USB接口便攜式M-BUS抄表儀的設(shè)計(jì)

摘要：M—BUS總線集中抄表系統(tǒng)中，M—BUS主站電路通常集成在集中器中，集中器體積大，功能復(fù)雜，成本高，并且需要接入220V電源才能正常工作，在開發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中很不方便。我們提出了一種由PC機(jī)USB接口提供電源便攜式M—BUS抄表儀。實(shí)現(xiàn)了USB升壓轉(zhuǎn)換、電壓調(diào)制、電流解調(diào)功能，同時(shí)具有USB通信電壓接口電平轉(zhuǎn)換功能，該方案具有體積小、成本低廉、攜帶方便、USB供電等優(yōu)點(diǎn)
關(guān)鍵詞：集中抄表系統(tǒng)；M—BUS總線；抄表儀；便攜

集中抄表系統(tǒng)(Automatic Meter Reading——AMR)是指采用通訊和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，通過(guò)專用設(shè)備自動(dòng)讀取和處理電表、水表、氣表計(jì)量數(shù)據(jù)的過(guò)程。
計(jì)量?jī)x表與抄表主機(jī)的通訊方式(下段信道)是自動(dòng)抄表系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。常用的下段信道有電力線載波、有線(總線)、無(wú)線(RFID)等方式。
總線抄表方式技術(shù)成熟、穩(wěn)定、簡(jiǎn)單，在通訊信道正常情況下，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊，是用戶廣泛采用的一種集中抄表系統(tǒng)。
M—BUS總線又叫Meter-Bus通用儀表總線，采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)的2線制總線，是一種專門為測(cè)量?jī)x器和計(jì)數(shù)器傳送信息而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)總線，也是專門用于遠(yuǎn)程抄表的一種高可靠性、高速、廉價(jià)的家用電子系統(tǒng)的歐洲總線標(biāo)準(zhǔn)。2004年，建設(shè)部引進(jìn)該標(biāo)準(zhǔn)并轉(zhuǎn)化為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為CJ／T 188—2004，標(biāo)準(zhǔn)名稱為《戶用計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)M—BUS總線的電氣接口參數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸方式做出了詳細(xì)規(guī)定。
M—BUS總線可同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)端供電，存非電量能源計(jì)量?jī)x表如水表、燃?xì)獗?、熱量表等集中抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
為解決M—BUS總線通訊信道易受人為、大范圍損壞，損壞后故障排除困難、恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、信道后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)維護(hù)量大等問(wèn)題，我們開發(fā)了便攜式M—BUS抄表儀。
便攜式M—BUS抄表儀與筆記本計(jì)算機(jī)可組成移動(dòng)抄表平臺(tái)，可集中記錄數(shù)據(jù)并保存在筆記本計(jì)算機(jī)中，再由工作人員攜帶到機(jī)房后傳輸給管理中心計(jì)算機(jī)。也可采集一只或一組獨(dú)立工作的表計(jì)的耗能數(shù)據(jù)，可方便的進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)或現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及故障排查。
綜合考慮計(jì)算機(jī)USB接口的驅(qū)動(dòng)能力和M—BUS總線的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)難度，我們確定便攜式M—BUS抄表儀的技術(shù)指標(biāo)如下：總線電壓30V，電流驅(qū)動(dòng)能力是100mA，最多可同時(shí)驅(qū)動(dòng)35只表。

1 主要原理
1．1 集中抄表系統(tǒng)原理
集中抄表系統(tǒng)是一個(gè)三層的網(wǎng)路系統(tǒng)，由上層、中間層和底層組成。主站軟件位于系統(tǒng)的最上層，集中器和采集器構(gòu)成系統(tǒng)的中間層、智能計(jì)量終端是系統(tǒng)的底層。主站軟件實(shí)現(xiàn)主站調(diào)度、數(shù)據(jù)采集與管理、報(bào)表結(jié)箅等功能；集中器和采集器實(shí)現(xiàn)上下行通信鏈路轉(zhuǎn)換；智能計(jì)量終端(采集點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備)提供計(jì)量和本地通信功能，并響應(yīng)上位機(jī)的指令。
集中抄表系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

在這個(gè)系統(tǒng)中，PC機(jī)是主站，主站軟件可以由多個(gè)模塊組成，圖中列舉了主站調(diào)度系統(tǒng)、用水信息采集與管理系統(tǒng)及其它支持系統(tǒng)三個(gè)模塊。集中器和便攜式抄表儀(即采集器)構(gòu)成通信系統(tǒng)的中間層，采集點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備是通信系統(tǒng)的底層。主站和便攜式M—BUS采集器通過(guò)USB接口建立遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，M—BUS總線作為本地通信網(wǎng)絡(luò)。主站、便攜式M—BUS采集器和采集點(diǎn)臨測(cè)設(shè)備(從機(jī))構(gòu)成一個(gè)主從通信系統(tǒng)。每次通信都是由主機(jī)發(fā)起，主站存規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到從機(jī)正確應(yīng)答標(biāo)志著成功完成一次通信，否則通信失敗。
作為本地通信網(wǎng)絡(luò)，M—BUS總線有如下特點(diǎn)：
(1)數(shù)據(jù)從集中器(或中繼器)向計(jì)量終端傳輸時(shí)，使用總線電壓調(diào)制傳輸數(shù)據(jù)，而總線電流保持恒定。
(2)數(shù)據(jù)從計(jì)量終端向集中器(或中繼器)傳輸時(shí)，使用總線電流調(diào)制傳輸數(shù)據(jù)，而總線電壓保持恒定。