基于STC15F2K61單片機(jī)的MBUSRS232轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

　　隨目前，我國(guó)城市居民的水表和熱量表數(shù)據(jù)基本上都是人工抄收，然后月底結(jié)算。這種方式不僅要消耗大量的人力物力，而且抄收時(shí)間長(zhǎng)，精度低，不利于管理部門實(shí)時(shí)掌握用戶的用水或用熱情況。集中器在抄表系統(tǒng)中占有非常重要的地位，現(xiàn)有市場(chǎng)上的集中器大部分帶負(fù)載能力差，每個(gè)通信線路負(fù)載帶有60個(gè)，一個(gè)集中器有2路MBUS最多帶120個(gè)表。隨著高層建筑越來越多，每戶使用的表計(jì)數(shù)量不斷增加，集中器帶負(fù)載能力差的缺點(diǎn)越來越突出，這大大增加了抄表系統(tǒng)的設(shè)備成本，因此設(shè)計(jì)一種帶負(fù)載能力強(qiáng)的集中器非常有必要。

　　二、結(jié)構(gòu)說明

　　本系統(tǒng)主要完成mbus信號(hào)與rs232信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，該模塊自適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠根據(jù)mbus總線負(fù)載大小動(dòng)態(tài)調(diào)整比較電壓，從而增加轉(zhuǎn)換器的使適應(yīng)能力。

　　三、功能與使用說明

　　該模塊完成對(duì)mbus信號(hào)與rs232信號(hào)的轉(zhuǎn)換，模塊12伏直流供電，一端接mbus總線，一端接計(jì)算機(jī)rs232接口。完成信號(hào)的透明傳輸。

　　四、作品特色

　　本設(shè)計(jì)應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了mbus總線和rs232總線的轉(zhuǎn)換，由于采用單片機(jī)根據(jù)從站無(wú)數(shù)據(jù)返回時(shí)總線電流實(shí)時(shí)調(diào)整比較器電壓，大大增加了轉(zhuǎn)換器的可靠性和適應(yīng)性。同時(shí)根據(jù)確定的通信協(xié)議可以控制干擾信號(hào)，當(dāng)rs232沒有發(fā)數(shù)據(jù)到mbus總線時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)換器不主動(dòng)向rs232接口發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　平臺(tái)選型說明(略)

　　設(shè)計(jì)說明

　　該轉(zhuǎn)換器主要實(shí)現(xiàn)mus信號(hào)與rs232信號(hào)的相互裝換，由于采用了單片機(jī)控制，因此該轉(zhuǎn)換器有很強(qiáng)的適應(yīng)性以及大的驅(qū)動(dòng)能力，如果每個(gè)從站靜態(tài)電流為1.5mA，該轉(zhuǎn)換器可以帶100個(gè)從站可靠通信。

　　一、 MBUS總線

　　由于水表或者熱量表都是電池供電，為了延長(zhǎng)電池使用壽命，表內(nèi)主電路使用光電隔離器和通信電路隔離。通信電路由總線供電。水表或熱表抄表系統(tǒng)通信大部分采用MBUS總線，它是一種二線制無(wú)序總線，既給表計(jì)提供電源又用來傳輸信號(hào)，大大節(jié)省了布線成本。圖2是MBUS總線連接圖，通信系統(tǒng)分為從站和主站，從站并接到總線上。

　　圖2 MBUS總線連接圖

　　MBUS總線協(xié)議規(guī)定了通信協(xié)議的物理層，對(duì)其他通信層沒有涉及。它是一種半雙工通信總線;通訊時(shí)采用主從方式，MBUS 總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位定義如下: (1) 由主站向從站傳輸?shù)男盘?hào)采用電壓值的變化來表示, 即主站向從站發(fā)送的數(shù)據(jù)碼流是一種電壓脈沖序列, 用+36 V 表示邏輯1，用+ 24 V 表示邏輯 0。在穩(wěn)態(tài)時(shí),線路將保持邏輯1狀態(tài),圖3 (a)部分是由主站向終端從站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼流圖。(2) 從站向主站傳輸?shù)男盘?hào)采用電流值的變化來表示, 即由從站向主站發(fā)送的數(shù)據(jù)碼流是一種電流脈沖序列, 通常用1.5mA的電流值表示邏輯1,當(dāng)傳輸0時(shí),由從站控制使電流值增加11-20mA。圖3(b)部分所示是由從站向主站傳輸數(shù)據(jù)的碼流圖。

　　圖3 MBUS物理層信號(hào)

　　二、 主站信號(hào)收發(fā)電路

　　由于總線需要給從站節(jié)點(diǎn)供電，因此電源需要有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)消耗2-3mA，當(dāng)100個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)需要的電流在0.2-0.3A。

　　系統(tǒng)采用12伏直流供電，通過LM7805降壓到5伏直流;將12伏直流升壓到36伏，通過78M24得到24伏。升壓電路采用電壓芯片F(xiàn)P5138，配合幾個(gè)元器件就可以升壓到36伏。該芯片輸入電壓1.8-15伏。提供高精度的電壓輸出，輸出誤差在2%之內(nèi)。工作頻率在50kHz到1MHz,并且有短路保護(hù)功能。

　　如圖4所示，Out 引腳為PWM波形輸出，直接驅(qū)動(dòng)MOS管;FB引腳為電壓反饋輸入;CTL 引腳為輸出電流大小控制，電阻越大，輸出電流越小，當(dāng)斷開時(shí)，芯片不工作，可以用該電阻控制芯片處于正常工作模式或待機(jī)模式;SCP引腳外接電容電阻來決定內(nèi)部振蕩頻率;COMP引腳用來對(duì)內(nèi)部比較器補(bǔ)償;COSC引腳連接電容，用于電源的軟啟動(dòng)，系統(tǒng)上電后開始給電容C2充電，當(dāng)充電電壓到達(dá)0.8伏時(shí)，引腳OUT開始輸出。圖4中輸出電壓為

　　VOUT=(1+R4/R3)*0.5=(1+69)*0.5=35伏

　　圖4升壓電路