本發(fā)明具體涉及一種MBUS通信電路、通信方法及其制成的計量儀表。

背景技術(shù)：

MBus總線是一種主從式半雙工傳輸總線，采用主叫/應(yīng)答的方式通信，即只有處于中心地位的主站（Master）發(fā)出詢問后，從站（Slave）才會向主站傳輸數(shù)據(jù)。

目前常用的MBUS通信電路如圖1所示：其中MBUS_RXD部分的電路為接收電路；MBUS_TXD部分的電路為發(fā)送電路。接收電路包括接收輸出上拉電阻R2、隔離光耦U2、接收輸入上拉電阻R3、電壓比較器U1A、比較器同相限流電阻R1、比較器反相限流電阻R4和比較器反相RCD電路（泄流電阻R5、電容C1和二極管D1）。隔離光耦的輸出端正極為信號接收端，也同時通過接收輸出上拉電阻連接電源正極，隔離光耦的輸出端負極接地，隔離光耦的輸入端正極通過接收輸入上拉電阻連接電源正極，隔離光耦的輸入端負極連接電壓比較器的輸出端，電壓比較器的同相端通過比較器同相限流電阻R1連接電壓信號B1，電壓比較器的反相端通過并聯(lián)的泄流電阻R5和電容C1接地，同時還通過比較器反相限流電阻R4和二極管D1連接電壓信號B1；發(fā)送電路中，轉(zhuǎn)換電阻R6的一端連接電源芯片U3的輸出端，而電壓信號B1即為轉(zhuǎn)換電阻R6的另一端的電壓信號值。

MBus物理層bit流傳輸具有獨特的電平特征如下表1。主站到從站的bit流傳輸通過總線電平切換實現(xiàn)，而從站到主站的bit流傳輸通過電流調(diào)制實現(xiàn)。定義邏輯“1”為MARK，邏輯“0”為SPACE

表1 MBus物理層bit流傳輸電平特征

主站向從站發(fā)送邏輯“1”（MARK）時，總線電壓為Vmark（≤42V），發(fā)送邏輯“0”（SPACE）時，電壓下降10V以上，降到Vspace（≥12V）；從站向主站發(fā)送邏輯“1”時，從站所取電流為Imark（≤1.5mA），發(fā)送邏輯“0”時，從站的MBus接口會在Imark上加上脈沖電流11-20mA，形成Ispace。

MBus協(xié)議規(guī)定總線處于空閑狀態(tài)時用邏輯“1”表示，即總線電壓維持在Vmark，而每個從站取電流Imark≈1.5mA，即兩線制總線上的總電流等于Imark*從站總數(shù)。這樣無論總線處于空閑狀態(tài)還是數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，總線電壓不低于Vspace，每個從站所取電流不小于Imark，這個電流就可用作從站電源?？梢娫贛Bus的正常運行狀態(tài)下，總線可以持續(xù)不斷地既傳信號又供電源，使終端儀表所用電池成為備用電源，減少了儀表定期維護、更換電池等工作量，儀表的安裝位置也可以比較隨意。MBus總線上的bit流傳輸過程如圖2所示。虛線左邊的時間段是主站到從站的bit流傳輸，總線電壓在Vspace和Vmark間切換，從站電流維持Imark不變；虛線右邊的時間段是從到主的bit流傳輸，從站所取電流在Imark和Ispace間切換，總線電壓基本維持Vmark不變，但由于MBus電源輸出阻抗的存在，使得電流增大時總線電壓略有減小。這表明數(shù)據(jù)傳輸過程中任意時刻MBus總線上要么傳輸電壓信號，要么傳輸電流信號，所以MBus只能工作在主從半雙工方式下。主站通過檢測總線上是否出現(xiàn)11-20mA脈沖電流確定接收“0”還是“1”；從站接收數(shù)據(jù)時，由于總線絕對電壓會隨著距離和總線電流變化而變化，故通過檢測總線電壓與動態(tài)參考電壓是否相差10V以上來確定接收“0”還是“1”。TI公司的MBus接口芯片TSS721A采用的就是這種動態(tài)電平識別邏輯，它的動態(tài)參考電壓由從站接入位置處的Vmark對芯片內(nèi)的一個電容充電獲得。該電容充放電電流之比約為40，在波特率大于300的情況下只要在傳輸?shù)腷it流中每11位至少出現(xiàn)一個“1”（Vmark），就可以保證動態(tài)參考電壓始終維持在Vmark附近。

