在欧洲,户用仪表的通讯方式以M-BUS为主,它可以解决多结点、长距离的通讯问题.
目前国内诸多大型水、电、气、热表企业已采用或拟采用MBUS总线通讯技术。
附录:RS485、M-BUS性能对比 |
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C-M-BUS
美国优倍电气股份公司的IC芯片技术,推出C-MBUS总线通讯方式及其专用芯片CMT001、CMT100,该芯片经多年的应用实践证明,其成本低、稳定性好、应用技术层面低,它不仅具备了485及MBUS总线所有的优点,又有其独特性能,十分适于在三表集中抄表以及需要二线制、总线供电的通讯系统中应用推广。
目前国内诸多大型水、电、气、热表及楼宇自动化等企业已采用或拟采用C-MBUS总线通讯技术。
技术概述:
C-M-BUS是一种低成本的、一点对多点的总线通讯系统,具有通讯设备容量大(400点),通讯速率高(9600bps),成本低,设计简单,布线简便(无极性可任意分支,普通双绞线),抗干扰能力强,并总线可提供高达500mA电源的特点。系统具有自动登录功能,此功能可完成设备的自动登录、结点中断报警等双向可中断的先进的通讯功能。总线隔离设备具有总线故障隔离性能,保证部分总线故障时其它部分正常通讯。以该芯片为核心构成的总线通讯系统可广泛应用于三表集抄、智能家庭控制网络、消防报警及联动网络、小区智能化控制网络、中央空调控制系统等。
美国TI公司的MBUS、美国优倍公司的C-MBUS总线通讯方式解决了RS485所有缺点,同时具有的总线供电模式,特别适应于居民煤气、水、电、热表集中抄收,其中断报警并自动上传功能又很适用于实时性要求高的应用,如消防报警系统,家庭智能化控制总线等,而C-M-BUS总线又比M-BUS具有更高的结点容量,更远的通讯距离,更低的功耗,并C-MBUS可过总线可为设备提供更大的供电电流。
系统应用:
一. C-MBUS总线通讯设备及系统构成
A:结点通讯设备:智能电表、水表、煤气表、热量表、家庭自动化设备终端、火灾报警、联动设备、手动报警按钮、网络显示器、网络仪表设备、控制设备、温度探测器、温度控制器等。
B:总线隔离(保护)器:当其所在分支发生短路时,自动断开其分支,使其他设备正常通讯。
工作电流<0.1mA;总线故障时电流<15mA;工作保护电流可根据需要在0.5A,0.1A,0.2A,0.5A,1.0A之间设置(可恢复保险丝)。
隔离中继器:当通讯距离超过2km时,可使用该设备再延长2km。
本设备需要现场供电,工作电流0.5mA。
集中控制器:向上连接计算机(或手持式抄表设备),向下连接C-MBUS总线的控制设备,内部有以CMT100为核心的电源控制器、232/485与C-M-BUS之间的通讯转换器等电路。
二. C-M-BUS型总线系统特点
1. 高速稳定的通讯速率,在4.8kb/s 的通讯速率时可达到2.4Km的可靠通讯距离;
2. 在4.8kb/s、2.4Km的可靠通讯距离时,可有多达400个接点的容量;
3.通过C-MBUS总线可向末端设备提供4mA工作电流;
4.允许串型、星型、交叉等任意接线分支的布线方式;
5. 极低的静态功耗,低于180uA,典型值为150uA;
6. 使用普通双绞线,无极性二线制安装接线;
7. 通过隔离设备可保证在遭雷击时可靠工作,
8. 恒流的电流环通讯方式,抗干扰性强;
9. 具有设备自动登录等功能,可容纳多种设备,预留多种通讯协议,扩展方便;
10.通过总线可向从设备提供500mA电流;
11.同时提供配套的主站专用集中控制芯片CMT100,可与计算机232、485等接口连接,系统兼容性及扩展性好;
12.芯片成本低。
三. CMT001设备数字通讯芯片
CMT001芯片是C-M-BUS设备端通讯专用集成电路,完成数字通讯的调制解调功能。总线信号直接输入芯片,芯片RXD、TXD信号可直接输入单片机或通过光耦与单片机连接,输出12~35V、100mA电源及5V±5%、4mA电源。
总线接口:
BUS1、BUS2为总线接口,对于建筑内部布线,在两线上串接一只4.7Ω电阻作总线输入保护即可,对于建筑外部连线,须在入口处并接一600W 30V瞬态抑制管以抑制雷电等瞬间冲击。
5V电源接口:
3-GND、5-输出+5V,输出电压5V±5%,可提供4mA以下电流输出供设备使用,电容C1容值=Iout(mA)×100uF。
20V电源接口:
3-GND、8-+VCC,输出电压随总线设计电压决定,对24V总线供电系统,该电压平均20V,输出电流 Iout<100mA(平均<2mA)。当需要超过4mA输出电流时,电容C1容值=Iout(mA)×100uF。
串行发送:
4-TXD,可直接与CPU的TXD管脚连接,注意需要加上拉10k电阻于CPU电源,若采用隔离方式,见下图。
串行接收:
7-RXD,可直接与CPU的RXD管脚连接,若采用隔离方式,见下图。
下图是使用电池与总线双供电的仪表供电电路,该芯片在总线不工作时通过RXD、TXD及+3V泄漏电流<1uA。
注:我公司已经完成了这种非隔离供电仪表的设计与测试,在非隔离状态下仪表可耐受4KV浪涌试验而保证系统工作稳定可靠。
主要技术指标:
总线电压:>12V、<35V;最末端电压需不低于12V
工作电流:<0.15mA(无输出电流);
5V电源输出:5V±5%、<4mA;
20V电源输出:(总线电压-3 V)、<100mA,平均<2mA;
总线接收速率:≤4.8kbps;(确保2000m,400结点)
总线发送速率:≤4.8kbps;(确保2000m,400结点)
封装:SO-8。
四. CMT100中心数字通讯芯片
CMT100芯片是C-M-BUS中心通讯专用集成电路,完成数字通讯的调制解调功能。考虑到主机电路复杂,为增加主机抗干扰能力,控制器应将总线驱动与单片机系统隔离,TXD、RXD、收发控制经光耦直接输入芯片,系统使用12V~30V电源(根据通讯距离,设备用电状况决定)。
基本原理:
收发控制:
1-RT/CON,低电平发送,高电平接收,如节点需要使用总线电源,不通讯时应处于发送状态。
串行接收:
2-RXD,总线接收信号输出,TTL电平,可直接驱动光耦。
串行发送:
3-TXD,总线发送信号输入,TTL电平,可直接由光耦驱动
总线故障信号:
4-BAD,总线故障信号输出,TTL电平,可直接驱动光耦。
总线发送低电平驱动:
5-BUSL,直接驱动总线下拉三极管。
电源接口:
6-GND、14-+VCC,输入电压12V~35V,工作电流<20mA,根据通讯距离及设备用电情况决定。
+7V电源输出:
输出+7V,<20mA电源供光耦驱动使用。
接收调制接口:
8-RC1,9-RC2,接收信号调制电容。
接收接口:
11-REVIN,接收信号总线输入接口,直接连接总线。
总线发送高电平驱动:
12-BUSH,直接驱动总线上拉三极管。
总线故障输入接口
13-BUSB,总线故障输入端口。
主要技术指标:
电源电压:>12V、<35V;
工作电流:<20mA;
7V电源输出:7V±5%、<20mA;
总线接收速率:≤9.6kbps;
总线发送速率:≤9.6kbps;
封装:SO-14。
C-M-BUS总线集抄配套设备
五. CMT-1总线隔离器:
隔离器安装在总线的分支点,当分支总线发生短路时隔离器自动工作,断开其下挂的分支,同时保证总线正常通讯。
主要技术指标:
耗电电流:正常<100uA,故障<15mA;
保护电流级别:50mA,100mA,200mA,500mA,1000mA;
内阻:4,2,1,0.5,0.2,0.1Ω;
六. C-M-BUS软件协议:
C-M-BUS支持所有符合一点对多点的RS485通讯协议,但不支持设备到主机回码时间超过300ms的长帧协议,这已适用于目前所有的三表抄表通讯协议。
利用结点回码可同时发送的硬件特点,利用低电平中断功能可完成设备的自动登录功能及中断报警功能。
七. 结束语
综上所述,C-MBUS型总线是一种“1托n”型多功能总线通讯系统,具有统一标准接口、遵从统一通信协议等技术,通过专用设备可直接与RS232、RS485对接,该技术符合发展、提升技术管理水平之需求。这种新型通讯方式成本低,又可为低端仪表持续提供4mA以下电源,能满足大部分输入设备的电源需求,是一种长距离多从机的总线通讯系统,对水表、煤气表、暖气表提供电源的意义重大,总线提供500mA电源的特性可满足三表应用中的阀控需求,适合应用于符合中国国情的预付费远程阀控表的技术要求。