一种用于采集终端的M-Bus接口电路的制作方法

一种用于采集终端的m
‑
bus接口电路
技术领域
1.本发明涉及m
‑
bus接口电路设计领域，尤其涉及一种用于采集终端的m
‑
bus接口电路。


背景技术：

2.m
‑
bus总线方式是一种普遍应用在抄表领域的有线方式之一，比如抄读热表和水表系列的消耗测量仪器，外接的设备可通过该总线获取电源。在能耗方面仅在抄表时给设备供电，空闲时，不供电。施工方面两线制施工简便，带载能力强，通讯距离远，能够适应电网电压起伏不定的波动。
3.但目前已有的m
‑
bus采集设备在工作时，负载可能会挂接到100只以上的水表，存在一些水表不符合规范，吸取电流大小不一，总线上的负载过重，造成现场m_bus总线通信失败，表现为带载能力不足。在常见的m_bus总线接收电路中，常依赖较大的采样电阻，当负载电流较大时，总线压降变大，发热严重，电阻损耗较高且易造成自身参数改变，导致通讯失败。其次，常见的接收电路对总线上的静态电流跟m
‑
bus协议规定的载有数据的电流变化信号一并进行信号处理，总线上不同负载情况下的静态电流及存在的干扰影响接收信号的可靠性。另外，接收电路没有设置合理的接口过流检测电流值，易造成电路器件损坏。


