一種用于主機(jī)端的mbus電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于主機(jī)端的MBUS電路。
【背景技術(shù)】
[0002] MBUS作為一種主從半雙工的通信技術(shù)，具有通信距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、供電靈活 等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種儀表的數(shù)據(jù)采集中。傳統(tǒng)的MBUS主機(jī)電路通常具有電路結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、接收動態(tài)范圍小、過載響應(yīng)速度慢、電磁兼容特性差、組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)較少、從節(jié)點(diǎn)數(shù)量變動影 響抄表成功率等缺點(diǎn)，使得現(xiàn)場維護(hù)工作非常復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單可靠、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時過載保 護(hù)、支持子節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、從節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化對抄表無影響的用于主機(jī)端的MBUS電路。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種用于主機(jī)端的MBUS電路，其特 征在于：包括供電電源、電源控制電路、總線發(fā)送電路、過流保護(hù)電路、總線接收電路以及信 號耦合電路；其中信號耦合電路對控制單元發(fā)出的信號、MBUS總線接收信號進(jìn)行光耦隔離 形成MBUS總線的數(shù)據(jù)發(fā)送信號MBUS_TX、收發(fā)控制信號MBUS_Con及數(shù)據(jù)接收信號MCU_RX ; 所述的總線發(fā)送電路的輸入端接至電源控制電路的輸出端，同時總線發(fā)送電路接入數(shù)據(jù)發(fā) 送信號MBUSJX總線發(fā)送電路輸出端經(jīng)電流采樣、電壓轉(zhuǎn)換得到的總線采樣電壓BUS-與 閾值電壓共同輸入過流保護(hù)電路，過流保護(hù)電路的輸出端接至電源控制電路的輸入端；所 述的總線接收電路將總線采樣電壓經(jīng)兩路處理：總線采樣電壓經(jīng)過第一路處理后作為第四 比較器U4負(fù)極輸入，總線采樣電壓經(jīng)第二路處理后再經(jīng)由收發(fā)控制信號MBUS_Con控制的 電子開關(guān)接入第四比較器U4的正極輸入端，第四比較器U4輸出作為數(shù)據(jù)接收信號MBUS_ RX0
[0005] 所述的總線發(fā)送電路是這樣的：電源控制電路的輸出VMBUS-0UT經(jīng)隔離電容Cl接 至線性穩(wěn)壓器LM317的電壓輸入端，數(shù)據(jù)發(fā)送信號MBUS_TX經(jīng)電阻R13接至三極管Q2的基 極，三極管集電極經(jīng)分壓電阻R14、R15接至三極管Q3的基極，三極管Q3的集電極經(jīng)電阻 R16接至線性穩(wěn)壓器LM317的調(diào)節(jié)輸入端，線性穩(wěn)壓器LM317的調(diào)節(jié)輸入端經(jīng)相并聯(lián)的電阻 R17和電容C2接參考地GMBUS，線性穩(wěn)壓器LM317的調(diào)節(jié)輸入端經(jīng)并聯(lián)的電阻R18和二極 管D3接至線性穩(wěn)壓器LM317的電壓輸出端；線性穩(wěn)壓器LM317的電壓輸出端經(jīng)二極管D2 接至線性穩(wěn)壓器LM317的電壓輸入端，線性穩(wěn)壓器LM317的電壓輸出端經(jīng)電容C3接參考地 GMBUS并經(jīng)二極管D4輸出總線電平BUS+，電容C3并聯(lián)有相串聯(lián)的分壓電阻R19、R20,并由 分壓電阻R20引出總線采樣電壓BUS-，總線電平BUS+、總線采樣電壓BUS-與參考地GMBUS 之間分別接有瞬間抑制二極管TVS1、TVS2,總線電平BUS+與總線采樣電壓BUS-之間接有 壓敏電阻YMl。