假定MBUS通信中的Vmark電平為31V；則MBus_TXD數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送高電平時U4截止，U3選型為78L05，Z1和Z2是2個13V穩(wěn)壓管由于U4截止會將U3的GND抬高26V，因此U3輸出電壓對地為31V。這個電平是主機到從機bit流中“1”的Vmark電平。

MBus_TXD發(fā)送低電平時U4導(dǎo)通，Z2被U4旁路，U3的GND被Z1太高13V，因此U3輸出電壓對地為18V。這個電平是主機到從機bit流中“0”的Vspace電平。

MBus_RXD數(shù)據(jù)接收，電流的變化通常比較難以檢測?，F(xiàn)有技術(shù)中是將電流變化轉(zhuǎn)換成電壓變化來進行數(shù)據(jù)解析的。轉(zhuǎn)換電阻R6為阻值為100歐的功率電阻，會將接收數(shù)據(jù)中11~20mA的電流變化轉(zhuǎn)換為B1節(jié)點1.1~2V的電壓波動。

從站bit流傳輸“1”時，Imark僅為負載靜態(tài)電流消耗，B1位置沒有電壓變化，但是由于D1前向電壓的存在、前向電壓大約1V，比較器U1的第3腳電壓31V高于第2腳電壓30V，U1輸出高電平U2截止，因此MBus_RXD處為高電平。

從站bit流傳輸“0”時，TB1處會產(chǎn)生20mA的電流消耗，這個電流消耗在R6上產(chǎn)生2V的壓降，因此B1位置電壓降低到29V。由于二極管D1反向截止以及C1電容上的能量無法得到快速釋放特性，比較器第3腳電壓29V低于第2腳電壓30V，U1輸出低電平U2導(dǎo)通，因此MBbus_RXD處為低電平。

但是，現(xiàn)有的MBUS電路中，其接收電路是通過RCD電路的充放電在比較器的比較端產(chǎn)生的電壓變化來進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。這種電路由于RCD的誤差較大，造成充放電時間差別也很大。這種用模擬電路來模擬數(shù)字信號的方法性能較差，致使MBus電路只能在較低的通信波特率下運行，成為MBus通信電路發(fā)展的一個瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種通信速率高且誤碼率低的MBUS通信電路。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種所述MBUS通信電路的通信方法。

本發(fā)明的目的之三在于提供一種包括所述MBUS通信電路，并采用所述通信方法的計量儀表。

本發(fā)明提供的這種MBUS通信電路，包括發(fā)送電路和接收電路；所述接收電路包括接收輸出上拉電阻，隔離光耦，接收輸入上拉電阻和電壓比較器，隔離光耦的輸出端正極為信號接收端，也同時通過接收輸出上拉電阻連接電源正極，隔離光耦的輸出端負極接地，隔離光耦的輸入端正極通過接收輸入上拉電阻連接電源正極，隔離光耦的輸入端負極連接電壓比較器的輸出端，電壓比較器的同相端連接標(biāo)準(zhǔn)電壓電路，從而將電壓比較器的同相端固定為一標(biāo)準(zhǔn)電壓；電壓比較器的反相端連接電壓放大電路，所述電壓放大電路將發(fā)送電路中轉(zhuǎn)換電阻的端電壓放大后輸入到電壓比較器的反相端。

