M－Bus儀表總線協(xié)議及其應(yīng)用

作者：時間：2016-12-15 來源：網(wǎng)絡(luò)

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文章詳細(xì)介紹了M－Bus儀表總線，包括總線結(jié)構(gòu)、總線的通信協(xié)議，及其在遠(yuǎn)程抄表中的應(yīng)用。家用公共事業(yè)儀表通過擴(kuò)展M－Bus總線，使其具有與M－Bus儀表總線通訊的功能，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。
關(guān)鍵詞：　儀表總線；應(yīng)用；遠(yuǎn)程抄表

Meter－bus protocol　and its　application

SHENYu－ming，ZHENLan－h(huán)an，GUANXiao－chun，WEIJie

（Shanghai　University　of　Technology，Shanghai200093，China）　　

Abstract：This paper presents the M－busincluding its configuration，bus communication protocol and itsapplication to remotely coping meters．The house－using public business meters havethe performance ofcommu－nication with the M－bus and realizethe remotely coppying meters by exanding the M－bus．
Key words：Meters bus；application；remotely coping meters

M－Bus是Paderborn大學(xué)的Dr．Horst Ziegler與TI公司的Deutschland GmbH和TechemGmbH共同提出的，專門用于公共事業(yè)儀表的總線結(jié)構(gòu)，稱Meter－Bus，簡稱M－Bus。
M－Bus儀表總線屬于局域網(wǎng)（Local Area Net－work，簡稱LAN），是處于同一幢建筑、同一大學(xué)或方圓幾公里遠(yuǎn)地域內(nèi)的專用網(wǎng)絡(luò)，被用于連接遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)和工作站、測量儀表等設(shè)備，以便資源共享和數(shù)據(jù)傳輸。
M－Bus儀表總線具有LAN的3個基本特征：（1）范圍，（2）傳輸技術(shù)，（3）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。LAN具有星形、環(huán)形和總線形拓?fù)?/strong>結(jié)構(gòu)。M－Bus一般采用總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
M－Bus儀表總線可以滿足由電池供電或遠(yuǎn)程供電的計(jì)量儀表的特殊要求。當(dāng)計(jì)量儀表收到數(shù)據(jù)發(fā)送請求時，將當(dāng)前測量的數(shù)據(jù)傳送到主站，（主站可以是手持單元、計(jì)算機(jī)或其它終端）。主站定期地讀取某幢建筑中安裝的計(jì)量儀表的數(shù)據(jù)。
一般而言，掛接在儀表總線上的計(jì)量儀表的數(shù)目可達(dá)數(shù)百個，數(shù)據(jù)傳輸距離達(dá)數(shù)千米。在總線上傳送的數(shù)據(jù)具有高度的完整性和快速性。

1　M－Bus總線的結(jié)構(gòu)模型及特點(diǎn)　　
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1978年提出了OSI（Open SystemInterconnection，即開放系統(tǒng)互聯(lián)）7層參考模型。M－Bus總線協(xié)議以ISO－OSI參考模型作為參考，但是只采用了OSI 模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如表1所示。儀表總線結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

1）物理層
物理層的功能是提供一條“非結(jié)構(gòu)位流”傳送的物理通道，并為數(shù)據(jù)鏈路層提供建立、維護(hù)和解除物理連接。物理層規(guī)定了主站與從站之間的物理接口的物理和電氣特性，負(fù)責(zé)物理媒體上信息的接收和發(fā)送。M－Bus的物理層采用M－Bus總線標(biāo)準(zhǔn)。
2）數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路層的功能是在物理連接的基礎(chǔ)上建立、維護(hù)和解除數(shù)據(jù)連接。數(shù)據(jù)鏈路層以幀為單位傳輸信息，在每幀信息中附加了許多協(xié)議控制信息（如同步信息、地址信息、糾錯信息、應(yīng)答信息等），以保證信息無差錯傳送。M－Bus的數(shù)據(jù)鏈路層采用IEC870標(biāo)準(zhǔn)。
3）應(yīng)用層
應(yīng)用層是直接面對用戶的一層。主要功能包括讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)、密鑰設(shè)定、廣播校對，以及更改通信速率等等。M－Bus的應(yīng)用層采用EN1434—3標(biāo)準(zhǔn)。
M－Bus總線協(xié)議為主－從結(jié)構(gòu)的半雙工通訊方式，可以進(jìn)行一主一從或一主多從的操作，從站均有各自的地址編碼。采用0．5 mm2雙絞線，連接250個從站時，最遠(yuǎn)連接距離可達(dá)到380 m。采用1．5mm2雙絞線，連接64個從站時，最遠(yuǎn)連接距離可達(dá)到3 600 m。M－Bus總線結(jié)構(gòu)由主站以及掛接在雙絞線上的一系列從站組成，從站之間彼此并聯(lián)。

