基于STC15F2K61單片機的MBUSRS232轉換器設計

　　隨目前，我國城市居民的水表和熱量表數據基本上都是人工抄收，然后月底結算。這種方式不僅要消耗大量的人力物力，而且抄收時間長，精度低，不利于管理部門實時掌握用戶的用水或用熱情況。集中器在抄表系統中占有非常重要的地位，現有市場上的集中器大部分帶負載能力差，每個通信線路負載帶有60個，一個集中器有2路MBUS最多帶120個表。隨著高層建筑越來越多，每戶使用的表計數量不斷增加，集中器帶負載能力差的缺點越來越突出，這大大增加了抄表系統的設備成本，因此設計一種帶負載能力強的集中器非常有必要。

　　二、結構說明

　　本系統主要完成mbus信號與rs232信號的相互轉換，該模塊自適應能力強，能夠根據mbus總線負載大小動態調整比較電壓，從而增加轉換器的使適應能力。

　　三、功能與使用說明

　　該模塊完成對mbus信號與rs232信號的轉換，模塊12伏直流供電，一端接mbus總線，一端接計算機rs232接口。完成信號的透明傳輸。

　　四、作品特色

　　本設計應用單片機實現了mbus總線和rs232總線的轉換，由于采用單片機根據從站無數據返回時總線電流實時調整比較器電壓，大大增加了轉換器的可靠性和適應性。同時根據確定的通信協議可以控制干擾信號，當rs232沒有發數據到mbus總線時，單片機控制轉換器不主動向rs232接口發送數據。

　　平臺選型說明(略)

　　設計說明

　　該轉換器主要實現mus信號與rs232信號的相互裝換，由于采用了單片機控制，因此該轉換器有很強的適應性以及大的驅動能力，如果每個從站靜態電流為1.5mA，該轉換器可以帶100個從站可靠通信。

　　一、 MBUS總線

　　由于水表或者熱量表都是電池供電，為了延長電池使用壽命，表內主電路使用光電隔離器和通信電路隔離。通信電路由總線供電。水表或熱表抄表系統通信大部分采用MBUS總線，它是一種二線制無序總線，既給表計提供電源又用來傳輸信號，大大節省了布線成本。圖2是MBUS總線連接圖，通信系統分為從站和主站，從站并接到總線上。

　　圖2 MBUS總線連接圖

　　MBUS總線協議規定了通信協議的物理層，對其他通信層沒有涉及。它是一種半雙工通信總線;通訊時采用主從方式，MBUS 總線上傳輸的數據位定義如下: (1) 由主站向從站傳輸的信號采用電壓值的變化來表示, 即主站向從站發送的數據碼流是一種電壓脈沖序列, 用+36 V 表示邏輯1，用+ 24 V 表示邏輯 0。在穩態時,線路將保持邏輯1狀態,圖3 (a)部分是由主站向終端從站傳輸的數據碼流圖。(2) 從站向主站傳輸的信號采用電流值的變化來表示, 即由從站向主站發送的數據碼流是一種電流脈沖序列, 通常用1.5mA的電流值表示邏輯1,當傳輸0時,由從站控制使電流值增加11-20mA。圖3(b)部分所示是由從站向主站傳輸數據的碼流圖。

　　圖3 MBUS物理層信號

　　二、 主站信號收發電路

　　由于總線需要給從站節點供電，因此電源需要有足夠的驅動能力。如果每個節點消耗2-3mA，當100個節點時需要的電流在0.2-0.3A。

　　系統采用12伏直流供電，通過LM7805降壓到5伏直流;將12伏直流升壓到36伏，通過78M24得到24伏。升壓電路采用電壓芯片FP5138，配合幾個元器件就可以升壓到36伏。該芯片輸入電壓1.8-15伏。提供高精度的電壓輸出，輸出誤差在2%之內。工作頻率在50kHz到1MHz,并且有短路保護功能。

　　如圖4所示，Out 引腳為PWM波形輸出，直接驅動MOS管;FB引腳為電壓反饋輸入;CTL 引腳為輸出電流大小控制，電阻越大，輸出電流越小，當斷開時，芯片不工作，可以用該電阻控制芯片處于正常工作模式或待機模式;SCP引腳外接電容電阻來決定內部振蕩頻率;COMP引腳用來對內部比較器補償;COSC引腳連接電容，用于電源的軟啟動，系統上電后開始給電容C2充電，當充電電壓到達0.8伏時，引腳OUT開始輸出。圖4中輸出電壓為

　　VOUT=(1+R4/R3)*0.5=(1+69)*0.5=35伏

　　圖4升壓電路