技术实现要素：

4.为了克服上述背景的技术缺陷，本发明提供了一种用于采集终端的m
‑
bus接口电路，包括开关型m
‑
bus发送电路，采样电路，电容耦合型m
‑
bus接收电路，m
‑
bus过载保护电路，其中：
5.开关型m
‑
bus发送电路，可根据从节点数量选择合适的线性稳压器从而满足不同现场环境下的带载需求。若从节点数量小于x个，选择输出电流为i1的线性稳压器，若从节点数量大于x个，则选择输出电流能力为i2的线性稳压器。节点数增加，总线上静态电流也会增大，通过选择合适封装和合适阻值的电阻防止过电流烧毁；
6.采样电路，使用的采样电阻仅为r欧姆，在负载电流较大时，总线压降也不会过大，电阻损耗降低的同时也避免了发热导致的器件自身参数改变进而致使通讯失败的情况；
7.电容耦合型m
‑
bus接收电路，由于采样电阻较小，为避免采样信号较小时无法准确识别，该接收电路对采样信号进行一级放大后再进行耦合处理。为提高接收信号的可靠性，在保证规范要求的通信速率下，采用耦合电容对一级放大后的总线信号进行耦合，消除了不同负载情况下总线静态电流及存在的干扰对接收信号的影响，仅提取m
‑
bus协议规定的载有数据的电流变化信号，并针对提取出的信号做出最匹配的信号放大电路；
8.m
‑
bus过载保护电路，在当m
‑
bus接口带载节点电流超过i3毫安时，输出过载保护信号，确保电路设备的安全可靠；
9.其连接关系为：开关型m
‑
bus发送电路输入端连接mcu发送信号，其输出端连接m
‑
bus总线接口信号；m
‑
bus总线接口信号连接采样电路；采样电路的采集信号连接电容耦合
型m
‑
bus接收电路；电容耦合型m
‑
bus接收电路输出的过载保护信号连接m
‑
bus过载保护电路；m
‑
bus总线接口通过双引线连接外部测量设备。
10.所述的开关型m
‑
bus发送电路组成包括mcu发送信号txd_mbus，供电电源vcc1，限流电阻r1，r4，分压电阻r2、r3，发送控制三极管vt1，控制mos管vt2，线性稳压器d1，稳压管vp1，防反二极管vd1、vd2，tvs管vp2、vp3、vp4，保险丝rt1，滤波电容c1，m
‑
bus总线接口信号mbus 、mbus
‑
。其连接关系为mcu发送信号txd_mbus与电阻r1相连，r1另一端与vt1基极相连，vt1发送极与参考地相连，vt1集电极与r2相连，r2另一端连接r3、vt2栅极，vt2源极连接r3另一端、vcc1，d1的3脚连接vcc1、c1，c1另一端与参考地相连，d1的2脚连接vp1负极、r4，vp1正极与参考地相连，d1的1脚连接r4另一端、vd1正极，vd1负极连接vd2正极、vt2漏极，vd2负极连接vp2负极、vp3负极、rt1，vp2正极与参考地相连，rt1另一端连接总线信号mbus ，vp3正极连接总线信号mbus
‑
、vp4负极，vp4正极与参考地相连。
11.所述的采样电路的组成包括m
‑
bus总线接口信号mbus 、mbus
‑
，采样电阻r5、r6，滤波电容c3。其连接关系为mbus 连接r5，r5另一端连接r6、c3、mbus
‑
，r6、c3另一端与参考地相连。
12.所述的电容耦合型m
‑
bus接收电路组成包括采样信号输入mbus
‑
，供电电源vcc2，限流电阻r7、r13，分压电阻r8、r9、r11、r12、r14、r15，上拉电阻r16，下拉电阻r10，二极管vd4，滤波电容c4、c6、c7，c8，耦合电容c5，运算放大器n1、n2，比较器n3，m
‑
bus过载保护电路输入信号b3，mcu接收信号rxd_mbus。其连接关系为mbus
‑
连接r7，r7另一端连接n1同项输入端，n1反项输入端连接r8、r9，r8另一端与参考地相连，n1输出端连接r9另一端、c5、b3，c5连接vd4负极、r10、n2同项输入端，vd4正极与参考地相连，r10另一端与参考地相连，n2反项输入端连接r11、r12，r11另一端与参考地相连，r12连接n2输出端、r13，r13连接n3反项输入端，vcc2连接c8、r14，c8另一端与参考地相连，r14连接r15、n3同项输入端，r15另一端与参考地相连，n3输出端连接rxd_mbus、r16，vcc2连接c4、c6、c7、r16另一端和n1、n2、n3供电管脚，c4、c6、c7另一端与参考地相连。
13.所述的m
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bus过载保护电路组成包括供电电源vcc2，m
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bus过载保护电路输入信号b3，限流电阻r17，分压电阻r18、r19，滤波电容c9、c10，比较器n4，上拉电阻r20，过压监测信号v_detect。其连接关系为b3连接r17，r17另一端连接n4反向输入端，vcc2连接r18、c9、c10，c9、c10另一端与参考地相连，r18连接r19、n4同向输入端，r19另一端与参考地相连，n4输出端连接r20、v_detect，r20另一端连接vcc2。
14.本发明的有益效果：本发明提供的一种用于采集终端的m
‑
bus接口电路，其中，开关型m
‑
bus发送电路可根据从节点数量选择合适的线性稳压器从而满足不同现场环境下的带载需求；采样电路中采样电阻仅为r欧姆，在负载电流较大时，总线压降也不会过大，电阻损耗降低的同时也避免了发热导致的器件自身参数改变进而致使通讯失败的情况；在电容耦合型m
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bus接收电路中，采用耦合电容对一级放大后的总线信号进行耦合，消除了不同负载情况下总线静态电流及存在的干扰对接收信号的影响，仅提取m
‑
bus协议规定的载有数据的电流变化信号，并针对提取出的信号做出最匹配的信号放大电路；在m
‑
bus过载保护电路中，在当m
‑
bus接口带载节点电流超过i3毫安时，输出过载保护信号，确保电路设备的安全可靠。
附图说明
15.图1为本发明用于采集终端的m
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bus接口电路结构图；
16.图2为本发明用于采集终端的m
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bus接口电路的开关型m
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bus发送电路；
17.图3为本发明用于采集终端的m
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bus接口电路的的采样电路；
18.图4为本发明用于采集终端的m
‑
bus接口电路的电容耦合型m
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bus接收电路；
19.图5为本发明用于采集终端的m
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bus接口电路的m
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bus过载保护电路。
具体实施方式
20.为了使得本技术领域的人员能够更好的理解本发明，并使得本发明的上述目的、特征和优点更加易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细说明，但仅作说明而不是限制本发明。
21.图1所示为本发明的用于采集终端的m
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bus接口电路结构图。如图所示，一种用于采集终端的m
