輸入低電平時(shí)，發(fā)送電路輸出12v，通過(guò)控制單片機(jī)發(fā)送引腳達(dá)到向外輸出數(shù)據(jù)的目的；其中，r19為5ω電流采樣電阻，作用是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，這個(gè)采樣電阻會(huì)跟著負(fù)載的不同r19上的壓降會(huì)有所不同，并傳送給接收電路；當(dāng)mbus發(fā)送高電平信號(hào)時(shí)，v5導(dǎo)通，vgs（場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與源極間電壓）電壓為，此時(shí)pmos（p道溝場(chǎng)效應(yīng)管）q4導(dǎo)通，mbus0tx（遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)發(fā)送）端輸出高電平；當(dāng)mbus發(fā)送低電平信號(hào)時(shí)，v5截止，vgs電壓為0v，此時(shí)q4截止，mbus0tx輸出低電平（12v）；r19為5ω電流采樣電阻，采樣電阻上的電壓信號(hào)mbus0-經(jīng)運(yùn)算放大器后可直接供mcu進(jìn)行adc（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）處理或經(jīng)比較器轉(zhuǎn)換成ttl（邏輯電平）電平后供mcu（單片機(jī)）處理；這個(gè)采樣電阻會(huì)跟著負(fù)載的不同r19上的壓降會(huì)有所不同。

所述接收電路單元包括采樣電阻、電容、運(yùn)算放大器；外部接入直流5v電源，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、偏置后，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入到單片機(jī)的接收引腳；在mbus發(fā)送電路中，mbus接收端輸入電流信號(hào)為0~20ma，采樣電阻上的mbus0-（遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)接收端）幅值為，然后該信號(hào)輸入到mbus接收電路中，通過(guò)運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行20db放大，放大后信號(hào)幅值為1v，運(yùn)算放大器的型號(hào)優(yōu)選sgm321。

所述接收電路單元中有隔直電容c90，隔直電容c90將mbus總線(xiàn)上因?yàn)殪o態(tài)電流造成的直流偏置信號(hào)隔除，電阻r76、r77、r46構(gòu)成運(yùn)放直流偏置電路,直流偏置電壓為，運(yùn)算放大器放大倍數(shù)為倍，直流偏置電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大約為1.2v，當(dāng)mbus0-端接收到信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)c90電容耦合，再經(jīng)過(guò)放大器放大，將信號(hào)直接輸入mcu的adc（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），由mcu處理。

算法作為mbus數(shù)據(jù)功能的一部分，其作用是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，所述接收電路單元和以下算法相互配合工作：根據(jù)mbus總線(xiàn)協(xié)議，主站通過(guò)檢測(cè)總線(xiàn)上是否出現(xiàn)11-20ma脈沖電流確定接收“0”還是“1”，當(dāng)有脈沖時(shí)，表示“0”，否則為“1”，結(jié)合接收電路，當(dāng)adc檢測(cè)到至少0.5v的電壓跳變時(shí)表示“0”，否則為“1”。

經(jīng)測(cè)試，adc的輸入引腳電壓波形如圖5所示；整個(gè)從站發(fā)送報(bào)文波形如圖6所示，從圖中可以看出，輸入電壓逐步下移，但電壓跳變值保持穩(wěn)定。

根據(jù)上述接收電壓波形特點(diǎn)，整個(gè)算法的原理如下：當(dāng)主站發(fā)送數(shù)據(jù)前，檢測(cè)總線(xiàn)上空閑時(shí)的電壓值，并作為接收時(shí)判斷起始位的參考電壓值；數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，得到正確數(shù)據(jù)供單片機(jī)使用；

具體解析過(guò)程如圖7所示：在adc看門(mén)狗模式中設(shè)置預(yù)期的閾值上限值，使能adc中斷，啟動(dòng)adc采樣；當(dāng)總線(xiàn)電壓變高，并超過(guò)閾值上限時(shí)，則會(huì)觸發(fā)adc中斷；在adc中斷服務(wù)程序中，關(guān)閉adc中斷，并啟動(dòng)定時(shí)器中斷，中斷周期為半個(gè)bit位的時(shí)間，用來(lái)采集起始位的電壓值，在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中，計(jì)算電壓值，比參考值電壓大0.5v以上則視為數(shù)據(jù)起始位，并啟動(dòng)周期為1個(gè)bit位時(shí)間的定時(shí)器中斷，采集數(shù)據(jù)位，校驗(yàn)位及停止位的電壓值；否則，重新檢測(cè)起始位。

為了避免信號(hào)中噪聲的影響，對(duì)于起始位及后面的數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位中的每個(gè)bit,在其傳輸過(guò)程中均多次采樣，采樣次數(shù)因波特率的變化而變化，然后采用中位值平均濾波算法處理采集到的數(shù)據(jù)，得到一個(gè)可靠的電壓值。

為了能夠自適應(yīng)不同的負(fù)載，mbus主站每次發(fā)送數(shù)據(jù)前，采集電壓值作為參考值，并在隨后接收的過(guò)程中,將檢測(cè)到的每個(gè)bit電壓值與參考值作比較，并將此電壓值作為新的參考值，與下一個(gè)bit電壓值作比較。通過(guò)計(jì)算電壓值的變化來(lái)判斷bit位值，能夠保證在不同的負(fù)載下，均能正確接收從站的數(shù)據(jù)。

所述mbus為遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)儀表總線(xiàn)，vgs為場(chǎng)效應(yīng)管是柵極與源極間電壓、ttl為邏輯電平、mbus0tx為遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)發(fā)送端、mcu為單片機(jī)、adc為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。