[0006] 數(shù)據(jù)發(fā)送信號MBUS_TX輸出高電平時，三極管Q2飽和導(dǎo)通，三極管Q3截止，線性 LlN 丄UOldybZS A yJ^ rVJ z/o JM 穩(wěn)壓器LM317的反饋電阻等效為電阻R17,線性穩(wěn)壓器LM317輸出電壓為
(Vref為LM317調(diào)節(jié)輸入端與電壓輸出端的壓差，一般為I. 25V)為總線高電平；數(shù)據(jù)發(fā)送 信號MBUS_TX輸出低電平時，三極管Q2截止，三極管Q3飽和導(dǎo)通，線性穩(wěn)壓器LM317的反饋
電阻等效為電阻R16與電阻R17的并聯(lián)電阻，線性穩(wěn)壓器LM317輸出 I ，' 為總線低電平。二極管D2、D3防止輸入、輸出短路時線性穩(wěn)壓器LM317被燒壞；二極管D4 防止總線被高電平干擾損壞；瞬間抑制二極管TVS1、TVS2防止總線被靜電損壞；壓敏電阻 YMl防止總線被瞬間高壓損壞，電阻R20為總線采樣電阻。
[0007] 所述的過流保護(hù)電路是這樣的：總線采樣電壓BUS-經(jīng)電阻Rll接至第一比較器 Ul的負(fù)極輸入端，電源VMBUS經(jīng)分壓電阻R12、R10分壓得到閾值電壓接入第一比較器Ul的 正極輸入端，第一比較器Ul的輸出端經(jīng)電阻R9接至三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極 接至參考地GMBUS，三極管Ql的集電極經(jīng)電阻R8接至場效應(yīng)管Ml的柵極，同時經(jīng)并聯(lián)的穩(wěn) 壓二極管Dl和電阻R7接至場效應(yīng)管Ml的源極，場效應(yīng)管Ml的源極接至電源VMBUS，場效 應(yīng)管Ml的漏極作為電源控制電路的輸出VMBUS-0UT。
[0008] 當(dāng)總線采樣電壓BUSj、于閾值電壓時，第一比較器Ul輸出高電平，驅(qū)動三極管Ql 飽和導(dǎo)通，場效應(yīng)管Ml的柵、源極電壓經(jīng)R7、R8分壓滿足導(dǎo)通條件，電源控制電路的輸出 VMBUS_0UT與電源VMBUS相同；當(dāng)總線采樣電壓BUS_大于閾值電壓時，第一比較器Ul輸出 低電平，三極管Ql截止，集電極對地電阻等效為無限大，場效應(yīng)管Ml的柵源極電壓幾乎相 等，場效應(yīng)管Ml截止，電源控制電路的輸出VMBUS_0UT為0。電源控制電路的輸出VMBUS_ OUT控制電源控制電路的開關(guān)。當(dāng)電流超過設(shè)定的閾值時，電源控制電路被切斷。
[0009] 所述的總線接收電路是這樣的：總線采樣電壓BUS-經(jīng)電阻R23接至第二比較器 U2的正極輸入端，第二比較器U2的正極輸入端經(jīng)分壓電阻R24、R25分別接電源VMBUS和參 考地GMBUS，第二比較器U2的負(fù)極輸入端經(jīng)電阻R21接參考地GMBUS，并經(jīng)電阻R22接至第 二比較器U2的輸出端，第二比較器U2的輸出端經(jīng)電阻R26接至第四比較器U4的負(fù)極輸入 端；電源VMBUS經(jīng)分壓電阻R30、R31接至參考地GMBUS，參考地GMBUS經(jīng)電阻R34接至第三 比較器U3的負(fù)極輸入端，第三比較器U3的負(fù)極輸入端經(jīng)電阻R35接至第三比較器U3的輸 出端，第三比較器U3的正極輸入端經(jīng)電阻R32接至相串聯(lián)的電阻R30、R31之間，并經(jīng)電阻 R33接至第二比較器U2的輸出端，第三比較器U3的輸出端經(jīng)電阻R36接至場效應(yīng)管M2的 源極，場效應(yīng)管M2的漏極連接至場效應(yīng)管M3的漏極，場效應(yīng)管M2、M3的柵極并接至收發(fā)控 制信號MBUS_Con，場效應(yīng)管M3源極接至第四比較器U4的正極輸入端，并經(jīng)電容C4接地， 第四比較器U4的輸出端經(jīng)電阻R27作為數(shù)據(jù)接收信號MBUS_RX。
[0010] 分壓電阻R24、R25第二比較器U2提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。第二比較 器U2、電阻R21、電阻R22構(gòu)成負(fù)反饋放大電路，因此第二比較器U2的輸出電壓為
Vbus_為總線采樣電壓，Vtj為U2的靜態(tài)工 作點(diǎn)電壓。通過配置電阻R21、R22、R23、R24、R25,使第二比較器U2的輸出電壓U2out 為10*(Vbus +VJ，在電阻R32、R33遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻R30、R31的條件下，通過配置電阻R30、 R31可以使R31的電壓為
