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本发明涉及的是一种在用电采集终端上实现标准MBUS协议接口用来采集水表、热量表、气表数据的方法，具体涉及一种基于MBUS标准协议接口模块采集水、热、气表的方法，属于用电信息采集领域。

背景技术：

我国正处于自动化楼宇建设事业蓬勃发展的时期，远程抄表系统作为其中重要的一环，正朝着自动化及智能化方向发展；MBUS(仪表总线)总线作为一种通讯方式，以其高性价比，在水热测量仪表中得到了广泛的应用，大大推动了远程抄表系统的发展。

目前，许多集成电路制造商提供了MBUS接口芯片，如德州仪器的TSS 721；这些芯片在MBUS通信类设备中得到了广泛的应用，但对于一些对成本敏感的设备，采用这类芯片无疑会增加设备制造成本。

目前，各类智能测量仪表中均采用单片机控制设备运行，而大部分单片机中都具备ADC(模数转换器)模块，因此，本文提出一种利用单片机(STM32F407)的ADC功能，配合外部MBUS接口电路，实现与水热表的MBUS通信。

技术实现要素：

本发明提出一种基于MBUS标准协议采集水、热、气表的方法，其目的旨在方便与具备MBUS接口的水、热、气表进行通信。

本发明的技术解决方案：基于MBUS标准协议采集水、热、气表的方法，该方法利用了基于MBUS标准协议接口模块，基于MBUS标准协议接口模块的结构包括单片机、模数转换器、发送电路单元、接收电路单元；其中，单片机串口的发送引脚与发送电路的输入引脚相连，模数转换器的模拟量输入引脚与接收电路的发送引脚相连，模数转换器的输出引脚与单片机串口的输入引脚相连，发送电路的输出引脚和水、热、气表MBUS接口的输入引脚相连，水、气、热表MBUS接口的输出引脚和接收电路的输入引脚相连。

本发明的优点：

1)将基于MBUS标准接口协议用于低压电力线载波抄表终端，使得用电信息采集可以方便的抄读MBUS接口水表、热表、气表等；其电路带动负载多，抗干扰能力强、电路结构简单，在恶劣的情况下也能保证数据正常接收和发送；

2)接收电路采用AD值采样来解析数据，在软件实现方便也不复杂，可选的单片机硬件要求也不高，即时通信失败短时间能恢复，保证数据可靠；

3)不采用专用的MBUS接口芯片，而采用以STM32F407为中心，配合简易的外围电路来模拟MBUS数据收发，实现与从站的通信，因为接收外围电路简化，降低了成本，有一定的经济效益。

附图说明

附图1是本发明的整个产品框架原理示意图。

附图2是本发明的应用原理示意图。

附图3是发送电路单元的结构示意图。

附图4是接收电路单元的结构示意图。

附图5是ADC的输入引脚电压波形。

附图6是从站发送的报文波形图。

附图7是整个算法的工作流程图。

具体实施方式

基于MBUS标准协议采集水、热、气表的方法，该方法利用了基于MBUS标准协议接口模块，基于MBUS标准协议接口模块的结构包括发送电路单元、接收电路单元；其中，单片机串口的发送引脚与发送电路的输入引脚相连，模数转换器的模拟量输入引脚与接收电路的发送引脚相连，模数转换器的输出引脚与单片机串口的输入引脚相连，发送电路的输出引脚和水、气、热表MBUS接口的输入引脚相连，水、热、气表MBUS接口的输出引脚和接收电路的输入引脚相连。

