M-BUS協(xié)議基礎(chǔ)知識(shí)
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虛線左邊的時(shí)間段是主站到從站的bit流傳輸，總線電壓在Vspace和Vmark間切換，從站電流維持Imark不變；虛線右邊的時(shí)間段是從到主的bit流傳輸，從站所取電流在Imark和Ispace間切換，總線電壓基本維持Vmark不變，但由于MBus電源輸出阻抗的存在，使得電流增大時(shí)總線電壓略有減小。這表明數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中任意時(shí)刻MBus總線上要么傳輸電壓信號(hào)，要么傳輸電流信號(hào)，所以MBus只能工作在主從半雙工方式下。
主站通過(guò)檢測(cè)總線上是否出現(xiàn)11-20mA脈沖電流確定接收“0”還是“1”；從站接收數(shù)據(jù)時(shí)，由于總線絕對(duì)電壓會(huì)隨著距離和總線電流變化而變化，故通過(guò)檢測(cè)總線電壓與動(dòng)態(tài)參考電壓是否相差10V以上來(lái)確定接收“0”還是“1”。TI公司的MBus接口芯片TSS721A采用的就是這種動(dòng)態(tài)電平識(shí)別邏輯，它的動(dòng)態(tài)參考電壓由從站接入位置處的Vmark對(duì)芯片內(nèi)的一個(gè)電容充電獲得。該電容充放電電流之比約為40，在波特率大于300的情況下只要在傳輸?shù)腷it流中每11位至少出現(xiàn)一個(gè)“1”（Vmark），就可以保證動(dòng)態(tài)參考電壓始終維持在Vmark附近。
1.2.2
MBus數(shù)據(jù)鏈路層以國(guó)際電工委員會(huì)IEC870-5（遙控裝置和系統(tǒng)傳輸協(xié)議）為基礎(chǔ)，規(guī)定了MBus的信號(hào)傳輸方式、字節(jié)表示、幀格式以及主從站的連接過(guò)程等。
根據(jù)物理層的特點(diǎn)，MBus采用半雙工、異步串行信號(hào)傳輸方式，波特率為300～9600。信號(hào)格式采用起止式異步協(xié)議（IEC870-5-1），以字節(jié)為單位進(jìn)行傳輸，先傳低位bit（LSB）再傳高位bit（MSB）。總線上表示一個(gè)字節(jié)的11位bit流按傳輸順序是：起始位/8bit字節(jié)/奇偶校驗(yàn)位/停止位。由于MBus的空閑位（Vmark，Imark）為邏輯“1”，所以起始位定義為邏輯“0”，而停止位定義為邏輯“1”。這樣，一個(gè)字節(jié)的傳輸過(guò)程中包括起始、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)、停止共11比特，其中至少有一個(gè)邏輯“1”，滿足MBus從站的電平要求。
MBus采用FT1.2異步式字節(jié)傳輸幀格式（IEC870-5-2），由多個(gè)字節(jié)組成，傳輸時(shí)字節(jié)間不允許停頓。FT1.2定義了三種幀格式，分別是單字節(jié)幀（表1-3）、定長(zhǎng)短幀（表1-4）和變長(zhǎng)長(zhǎng)幀（表1-5）。其中S：表示起始位；D：未加說(shuō)明均表示一個(gè)字節(jié)；P：表示奇偶校驗(yàn)位；E：表示停止位；發(fā)送順序從左至右，從上至下。
表1-3單字節(jié)幀
S | D | P | E |
0 | E5H | 1 | 1 |
表1-4定長(zhǎng)短幀
S | D | P | E |
0 | 10H | 1 | 1 |
0 | C字段 | P | 1 |
0 | A字段 | P | 1 |
0 | CS字段 | P | 1 |
0 | 16H | 1 | 1 |
表1-5變長(zhǎng)長(zhǎng)幀
S | D | P | E |
0 | 68H | 1 | 1 |
0 | L字段 | P | 1 |
0 | L字段 | P | 1 |
0 | 68H | 1 | 1 |
0 | C字段 | P | 1 |
0 | A字段 | P | 1 |
0 | CI字段 | P | 1 |
0 | 用戶數(shù)據(jù)區(qū)0～252字節(jié) | P | 1 |
0 | CS字段 | P | 1 |
0 | 16H | 1 | 1 |
單字節(jié)幀E5H用于接收確認(rèn)，定長(zhǎng)短幀用于主站向從站發(fā)送指令，變長(zhǎng)長(zhǎng)幀用于主從站間的數(shù)據(jù)交換。后兩種格式除了起始字節(jié)（如10H，68H）、終止字節(jié)（16H）外，還定義了C、A、L、CI和CS字段，變長(zhǎng)長(zhǎng)幀還封裝了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)252個(gè)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)區(qū)，各字段的意義如下。
MBus的通信完全由主站控制，主從站之間按以下兩種非平衡式傳輸規(guī)則交換報(bào)文幀：
1.