2　M－Bus儀表總線協(xié)議　　
信息幀的控制由主站發(fā)出，每幀由前導(dǎo)字節(jié)、幀起始符、儀表類型、從站地址域、控制碼、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)域、幀信息縱向校驗(yàn)碼及幀結(jié)束符等9個域組成，每個域由若干字節(jié)組成。幀的格式見圖2。每字節(jié)含8位二進(jìn)制碼，傳輸時加上1個起始位（0）、1個奇偶校驗(yàn)位和1個停止位（1）共11位，其傳輸序列如圖3所示。 D0是字節(jié)的最低位，D7是字節(jié)的最高位，先傳低位后傳高位。

（1）前導(dǎo)字節(jié)
由主站或從站發(fā)送的所有幀前面有一串規(guī)定數(shù)目的十六進(jìn)制的字符“FE”，這些字符稱為幀的前導(dǎo)字節(jié)。前導(dǎo)字節(jié)本質(zhì)上是一種物理層的要求，經(jīng)常用來使接收器適應(yīng)和同步，一般是2～4個字符。
（2）幀起始符
幀起始符68H，表示一幀信息的開始。
（3）儀表類型
儀表類型（T）是指參與通信的從站屬于哪種類型的計(jì)量儀表，如表2所示。

（4）地址域
地址域由7個字節(jié)組成（A0A1A2A3A4A5A6），每個字節(jié)為2位BCD碼格式。地址長度為14位十進(jìn)制數(shù)。其中A6A5為廠商代碼，低地址在前，高地址在后。當(dāng)某一字節(jié)以AAH尋址時，忽略該字節(jié)地址。當(dāng)?shù)刂窞锳AAAAAAAAAAAAAH時，為廣播地址。
（5）控制碼
控制碼的格式見圖4。

其中：
D7：0—表示由主站發(fā)出的控制幀；
1—表示由從站發(fā)出的應(yīng)答幀；
D6：0—表示從站正確應(yīng)答；
1—表示從站對異常信息的應(yīng)答；
D5～D0：控制碼
000000：保留；
000100：讀計(jì)量數(shù)據(jù)；
000101：讀地址；
001000：廣播校時；
001100：更改通信速率；
010010：寫機(jī)電同步數(shù)據(jù)；
010100：寫時域；
010101：寫閥門控制；
011010：設(shè)定密鑰；
1XXXXX：廠商自定義。
（6）數(shù)據(jù)長度　　
數(shù)據(jù)長度字段包含一個表示字節(jié)數(shù)的整數(shù)，用十六進(jìn)制表示，是數(shù)據(jù)長度字段和校驗(yàn)字段之間（不包括該兩個字段）的數(shù)據(jù)字節(jié)的計(jì)數(shù)值。讀數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)長度小于或等于64H。寫數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)長度小于或等于32H，數(shù)據(jù)長度等于零表示無數(shù)據(jù)域。
（7）數(shù)據(jù)域（DATA）
數(shù)據(jù)傳送時，發(fā)送方按字節(jié)進(jìn)行加33H處理，接收方按字節(jié)進(jìn)行減33H處理。
（8）校驗(yàn)碼（CS）
一個字節(jié)從幀起始符開始到校驗(yàn)碼之前的所有各字節(jié)進(jìn)行二進(jìn)制算術(shù)累加，不計(jì)超過FFH的溢出值。

3　數(shù)據(jù)的傳輸　　
所有多字節(jié)數(shù)據(jù)域均先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。例如，傳送數(shù)據(jù)域的值為12345678，其傳輸次序如圖5所示。

每次通訊先由主站發(fā)出命令幀，被選擇的從站根據(jù)命令幀的要求做出響應(yīng)。傳輸響應(yīng)的時序見圖6、圖7。數(shù)據(jù)通信過程中，若接收方檢測到校驗(yàn)和奇偶校驗(yàn)或格式出錯，均放棄該信息幀不予響應(yīng)。
圖中Tbit＝1／波特率秒———二進(jìn)制位傳送時間
Tbyte＝11Tbit———字節(jié)傳送時間
Td 1＝Tbyte———延遲時間
Tframe＝幀字節(jié)數(shù)＊Tbyte———幀傳輸時間　　
Tr＝50 ms＋30＊Tbyte———最長響應(yīng)時間　　
Tfba＝實(shí)際幀字節(jié)長度＊Tbyte———實(shí)際幀傳輸時間
Tb≤1Tbyte———字節(jié)間的停頓時間

4　M－Bus儀表總線的應(yīng)用
M－Bus總線的工作狀態(tài)分為數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)和空閑工作方式兩種。數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)又分為主站至從站的數(shù)據(jù)傳輸和從站至主站的數(shù)據(jù)傳輸。
主站至從站的數(shù)據(jù)傳輸只允許一個主站連接到戶用儀表總線。主站工作時應(yīng)向總線提供電源。

5　小　結(jié)　
M－Bus儀表總線是一種低成本的戶用電子系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)公共事業(yè)儀表的聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程抄表功能。公共事業(yè)儀表包括戶用電表、水表、熱量表等計(jì)量儀表。文章詳細(xì)介紹了M－Bus儀表總線，包括總線結(jié)構(gòu)、總線的通信協(xié)議，及其在遠(yuǎn)程抄表中的應(yīng)用。家用公共事業(yè)儀表通過擴(kuò)展M－Bus總線，使其具有與M－Bus 儀表總線通訊的功能，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。

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