所述的发送电路单元包括电阻、电容、肖基特二极管、稳压二极管、NPN三极管、P道沟场效应管，同时外部接入直流28V和12V电源，MCU发送端输入高电平时，发送电路输出28V, MCU发送端输入低电平时，发送电路输出12V，通过控制单片机发送引脚达到向外输出数据的目的；其中，R19为5Ω电流采样电阻，作用是将电流信号转化为电压信号，这个采样电阻会跟着负载的不同R19上的压降会有所不同，并传送给接收电路；当MBUS发送高电平信号时，V5导通，VGS(场效应管的栅极与源极间电压)电压为，此时PMOS(P道沟场效应管) Q4导通，MBUS0 TX(远程抄表系统发送)端输出高电平；当MBUS发送低电平信号时，V5截止，VGS电压为0V，此时Q4截止，MBUS0 TX输出低电平(12V)；R19为5Ω电流采样电阻，采样电阻上的电压信号MBUS0-经运算放大器后可直接供MCU进行ADC(模数转换器)处理或经比较器转换成TTL(逻辑电平)电平后供MCU(单片机)处理；这个采样电阻会跟着负载的不同R19上的压降会有所不同。

所述接收电路单元包括采样电阻、电容、运算放大器；外部接入直流5V电源，电压信号经过放大、偏置后，通过模数转换器输入到单片机的接收引脚；在MBUS发送电路中，MBUS接收端输入电流信号为0~20mA，采样电阻上的MBUS0-(远程抄表系统接收端)幅值为，然后该信号输入到MBUS接收电路中，通过运算放大器对信号进行20dB放大，放大后信号幅值为1V，运算放大器的型号优选SGM321。

所述接收电路单元中有隔直电容C90，隔直电容C90将MBUS总线上因为静态电流造成的直流偏置信号隔除，电阻R76、R77、R46构成运放直流偏置电路,直流偏置电压为，运算放大器放大倍数为倍，直流偏置电压经过运算放大器放大约为1.2V，当MBUS0-端接收到信号时，经过C90电容耦合，再经过放大器放大，将信号直接输入MCU的ADC(模数转换器)，由MCU处理。

算法作为MBUS数据功能的一部分，其作用是将模拟信号转化为数字信号，所述接收电路单元和以下算法相互配合工作：根据MBUS总线协议，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”，当有脉冲时，表示“0”，否则为“1”，结合接收电路，当ADC检测到至少0.5V的电压跳变时表示“0”，否则为“1”。

经测试，ADC的输入引脚电压波形如图5所示；整个从站发送报文波形如图6所示，从图中可以看出，输入电压逐步下移，但电压跳变值保持稳定。

根据上述接收电压波形特点，整个算法的原理如下：当主站发送数据前，检测总线上空闲时的电压值，并作为接收时判断起始位的参考电压值；数据发送完成后，对接收数据进行解析，得到正确数据供单片机使用；

具体解析过程如图7所示：在ADC看门狗模式中设置预期的阈值上限值，使能ADC中断，启动ADC采样；当总线电压变高，并超过阈值上限时，则会触发ADC中断；在ADC中断服务程序中，关闭ADC中断，并启动定时器中断，中断周期为半个bit位的时间，用来采集起始位的电压值，在定时器中断服务程序中，计算电压值，比参考值电压大0.5V以上则视为数据起始位，并启动周期为1个bit位时间的定时器中断，采集数据位，校验位及停止位的电压值；否则，重新检测起始位。

为了避免信号中噪声的影响，对于起始位及后面的数据位、校验位、停止位中的每个bit,在其传输过程中均多次采样，采样次数因波特率的变化而变化，然后采用中位值平均滤波算法处理采集到的数据，得到一个可靠的电压值。

为了能够自适应不同的负载，MBUS主站每次发送数据前，采集电压值作为参考值，并在随后接收的过程中,将检测到的每个bit电压值与参考值作比较，并将此电压值作为新的参考值，与下一个bit电压值作比较。通过计算电压值的变化来判断bit位值，能够保证在不同的负载下，均能正确接收从站的数据。

所述MBUS为远程抄表系统仪表总线，VGS为场效应管是栅极与源极间电压、TTL为逻辑电平、MBUS0 TX为远程抄表系统发送端、MCU为单片机、ADC为模数转换器。