SND-NKE<>E5H，主站發(fā)送SND-NKE，被呼叫從站以E5H單字節(jié)幀確認(rèn)，用于通信開(kāi)始或者通信中斷后的初始化。
SND-UD<>E5H，主站發(fā)送SND-UD，被呼叫從站以E5H單字節(jié)幀確認(rèn)，用于主站向從站傳輸數(shù)據(jù)或者控制信息，如設(shè)定波特率等。
2.
REQ_UD2<> RSP_UD，主站發(fā)送REQ_UD2，被呼叫從站以RSP_UD回復(fù)，用于主站采集從站的測(cè)量數(shù)據(jù)，如熱量、流量等，這些數(shù)據(jù)位于RSP_UD的用戶數(shù)據(jù)區(qū)。
1.2.3
MBus應(yīng)用層定義了測(cè)量記錄的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。從站利用這些數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)將測(cè)量記錄進(jìn)行編碼處理，并封裝在長(zhǎng)幀的用戶數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)發(fā)送；主站則根據(jù)這些數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)的定義，對(duì)長(zhǎng)幀的用戶數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的解碼，從而獲取從站的測(cè)量數(shù)據(jù)。因此用戶數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義對(duì)于MBus的應(yīng)用具有重要的意義，MBus在這方面針對(duì)消耗量計(jì)量?jī)x表的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了專門(mén)的設(shè)計(jì)。
MBus定義了多種數(shù)據(jù)類型，包括無(wú)符號(hào)BCD整型、二進(jìn)制整型、無(wú)符號(hào)二進(jìn)制整型、布爾型、32bit復(fù)合型（表示測(cè)量類型、物理單位等）、32bit日期時(shí)間型、16bit日期型、浮點(diǎn)型。在這些數(shù)據(jù)類型的基礎(chǔ)上，MBus定義了兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：固定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)幀的用戶數(shù)據(jù)區(qū)實(shí)際上就是一個(gè)用固定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的數(shù)據(jù)塊。
1.
分為6個(gè)字段，按順序分別是：從站標(biāo)識(shí)號(hào)碼/訪問(wèn)次數(shù)/從站狀態(tài)/測(cè)量量類型和單位/計(jì)數(shù)器1數(shù)據(jù)/計(jì)數(shù)器2數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只能傳輸兩個(gè)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)，且對(duì)測(cè)量記錄只能進(jìn)行固定長(zhǎng)度的編碼，因此適用于從站只有一兩個(gè)測(cè)量量的場(chǎng)合。
2.
