主站MBUS接口电路.doc

一款简单实用、稳定可靠、成本低廉的
主站M-BUS接口电路

随着智能表越来越多的使用，各种类型的抄表器（既M-BUA主站）需求也随之增加。M-BUS接口电路作为抄表器的一个主要模块，决定了抄表器性能的好坏，也较为影响抄表器的成本高低。现今大多数抄表器都是延用TI推荐的M-BUS接口电路方案（或是做了一些小的修改），该方案电路复杂，成本也较高，并不太适合大众化抄表器的使用。
笔者根据M-BUS的工作原理，结合自身多年的电路开发经验，设计出一款简单实用、稳定可靠、成本低廉的主站M-BUS接口电路。这款接口电路经电路模拟仿真以及实际抄表测试，性能良好，工作可靠，完全可以替代TI的M-BUS接口电路方案。
电路原理
根据主站M-BUS的工作原理：
发送：传号电压：24V~36V（CJ-T188-2004：20.8V~42V）
空号电压：传号电压－12V（CJ-T188-2004：传号电压－10V）
接收：传号电流：≤1.5mA
空号电流：11~20mA

1． 发送电路
发送电路的设计主要需要考虑的问题有：发送传、空号电压的变化量要大于等于12V（10V）；电路的驱动能力，几十上百个智能表不能影响发送电压低于12V。
用一个直流稳压器应该可以满足这些要求。图1是发送电路框图。
＋12V
-18V
M-BUS +
M-BUS -
K
图1

V1

V2

图2

V1输出正12V稳压
电压，V2输出负18V稳
压电压。当搬动开关K
时，总线上的电压即可
在30－18V间变换。由
于采用稳压电源，负载
变化只要不超过稳压电
源的驱动能力，总线上
的电压不会有大的变化。一个5～10W的直流稳压电源足以驱动100只智能表。
图2是发送电原理图。在这个电路中Q2设定为具有简单稳压能力的射随器，发射极的电压是随基极电压而变化。传号时，串口TX端为高电平，Q3不导通，R4、R5分压使Q2的基极电平在12.7V左右，BUS+端的电平即可保持在12V左右。由于BUS-端的电平为-18V，所以R1上获得电压为30V左右。空号时，串口TX端为低电平，Q3导通，Q2的基极电平为零，BUS+端的电平即可保持在－0.7V左右。由于BUS-端的电平始终为-18V，R1上获得电压为17.3V左右。空号比传号电压低了12.3V左右。
当调整VSS电平为－12V时，R1上的传号电压为24V。若增加VSS电平为－24V时，R1上的传号电压可达36V。事实上无论VSS电平是多少，只要不大于0，空、传号电压差值都是12V，不会受VSS影响。
改变R4、R5分压值为10.7V，即可使空、传号电压差值为10V左右。
稳压电源的过载能力和短路保护能力直接对BUS总线施加影响，不必再另外设计保护电路。
2． 接收电路
接口电路接收部分的主要难点是不要误读。在一个稳压电路中要读取它的电流，就象是在测它的纹波一样，串一个取样电阻是需要的。稳压电路本身纹波很小，取样电阻大了影响稳压效果，小了有取不出可用值。更要命的是，负载大小引起的电流变化远比接收电流引起的电流变化来的大，直接影响直流电平偏移，造成接收波形失真。一个25欧姆的采样电阻，当接收电流变化20MA时，会产生0.5V的接收电压；当负载变化100MA时，会产生2.5V的接收电平偏移变化。
负载变化往往是缓慢的，智能表安装完毕通常不会再变，而接收信号在300～9600Hz。采用电容耦合的方式，可以有效地避免负载变化对接收波形的影响。 图3是接收波形采集。

图3

接收电流采样电阻R7被放置在Q2的集电极回路，不会对发送电压产生影响。同时R7一端是交流接地，也便于电容直接耦合。
最终的设计见图4。Q5、Q6完成接收波形的放大整型。C2和R14组成截止频率很低（1Hz左右）的高通滤器，阻止负载变化对接收波形的影响，而让300～9600Hz的接收信号顺利通过。
这一设计的另一特点是，提高稳压电源VCC的电压和功率（有效电流）就可以很容易的增加M-BUS接口的驱动能力，而电路的其它器件无需做任何改动。
其实，这个设计和原始的电话机电路非常接近，只是电话机收发的是模拟型号，而M-BUS接口收发的是数字信号。
图4的电路可直接放入Multisim仿真。注意收发不要同时进行，实际使用也是这样的。

图4

该电路经与杭州竞达的LXS-20D电子式智能水表（M-BUS接口，DL-T645规约）对接测试，每秒钟读一次表，连读一分钟，无一差错，完全满足使用要求。