M－Bus儀表總線協議及其應用

文章詳細介紹了M－Bus儀表總線，包括總線結構、總線的通信協議，及其在遠程抄表中的應用。家用公共事業儀表通過擴展M－Bus總線，使其具有與M－Bus儀表總線通訊的功能，從而實現遠程抄表。
關鍵詞：　儀表總線；應用；遠程抄表

Meter－bus protocol　and its　application

SHENYu－ming，ZHENLan－han，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，專門用于公共事業儀表的總線結構，稱Meter－Bus，簡稱M－Bus。
M－Bus儀表總線屬于局域網（Local Area Net－work，簡稱LAN），是處于同一幢建筑、同一大學或方圓幾公里遠地域內的專用網絡，被用于連接遠程監控計算機和工作站、測量儀表等設備，以便資源共享和數據傳輸。
M－Bus儀表總線具有LAN的3個基本特征：（1）范圍，（2）傳輸技術，（3）拓撲結構。LAN具有星形、環形和總線形拓撲結構。M－Bus一般采用總線形拓撲結構。
M－Bus儀表總線可以滿足由電池供電或遠程供電的計量儀表的特殊要求。當計量儀表收到數據發送請求時，將當前測量的數據傳送到主站，（主站可以是手持單元、計算機或其它終端）。主站定期地讀取某幢建筑中安裝的計量儀表的數據。
一般而言，掛接在儀表總線上的計量儀表的數目可達數百個，數據傳輸距離達數千米。在總線上傳送的數據具有高度的完整性和快速性。

1　M－Bus總線的結構模型及特點　　
國際標準化組織（ISO）于1978年提出了OSI（Open SystemInterconnection，即開放系統互聯）7層參考模型。M－Bus總線協議以ISO－OSI參考模型作為參考，但是只采用了OSI 模型的物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層，如表1所示。儀表總線結構原理如圖1所示。

1）物理層
物理層的功能是提供一條“非結構位流”傳送的物理通道，并為數據鏈路層提供建立、維護和解除物理連接。物理層規定了主站與從站之間的物理接口的物理和電氣特性，負責物理媒體上信息的接收和發送。M－Bus的物理層采用M－Bus總線標準。
2）數據鏈路層
數據鏈路層的功能是在物理連接的基礎上建立、維護和解除數據連接。數據鏈路層以幀為單位傳輸信息，在每幀信息中附加了許多協議控制信息（如同步信息、地址信息、糾錯信息、應答信息等），以保證信息無差錯傳送。M－Bus的數據鏈路層采用IEC870標準。
3）應用層
應用層是直接面對用戶的一層。主要功能包括讀數據、寫數據、密鑰設定、廣播校對，以及更改通信速率等等。M－Bus的應用層采用EN1434—3標準。
M－Bus總線協議為主－從結構的半雙工通訊方式，可以進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，最遠連接距離可達到380 m。采用1．5mm2雙絞線，連接64個從站時，最遠連接距離可達到3 600 m。M－Bus總線結構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。

2　M－Bus儀表總線協議　　
信息幀的控制由主站發出，每幀由前導字節、幀起始符、儀表類型、從站地址域、控制碼、數據長度、數據域、幀信息縱向校驗碼及幀結束符等9個域組成，每個域由若干字節組成。幀的格式見圖2。每字節含8位二進制碼，傳輸時加上1個起始位（0）、1個奇偶校驗位和1個停止位（1）共11位，其傳輸序列如圖3所示。 D0是字節的最低位，D7是字節的最高位，先傳低位后傳高位。

（1）前導字節
由主站或從站發送的所有幀前面有一串規定數目的十六進制的字符“FE”，這些字符稱為幀的前導字節。前導字節本質上是一種物理層的要求，經常用來使接收器適應和同步，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量儀表，如表2所示。

（4）地址域
地址域由7個字節組成（A0A1A2A3A4A5A6），每個字節為2位BCD碼格式。地址長度為14位十進制數。其中A6A5為廠商代碼，低地址在前，高地址在后。當某一字節以AAH尋址時，忽略該字節地址。當地址為AAAAAAAAAAAAAAH時，為廣播地址。
（5）控制碼
控制碼的格式見圖4。

其中：
D7：0—表示由主站發出的控制幀；
1—表示由從站發出的應答幀；
D6：0—表示從站正確應答；
1—表示從站對異常信息的應答；
D5～D0：控制碼
000000：保留；
000100：讀計量數據；
000101：讀地址；
001000：廣播校時；
001100：更改通信速率；
010010：寫機電同步數據；
010100：寫時域；
010101：寫閥門控制；
011010：設定密鑰；
1XXXXX：廠商自定義。
（6）數據長度　　
數據長度字段包含一個表示字節數的整數，用十六進制表示，是數據長度字段和校驗字段之間（不包括該兩個字段）的數據字節的計數值。讀數據時數據長度小于或等于64H。寫數據時數據長度小于或等于32H，數據長度等于零表示無數據域。
（7）數據域（DATA）
數據傳送時，發送方按字節進行加33H處理，接收方按字節進行減33H處理。
（8）校驗碼（CS）
一個字節從幀起始符開始到校驗碼之前的所有各字節進行二進制算術累加，不計超過FFH的溢出值。

3　數據的傳輸　　
所有多字節數據域均先傳送 低位字節，再傳送高位字節。例如，傳送數據域的值為12345678，其傳輸次序如圖5所示。



每次通訊先由主站發出命令幀，被選擇的從站根據命令幀的要求做出響應。傳輸響應的時序見圖6、圖7。數據通信過程中，若接收方檢測到校驗和奇偶校驗或格式出錯，均放棄該信息幀不予響應。
圖中Tbit＝1／波特率秒———二進制位傳送時間
Tbyte＝11Tbit———字節傳送時間
Td 1＝Tbyte———延遲時間
Tframe＝幀字節數＊Tbyte———幀傳輸時間　　
Tr＝50 ms＋30＊Tbyte———最長響應時間　　
Tfba＝實際幀字節長度＊Tbyte———實際幀傳輸時間
Tb≤1Tbyte———字節間的停頓時間



4　M－Bus儀表總線的應用
M－Bus總線的工作狀態分為數據傳輸狀態和空閑工作方式兩種。數據傳輸狀態又分為主站至從站的數據傳輸和從站至主站的數據傳輸。
主站至從站的數據傳輸只允許一個主站連接到戶用儀表總線。主站工作時應向總線提供電源。



5　小　結　
M－Bus儀表總線是一種低成本的戶用電子系統，可以實現公共事業儀表的聯網和遠程抄表功能。公共事業儀表包括戶用電表、水表、熱量表等計量儀表。文章詳細介紹了M－Bus儀表總線，包括總線結構、總線的通信協議，及其在遠程抄表中的應用。家用公共事業儀表通過擴展M－Bus總線，使其具有與M－Bus 儀表總線通訊的功能，從而實現遠程抄表。