可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為4個(gè)部分，按順序分別是：固定數(shù)據(jù)頭/數(shù)據(jù)記錄塊（DRB）/廠商數(shù)據(jù)頭/廠商自定義數(shù)據(jù)塊。固定數(shù)據(jù)頭同固定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的前3個(gè)字段的意義基本類似；數(shù)據(jù)記錄塊由若干子數(shù)據(jù)塊組成，子數(shù)據(jù)塊數(shù)目以及每個(gè)子數(shù)據(jù)塊的類型、長(zhǎng)度、意義都是可變的，每個(gè)子數(shù)據(jù)塊保存一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)；廠商數(shù)據(jù)頭是一個(gè)標(biāo)識(shí)符（0FH或者1FH），表明自此以后是廠商自定義數(shù)據(jù)塊；廠商自定義數(shù)據(jù)塊使得在主從站間可以按照自定義的規(guī)則交換數(shù)據(jù)，不受標(biāo)準(zhǔn)的約束，進(jìn)一步增加了使用的靈活性。可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能充分滿足遠(yuǎn)程讀數(shù)的需要，適用于從站有多種測(cè)量量的場(chǎng)合。
對(duì)于熱力站監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)記錄塊保存的各個(gè)子數(shù)據(jù)塊是最重要的，因?yàn)樗鼈儽４媪藷崃勘淼臏y(cè)量數(shù)據(jù)。每個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)塊由三部分組成，按順序分別是：數(shù)據(jù)信息塊（DIB）/量值信息塊（VIB）/數(shù)據(jù)編碼塊（DCB）。數(shù)據(jù)信息塊由一個(gè)或多個(gè)字節(jié)表示，說(shuō)明測(cè)量數(shù)據(jù)的編碼類型（二進(jìn)制還是BCD以及數(shù)據(jù)編碼塊的位數(shù)）、數(shù)據(jù)類別（瞬時(shí)值還是平均值等）；量值信息塊也是由一個(gè)或多個(gè)字節(jié)表示，說(shuō)明測(cè)量值的量綱和量級(jí)；數(shù)據(jù)編碼塊保存該測(cè)量數(shù)值的編碼。
應(yīng)用層除了定義測(cè)量記錄類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)外還有其它用途。實(shí)際上最新的MBus標(biāo)準(zhǔn)中通過(guò)規(guī)定許多新的CI字段控制字節(jié)，并結(jié)合用戶數(shù)據(jù)區(qū)存儲(chǔ)的信息，為用戶提供了許多新的功能。隨著MBus協(xié)議的不斷發(fā)展，應(yīng)用層功能將不斷擴(kuò)展和完善，包括尋址、設(shè)定參數(shù)、報(bào)警以及更為靈活的抄表方式等。
1.2.4
熱力站監(jiān)控系統(tǒng)中，MBus從站（Slave）是各公司生產(chǎn)的熱量表，其核心部分是一塊高度集成的控制芯片，它可以完成流量、溫度等物理量的測(cè)量，并可以進(jìn)行熱量值的積分計(jì)算。熱量表為了便于遠(yuǎn)程抄讀，一般都提供了MBus接口，熱量表的核心控制芯片也提供了對(duì)MBus協(xié)議的支持。熱量表MBus接口電路廣泛使用了TSS721A收發(fā)芯片。
TSS721A接口芯片是MBus協(xié)議組織與TI公司合作開(kāi)發(fā)的MBus協(xié)議從站專用接口芯片，遵循EN1434-3標(biāo)準(zhǔn)。借助TI公司的強(qiáng)大技術(shù)力量，TSS721A接口芯片實(shí)現(xiàn)了MBus協(xié)議對(duì)物理層的各項(xiàng)規(guī)定要求，有力地推動(dòng)了MBus協(xié)議的推廣。根據(jù)MBus總線物理層的相關(guān)定義，TSS721A從站接口芯片具備檢測(cè)總線電壓（接收數(shù)據(jù)）和調(diào)制總線電流（發(fā)送數(shù)據(jù)）的功能，關(guān)于TSS721A的通信電路原理可以參閱有關(guān)文獻(xiàn)。TSS721A除了MBus通信功能外，還對(duì)MBus總線遠(yuǎn)程供電和電池供電提供了很好的支持。
評(píng)論