·，因此第三比較器U3的正極輸入電壓為
。第三比較器U3、電阻R34、R35構(gòu)成負(fù)反饋電路。第三比較器U3的 輸出電壓為
，通過配置電阻R32、R33、R34、R35,使第三比 較器輸出電壓比第二比較器輸出電壓大70mV。主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)前收發(fā)控制信號MBUS_Con輸 出高電平，場效應(yīng)管M2、M3導(dǎo)通為電容C4充電，使電容C4的電壓為10* (Vbus +VtjKTOmv, 且為比較器U4正極輸入，充電完成后，收發(fā)控制信號MBUS_Con輸出低電平，場效應(yīng)管 M2、M3斷開使電容C4的電平保持。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送高電平時，第四比較器U4負(fù)極電壓 為10* (Vbus +Vtj)_小于第四比較器U4的正極輸入，第四比較器U4輸出高電平；當(dāng)從節(jié) 點(diǎn)發(fā)送低電平時（假設(shè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送低電平需要總線電流11mA)，第四比較器U4負(fù)極為 (KMVbm+Vll))大于第四比較器U4的正極輸入，第四比較器U4輸出低電平。
[0011] 總線主節(jié)點(diǎn)每次發(fā)送數(shù)據(jù)前，電子開關(guān)（即場效應(yīng)管M2、M3)導(dǎo)通，并為電容C4充 電，充電完成后，電子開關(guān)斷開。
[0012] 總線從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時，第四比較器U4正極為發(fā)送數(shù)據(jù)前采樣的總線靜態(tài)電平 并加70mv，比較器負(fù)極為總線動態(tài)電平。根據(jù)總線協(xié)議，從節(jié)點(diǎn)發(fā)送" 1"時，消耗0~I. 5mA 總線電流；從節(jié)點(diǎn)發(fā)送"〇"時，消耗11~20mA總線電流，因此可以將從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)檢出。
[0013] 由于接收電路將總線電流放大10倍，降低了采樣電阻的阻值與功率，增加了從節(jié) 點(diǎn)的數(shù)量，提高了電路的穩(wěn)定性?？偩€主節(jié)點(diǎn)每次發(fā)送數(shù)據(jù)前都刷新比較器的基準(zhǔn)電壓，因 此總線節(jié)點(diǎn)的變化對抄表無影響。
[0014] 所述的信號耦合電路是這樣的：控制單元發(fā)出的發(fā)送信號MClLTX驅(qū)動第一光耦 后形成MBUS總線的數(shù)據(jù)發(fā)送信號MBUS_TX ;控制單元發(fā)出的控制信號MCU_Con驅(qū)動第二光 耦后形成MBUS總線的收發(fā)控制信號MBUS_Con ;MBUS總線數(shù)據(jù)接收信號MBUS_RX驅(qū)動第三 光耦后形成信號MCU_RX。
[0015] 總線的通信信號通過光耦進(jìn)行隔離，可以有效保護(hù)主控電路，增加了電路的抗干 擾能力。
[0016] 本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單可靠、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時過載保護(hù)、最多可支持320個子節(jié) 點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化對抄表無影響。此外采用光耦隔離的方式提高了抗干擾能力，增加了過 載實(shí)時保護(hù)功能。使用電子開關(guān)、電容實(shí)時存儲總線靜態(tài)電平，并實(shí)時刷新，提高了電路的 適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的原理圖；
[0018] 圖2為信號耦合電路；
[0019] 圖3為過流保護(hù)電路；
[0020] 圖4為總線發(fā)送電路；
[0021] 圖5為總線接收電路；
【具體實(shí)施方式】
[0022] 一種用于主機(jī)端的MBUS電路，如圖1所示包括供電電源、電源控制電路、總線發(fā)送 電路、過流保護(hù)電路、總線接收電路以及信號耦合電路；其中信號耦合電路對控制