M-BUS通信协议说明及应用.doc

电工1001张睿09900100418移动通信作业TTLM-BUS电平转换电路M-BUS是由Dr. Horst Ziegler教授和德州仪器公司共同开发的,它是建立ISO-OSI考模型基础之上,以便充分利用现有大多数的网络协议,使之成为一个开放的系统。M - BUS 不是一个完整的网络,它的4 - 6 OSI 层是空的并且不处理网络中大多数的任务,如传输层、会话层,因此只提供物理层、数据链路层、网络层和应用层的功能,图-1 是M - BUS的OSI模型。因为ISO - OSI模型中的高级层不能修改地址、波特率等参数,所以在7个OSI层的旁边和上面又定义了一个管理层,地址254或255被保留用于管理物理层,地址253用于网络层。基于这个新的管理层,可以直接管理每个OSI层去执行指定功能而不必严格遵循OSI模型。图-1 M - BUS的OSI模型M - BUS 系统是一个带有通讯控制主机的多级系统,它是由主机和一定数量的从机(终端设备) 通过两根电缆连接而成,所有的从机都并联连接在总线上,并可通过总线获得所需电源。为了实现数据和能量的共同传输,M - BUS总线上的bit流传输采用两种调制方式:电压调制和电流调制。TTLM-BUS的转换电路如图-2 所示，主要包括发送器和接收器两个部分。图-2 TTLM-BUS电平转换总体电路1、发送器 M-BUS发送端：由集中器向终端仪表终端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终端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”。在稳态时电平保持“1”状态。如图-3 所示为集中器向终端发送的数据码流图。图-3 集中器向终端发送的数据码流图图-3 所示的集中器向终端发送的数据码流图的发送波形在图-4 中可以得到结果。图-4 中当“TXD”发送数据时由Q2为前端驱动级，可以得到Q2集电极产生一个与TXD波形相反且幅度为0-36V的波。U4,U5为光电耦合器，两管交替工作。当TXD输入为“1”时Q2导通，此时Q2集电极为低电平使得U4工作，此时Q1的集电极与发射极处于导通状态，并且U5端由于Q2集电极为低电平处于断开状态，对于Q1的发射级输出端无影响。此时Q1发射极端将有+36V的电位使得M+输出+36V为逻辑“1”。相反，当TXD为“0”时，U5工作并且Q1集电极与发射极处于导通状态处于断开状态使得D13的正端为低电平，所以输出将保持输入+12V电源电位即为逻辑“0”。图-4 集中器发送部分原理图2、接收器 从终端仪表向集中器传输的信号采用的是电流值的变化来表示，即由仪表终端向集中器发送的数据流是一种电流脉冲序列，通常用1.5mA的电流值表示逻辑“1”，当传输“0”时，由终端仪表控制电流值增加到11-20mA。在稳态时，线路上的值为持续“1”状态。当终端仪表接收信号时，其电流应处于稳态“1”，在接收信号时，其电流处于稳态“1”；在接收信号时，其电压值的变化所导致的电流变化不应该超过0.2%/V。图-5 部分所示是由终端仪表向集中器传输数据的码流图。图-5 终端发送的电流信号数据码流图-5 所示的集中器向终端发送的数据码流图的发送波形在图-8 原理图中可以得到结果。图-8 中输入信号接在M+,M-m两端由于M+在发送部分当中此时电位为+36V且由两对立的二极管连接防止了电流的流通。在终端仪表向集中器产生电流调制的时候，电流信号 I 将全部流向M-端，经R5与地组成回路，因此在R5上将有U=R5*I的压降。由于输入电流I的变化会引起电压U的变化，逻辑“1”为： U“1” =10*1.5mA 逻辑“0”为： U“0” =10*1 5mA 这就产生了一个15mV-150mV的方波信号Sin。由U2 LM358一级运放构成电压跟随器使输入信号与后期处理信号隔离再进行放大此处放大考虑到运放的单电源供电所以使用同向放大，放大倍数为1+R4/R5=11倍，此处放大时为后期给电压做比较准备。从图-5 可知，在稳态时终端给集中器提供的电流信号为1.5mA，由于终端的数量较多，而每个终端都会提供一个稳态时的电流并且全部加载在R5上就会使得低电平的电位整体上移。现以10块终端仪表为例，当终端为10个的时候，且某一终端正在给集中器传输数据所在M-端产生的电压信号波形为如图-6：图-6 M-端产生的电压信号波形由图-6 可得当经放大10倍之后将会产生一个与地电位差更高的电压，并且会随着终端仪表的增多而增加，这样就造成整体电位的上移而使得RXD端接收数据越来越困难。为使得信号逻辑“0”与地保持在同一水平线必须将信号波向下移1500mV的电压。现在设计了图-7 的U1部分电路，U1构成为电压比较器，输入3脚为信号直接输入，2脚为电阻、电容滤波处理过的信号两信号波形如图-7 所示：图-7 比较器两端的输入及输出信号波形 如图-7 可得到输出信号与地在同一电势水平线上。再经D1为5.1V的稳压管稳压得到一个近TTL的信号，由于输入1.5mA为高电平，15mA为低电平使得输出信号为反向的波形，所以输出端连接反相器对波形进行取反，得到RXD接收信号。图-8 集中器接收部分原理图3、附录：OSI七层模型第0层（假象层）：物理媒体，如双绞线、同轴电缆等。物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接，以及它们的机械、电气、功能和过程特性。如规定使用电缆和接头的类型、传送信号的电压等。在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流。 第1层（最底层）：物理层。它的主要作用是定义物理设备标准（网线接口类型、光纤接口类型、各种传输介质的传输速率等）和传输比特率。第2层（牵线层 ）：数据链路层。控制网络层与物理层之间的通信。它的最主要功能是在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。从网络层接受的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧。第3层（QQ层）：网络层。提供连接和路径选择，主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。第4层（BOSS层）：传输层。定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口、80端口等）。主要是将从下层接受的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。第5层（交通警察层）：会话层。负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信。会话层的功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信连接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断以及通信中断时决定从何处重新发送。第6层（翻译官层）：表示层。应用程序和网络之间的翻译官，数据按照网络能理解的方案进行格式化（网络类型不同，格式化改变）。第7层（亲民层）：实体层。由若干个服务元素（SASE）和一个或多个公用应用服务元素（CASE）组成。为用户应用程序提供网络服务（电子邮件、终端仿真等）。4、结束语：随着社会的迅速发展，智能小区逐渐进入人们的生活，而M