所述的電壓放大電路為采用電流檢測芯片構(gòu)成的電壓放大電路。

所述的電流檢測芯片的型號為INA139。

所述的電壓放大電路具體為芯片的輸出引腳直接連接電壓比較器的反相端，同時還通過負載電阻接地，芯片的電源引腳連接電壓比較器的電源，芯片的電壓輸入引腳直接連接在轉(zhuǎn)換電阻的兩端，從而采樣流過轉(zhuǎn)換電阻的電流信號；所述的芯片將流過轉(zhuǎn)換電阻的電流信號放大為電壓信號并輸入到電壓比較器的反相端。

所述的標(biāo)準(zhǔn)電壓電路為由分壓電阻構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)電壓電路；分壓電阻串接在電壓比較器的電源端和地之間，并將分壓得到的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號輸入到電壓比較器的同相端。

本發(fā)明還提供了一種所述MBUS通信電路的通信方法，包括如下步驟：

S1. 若MBUS要發(fā)送高電平數(shù)據(jù)，則將MBUS發(fā)送電路的電源芯片的地信號抬高兩個檔位，從而使得電源芯片的輸出端輸出Vmark電平信號；

S2. 若MBUS要發(fā)送低電平數(shù)據(jù)，則將MBUS發(fā)送電路的電源芯片的地信號抬高一個檔位，從而使得電源芯片的輸出端輸出Vspace電信信號；

S3. 若MBUS要接收高電平數(shù)據(jù)，則電流檢測芯片將轉(zhuǎn)換電阻的端電壓放大，電壓比較器將放大的轉(zhuǎn)換電阻的端電壓信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓信號進行比較并輸出高電平，從而接收電路接收到高電平信號；

S4. 若MBUS要接收低電平數(shù)據(jù)，則電流檢測芯片將轉(zhuǎn)換電阻的端電壓放大，電壓比較器將放大的轉(zhuǎn)換電阻的端電壓信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓信號進行比較并輸出低電平，從而接收電路接收到低電平信號。

本發(fā)明還提供了一種包括所述MBUS通信電路，并應(yīng)用所述通信方法進行通信的計量儀表。

本發(fā)明提供的這種通信電路和通信方法，采用標(biāo)準(zhǔn)芯片代替原有的RCD電壓降檢測電路，因此使得電壓比較器兩端的電壓更加穩(wěn)定、可靠和精準(zhǔn)，從而使得本發(fā)明提供的這種通信電路工作更加穩(wěn)定、可靠和精準(zhǔn)，降低了通信的誤碼率，從而也大大提高了通信的速率。應(yīng)用本發(fā)明的通信電路和通信方法的計量儀表，其通信更加穩(wěn)定可靠和精準(zhǔn)，而且通信的誤碼率低，通信的速率高。此外，本發(fā)明提供的這種通信電路和通信方法，還可用于其他任何需要進行MBUS通信的電子設(shè)備，包括各類型的計量儀表（比如電能表、水表、燃氣表、熱量表等）、電能管理終端、配電終端、電能質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備、電網(wǎng)自動化終端、采集終端、集中器、數(shù)據(jù)采集器、計量儀表、手抄器、故障指示器等。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的MBUS通信電路的電路示意圖。