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bus接口电路包括，开关型m
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bus发送电路1，采样电路2，电容耦合型m
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bus接收电路3，m
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bus过载保护电路4。其连接关系为开关型m
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bus发送电路1的输入端连接mcu发送信号，其输出端连接m
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bus总线接口信号；m
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bus总线接口信号连接采样电路2；采样电路2的采集信号连接电容耦合型m
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bus接收电路3；电容耦合型m
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bus接收电路3输出的过载保护信号连接m
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bus过载保护电路4；m
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bus总线接口通过双引线连接外部测量设备。
22.图2所示为本发明的开关型m
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bus发送电路。所述的开关型m
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bus发送电路包括mcu发送信号txd_mbus，供电电源vcc1，限流电阻r1，r4，分压电阻r2、r3，发送控制三极管vt1，控制mos管vt2，线性稳压器d1，稳压管vp1，防反二极管vd1、vd2，tvs管vp2、vp3、vp4，保险丝rt1，滤波电容c1，m
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bus总线接口信号mbus 、mbus
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。其连接关系为mcu发送信号txd_mbus与电阻r1相连，r1另一端与vt1基极相连，vt1发送极与参考地相连，vt1集电极与r2相连，r2另一端连接r3、vt2栅极，vt2源极连接r3另一端、vcc1，d1的3脚连接vcc1、c1，c1另一端与参考地相连，d1的2脚连接vp1负极、r4，vp1正极与参考地相连，d1的1脚连接r4另一端、vd1正极，vd1负极连接vd2正极、vt2漏极，vd2负极连接vp2负极、vp3负极、rt1，vp2正极与参考地相连，rt1另一端连接总线信号mbus ，vp3正极连接总线信号mbus
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、vp4负极，vp4正极与参考地相连。
23.例如，可根据从节点数量选择合适的线性稳压器从而满足不同现场环境下的带载需求。若从节点数量小于60个，选择输出电流为150ma的线性稳压器kia78l05f，若从节点数量大于60个，则选择输出电流能力为1.5a的线性稳压器l7805。节点数增加，总线上静态电流也会增大，通过选择合适封装和合适阻值的电阻rt1防止过电流烧毁。
24.图3所示为本发明的采样电路。所述的采样电路的组成包括m
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bus总线接口信号mbus 、mbus
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，采样电阻r5、r6，滤波电容c3。其连接关系为mbus 连接r5，r5另一端连接r6、c3、mbus
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，r6、c3另一端与参考地相连。
25.图4所示为本发明的电容耦合型m
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bus接收电路。所述的电容耦合型m
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bus接收电路组成包括采样信号输入mbus
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，供电电源vcc2，限流电阻r7、r13，分压电阻r8、r9、r11、r12、r14、r15，上拉电阻r16，下拉电阻r10，二极管vd4，滤波电容c4、c6、c7，c8，耦合电容c5，运算放大器n1、n2，比较器n3，m
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bus过载保护电路输入信号b3，mcu接收信号rxd_mbus。其连接关系为mbus
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连接r7，r7另一端连接n1同项输入端，n1反项输入端连接r8、r9，r8另一端与
参考地相连，n1输出端连接r9另一端、c5、b3，c5连接vd4负极、r10、n2同项输入端，vd4正极与参考地相连，r10另一端与参考地相连，n2反项输入端连接r11、r12，r11另一端与参考地相连，r12连接n2输出端、r13，r13连接n3反项输入端，vcc2连接c8、r14，c8另一端与参考地相连，r14连接r15、n3同项输入端，r15另一端与参考地相连，n3输出端连接rxd_mbus、r16，vcc2连接c4、c6、c7、r16另一端和n1、n2、n3供电管脚，c4、c6、c7另一端与参考地相连。
26.例如，采样电路中选用仅0.15欧姆高精度采样电阻，在保证最大接收功率的前提下，调整采样电阻阻值及电容耦合型m
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bus接收电路中r8和r9的比值，可调整一级放大后的总线信号幅值。
27.图5所示为本发明的m
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bus过载保护电路。所述的m
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bus过载保护电路组成包括供电电源vcc2，m
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bus过载保护电路输入信号b3，限流电阻r17，分压电阻r18、r19，滤波电容c9、c10，比较器n4，上拉电阻r20，过压监测信号v_detect。其连接关系为b3连接r17，r17另一端连接n4反向输入端，vcc2连接r18、c9、c10，c9、c10另一端与参考地相连，r18连接r19、n4同向输入端，r19另一端与参考地相连，n4输出端连接r20、v_detect，r20另一端连接vcc2。
28.以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。