MBUS主机端简化版电路设计

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#单片机 #fpga开发 #嵌入式硬件

于 2022-03-09 15:57:14 首次发布

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本文详细介绍了MBus通信机制，这种机制在主从式通信系统中用于从机数据采集和传输。MBus总线是半双工的，由主机、从机和两线制总线构成。发送时，集中器通过电压变化发送36V（逻辑1）和24V（逻辑0）；接收时，从机利用电流变化，1.5mA表示逻辑1，增加11-20mA表示逻辑0。此外，文章还涵盖了接收使能、过载检测以及简化电路的设计思路，强调了电路设计中的注意事项和限制条件。

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1 Mbus接收发送机制

对于主从式通信系统，因从机之间不能直接交换信息，只能通过主机来转发，此时采用MBus可以实现对从机的相关数据进行采集，并传递至集中器，然后再传递至总站。它由主机从机和两线制总线组成。MBus总线是一种半双工通信总线，其可以通过集中器实现给终端仪表远程供电。

1.1发送

由集中器向终端仪表传输的信号采用电压值的变化来表示, 即集中器向终端仪表发送的数据码流是一种电压脉冲序列, 用 36 V 表示逻辑“1”, 用24V表示逻辑 “0” 。在稳态时,线路将保持“1” 状态。

1.2接收

从终端仪表向集中器传输的信号采用电流值的变化来表示, 即由终端仪表向集中器发送的数据码流是一种电流脉冲序列, 通常用1. 5 mA的电流值表示逻辑 “1” ,当传输 “0” 时,由终端仪表控制可使电流值增加11～20 mA。在稳态时, 线路上的值为持续的 “1” 状态。当终端仪表接收信号时, 其电流应处于稳态 “1” 。

2 原理图

原理图

2.1发送

通过MBUS_TX信号的电平高低来调节U2 LM317 ADJ电阻，从而将MBUS_TX信号转化为36V&24V电压变化。

2.2接收

从机信号为1时，环路电流处于稳态，MBUS+点的电压不变，U35A的IN+>IN-，输出高电平，经过电平转换电路转换为TTL电平的MBUS_RX。
从机信号为0时，增加11-20mA的脉冲电流，环路电流增大，流经采样电路（R848、R846）的电流增大，MBUS+点的电压减小。此时，U35A的IN+电压减小，由于U35A的IN-存在稳压电容C11，以及防反流二极管D78，IN-的电压仍维持原来较高的电压，所以IN+<IN-，U35A输出低电平，经过电平转换电路转换为TTL电平的MBUS_RX。

2.3接收使能

由于MBUS主机发送信号时，LM317电压会在36V和24V间跳变，导致MBUS+点的电压也会发生跳变，同样会导致U35A的输出发生变化，即MBUS_TX发生时，MBUS_RX也会接收到发送的数据，因此增加了U33，当MBUS_RX发送数据时，通过MBUS_RX_EN来关掉U33的电源供电，使MBUS_RX始终处于高电平。当MBUS_TX发送完毕后，MBUS_RX_EN使能U33电源供电，MBUS_RX开始接收U35A的信号。以上措施可以避免MBUS主机发送信号时会收到发送信号的问题。

2.4过载检测

通过检测采样电路（R848、R846）两端的电压差，即可得知环路电流，当电流超过阈值时报警或切断电路。
原理图中，当环路电流小于372mA时，MBUS+电压>MBUS+0，U35B的IN+>IN-，输出高电平。当环路电流大于372mA时，U35B的IN+<IN-，输出低电平。通过检测U35B的输出即可检测环路电流是否过载。

后记：

本电路去掉了MBUS主机分流电路，架构简单，成本更低。但去掉分流电路后环路供电电流全部流经采样电阻，所以总电流不宜过大，导致所带的从机不易过多。以电路中的采样电阻阻值为例，最大从机数量建议不要超过128台。
如想增加从机数量，可以将采样电阻减小。坏处就是采样电阻越小，电压比较器处的分压输入就需要越接近，对电源质量要求越高，抗干扰也越差。
上面的电路考虑器件通用性和采购周期，设计的比较复杂。可以进一步简化为下面的电路：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
这个电路未做验证，仅供参考。

/*
这是一段测试代码
*/
//为了防止系统判断推荐受影响而添加

```c
#example configuration for a dialup connection authenticated with PAP or CHAP
#
# This is the default configuration used by pon(1) and poff(1).
# See the manual page pppd(8) for information on all the options.
# MUST CHANGE: replace myusername@realm with the PPP login name given to
# your by your provider.
# There should be a matching entry with the password in /etc/ppp/pap-secrets
# and/or /etc/ppp/chap-secrets.
#user "myusername@realm"
# Serial device to which the modem is connected.
# ttyname 串口端口，若非以”/“开头，则会自动补充”/dev/“
/dev/ttyS6
#/dev/ttyUSB2
#NO硬件流控
nocrtscts
# 前台运行
nodetach
# speed 串口波特率
# Speed of the serial line.
#115200
9600