圖2 為現(xiàn)有技術(shù)的MBUS總線上的bit流傳輸過程。

圖3為本發(fā)明的MBUS通信電路的電路原理圖。

圖4為本發(fā)明的MBUS通信電路的通信方法的流程示意圖。

具體實施方式

如圖3所示為本發(fā)明的MBUS通信電路的電路原理圖：本發(fā)明提供的這種MBUS通信電路，包括發(fā)送電路（圖中的下半部分）和接收電路（圖中的上半部分）；所述接收電路包括接收輸出上拉電阻R3，隔離光耦U3，接收輸入上拉電阻R4和電壓比較器U1A，隔離光耦的輸出端正極為信號接收端MBUS_RXD，也同時通過接收輸出上拉電阻連接電源正極，隔離光耦的輸出端負極接地，隔離光耦的輸入端正極通過接收輸入上拉電阻連接電源正極，隔離光耦的輸入端負極連接電壓比較器的輸出端，電壓比較器的同相端連接標(biāo)準(zhǔn)電壓電路，從而將電壓比較器的同相端固定為一標(biāo)準(zhǔn)電壓；電壓比較器的反相端連接電壓放大電路，所述電壓放大電路將發(fā)送電路中轉(zhuǎn)換電阻的端電壓放大后輸入到電壓比較器的反相端。

所述的標(biāo)準(zhǔn)電壓電路為由分壓電阻構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)電壓電路；分壓電阻串接在電壓比較器的電源端和地之間，并將分壓得到的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號輸入到電壓比較器的同相端。

所述的電壓放大電路為采用型號為INA139的電流檢測芯片構(gòu)成：芯片的輸出引腳直接連接電壓比較器的反相端，同時還通過負載電阻接地，芯片的電源引腳連接電壓比較器的電源，芯片的電壓輸入引腳直接連接在轉(zhuǎn)換電阻的兩端，從而采樣流過轉(zhuǎn)換電阻的電流信號；所述的芯片將流過轉(zhuǎn)換電阻的電流信號放大為電壓信號并輸入到電壓比較器的反相端。

上述電路在工作時，發(fā)送電路的工作原理與現(xiàn)有技術(shù)的一致，而接受電路的工作原理如下：

從站bit流傳輸“1”時，Imark僅為負載靜態(tài)電流消耗小于1.5mA，R6電阻阻值為10歐姆，U2芯片的作用是將R6上的電壓放大10倍輸出，那么U2的OUT腳輸出電壓應(yīng)小于10*10歐*1.5mA*10^-3=0.15V。此時比較器U1端的參考電壓設(shè)計為1V。比較器輸出為高U3截止，因此MBUS_RXD接收到高電平。

從站bit流傳輸“0”時，TB1處會產(chǎn)生20mA的電流消耗，這個電流消耗在R6上產(chǎn)生0.2V的壓降，因此U2輸出電壓為2V。比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，U1輸出低電平U2導(dǎo)通，因此MBbus_RXD處為低電平。

在具體的電路參數(shù)選擇上，U1型號為LM393；U2型號為INA139電流檢測芯片；電阻R6取值在5.1~10歐之間；RT3熱敏電阻型號為MZ11-05M25-50，而且要求直流阻抗小于50歐姆，不動作電流大于45mA；U4型號為78L05，且要求最高耐壓大于35V；通過R1、R2的分壓而得到的U1A第3腳參考電壓范圍1~1.8V。

如圖4所示為本發(fā)明提供的所述MBUS通信電路的通信方法，包括如下步驟：

S1. 若MBUS要發(fā)送高電平數(shù)據(jù)，則將MBUS發(fā)送電路的電源芯片的地信號抬高兩個檔位，從而使得電源芯片的輸出端輸出Vmark電平信號；

S2. 若MBUS要發(fā)送低電平數(shù)據(jù)，則將MBUS發(fā)送電路的電源芯片的地信號抬高一個檔位，從而使得電源芯片的輸出端輸出Vspace電信信號；

S3. 若MBUS要接收高電平數(shù)據(jù)，則電流檢測芯片將轉(zhuǎn)換電阻的端電壓放大，電壓比較器將放大的轉(zhuǎn)換電阻的端電壓信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓信號進行比較并輸出高電平，從而接收電路接收到高電平信號；

S4. 若MBUS要接收低電平數(shù)據(jù)，則電流檢測芯片將轉(zhuǎn)換電阻的端電壓放大，電壓比較器將放大的轉(zhuǎn)換電阻的端電壓信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓信號進行比較并輸出低電平，從而接收電路接收到低電平信號。