[发明专利]MBUS通信电路、通信方法及其制成的计量仪表

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种MBUS通信电路、通信方法及其制成的计量仪表。

背景技术

MBus总线是一种主从式半双工传输总线，采用主叫/应答的方式通信，即只有处于中心地位的主站（Master）发出询问后，从站（Slave）才会向主站传输数据。

目前常用的MBUS通信电路如图1所示：其中MBUS_RXD部分的电路为接收电路；MBUS_TXD部分的电路为发送电路。接收电路包括接收输出上拉电阻R2、隔离光耦U2、接收输入上拉电阻R3、电压比较器U1A、比较器同相限流电阻R1、比较器反相限流电阻R4和比较器反相RCD电路（泄流电阻R5、电容C1和二极管D1）。隔离光耦的输出端正极为信号接收端，也同时通过接收输出上拉电阻连接电源正极，隔离光耦的输出端负极接地，隔离光耦的输入端正极通过接收输入上拉电阻连接电源正极，隔离光耦的输入端负极连接电压比较器的输出端，电压比较器的同相端通过比较器同相限流电阻R1连接电压信号B1，电压比较器的反相端通过并联的泄流电阻R5和电容C1接地，同时还通过比较器反相限流电阻R4和二极管D1连接电压信号B1；发送电路中，转换电阻R6的一端连接电源芯片U3的输出端，而电压信号B1即为转换电阻R6的另一端的电压信号值。

MBus物理层bit流传输具有独特的电平特征如下表1。主站到从站的bit流传输通过总线电平切换实现，而从站到主站的bit流传输通过电流调制实现。定义逻辑“1”为MARK，逻辑“0”为SPACE

表1 MBus物理层bit流传输电平特征

主站向从站发送逻辑“1”（MARK）时，总线电压为Vmark（≤42V），发送逻辑“0”（SPACE）时，电压下降10V以上，降到Vspace（≥12V）；从站向主站发送逻辑“1”时，从站所取电流为Imark（≤1.5mA），发送逻辑“0”时，从站的MBus接口会在Imark上加上脉冲电流11-20mA，形成Ispace。

MBus协议规定总线处于空闲状态时用逻辑“1”表示，即总线电压维持在Vmark，而每个从站取电流Imark≈1.5mA，即两线制总线上的总电流等于Imark*从站总数。这样无论总线处于空闲状态还是数据传输状态，总线电压不低于Vspace，每个从站所取电流不小于Imark，这个电流就可用作从站电源。可见在MBus的正常运行状态下，总线可以持续不断地既传信号又供电源，使终端仪表所用电池成为备用电源，减少了仪表定期维护、更换电池等工作量，仪表的安装位置也可以比较随意。MBus总线上的bit流传输过程如图2所示。虚线左边的时间段是主站到从站的bit流传输，总线电压在Vspace和Vmark间切换，从站电流维持Imark不变；虚线右边的时间段是从到主的bit流传输，从站所取电流在Imark和Ispace间切换，总线电压基本维持Vmark不变，但由于MBus电源输出阻抗的存在，使得电流增大时总线电压略有减小。这表明数据传输过程中任意时刻MBus总线上要么传输电压信号，要么传输电流信号，所以MBus只能工作在主从半双工方式下。主站通过检测总线上是否出现11-20mA脉冲电流确定接收“0”还是“1”；从站接收数据时，由于总线绝对电压会随着距离和总线电流变化而变化，故通过检测总线电压与动态参考电压是否相差10V以上来确定接收“0”还是“1”。TI公司的MBus接口芯片TSS721A采用的就是这种动态电平识别逻辑，它的动态参考电压由从站接入位置处的Vmark对芯片内的一个电容充电获得。该电容充放电电流之比约为40，在波特率大于300的情况下只要在传输的bit流中每11位至少出现一个“1”（Vmark），就可以保证动态参考电压始终维持在Vmark附近。

假定MBUS通信中的Vmark电平为31V；则MBus_TXD数据发送，发送高电平时U4截止，U3选型为78L05，Z1和Z2是2个13V稳压管由于U4截止会将U3的GND抬高26V，因此U3输出电压对地为31V。这个电平是主机到从机bit流中“1”的Vmark电平。

MBus_TXD发送低电平时U4导通，Z2被U4旁路，U3的GND被Z1太高13V，因此U3输出电压对地为18V。这个电平是主机到从机bit流中“0”的Vspace电平。

MBus_RXD数据接收，电流的变化通常比较难以检测。现有技术中是将电流变化转换成电压变化来进行数据解析的。转换电阻R6为阻值为100欧的功率电阻，会将接收数据中11~20mA的电流变化转换为B1节点1.1~2V的电压波动。