M－Bus儀表總線(xiàn)協(xié)議及其應用

文章詳細介紹了M－Bus儀表總線(xiàn)，包括總線(xiàn)結構、總線(xiàn)的通信協(xié)議，及其在遠程抄表中的應用。家用公共事業(yè)儀表通過(guò)擴展M－Bus總線(xiàn)，使其具有與M－Bus儀表總線(xiàn)通訊的功能，從而實(shí)現遠程抄表。
關(guān)鍵詞：　儀表總線(xiàn)；應用；遠程抄表

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(zhuān)門(mén)用于公共事業(yè)儀表的總線(xiàn)結構，稱(chēng)Meter－Bus，簡(jiǎn)稱(chēng)M－Bus。
M－Bus儀表總線(xiàn)屬于局域網(wǎng)（Local Area Net－work，簡(jiǎn)稱(chēng)LAN），是處于同一幢建筑、同一大學(xué)或方圓幾公里遠地域內的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )，被用于連接遠程監控計算機和工作站、測量?jì)x表等設備，以便資源共享和數據傳輸。
M－Bus儀表總線(xiàn)具有LAN的3個(gè)基本特征：（1）范圍，（2）傳輸技術(shù)，（3）拓撲結構。LAN具有星形、環(huán)形和總線(xiàn)形拓撲結構。M－Bus一般采用總線(xiàn)形拓撲結構。
M－Bus儀表總線(xiàn)可以滿(mǎn)足由電池供電或遠程供電的計量?jì)x表的特殊要求。當計量?jì)x表收到數據發(fā)送請求時(shí)，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?jì)x表的數據。
一般而言，掛接在儀表總線(xiàn)上的計量?jì)x表的數目可達數百個(gè)，數據傳輸距離達數千米。在總線(xiàn)上傳送的數據具有高度的完整性和快速性。

1　M－Bus總線(xiàn)的結構模型及特點(diǎn)　　
國際標準化組織（ISO）于1978年提出了OSI（Open SystemInterconnection，即開(kāi)放系統互聯(lián)）7層參考模型。M－Bus總線(xiàn)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、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層，如表1所示。儀表總線(xiàn)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(fā)送。M－Bus的物理層采用M－Bus總線(xiàn)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(xié)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(wú)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(hù)的一層。主要功能包括讀數據、寫(xiě)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(xiàn)協(xié)議為主－從結構的半雙工通訊方式，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(xiàn)，連接250個(gè)從站時(shí)，最遠連接距離可達到380 m。采用1．5mm2雙絞線(xiàn)，連接64個(gè)從站時(shí)，最遠連接距離可達到3 600 m。M－Bus總線(xiàn)結構由主站以及掛接在雙絞線(xiàn)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(xiàn)協(xié)議　　
信息幀的控制由主站發(fā)出，每幀由前導字節、幀起始符、儀表類(lèi)型、從站地址域、控制碼、數據長(cháng)度、數據域、幀信息縱向校驗碼及幀結束符等9個(gè)域組成，每個(gè)域由若干字節組成。幀的格式見(jiàn)圖2。每字節含8位二進(jìn)制碼，傳輸時(shí)加上1個(gè)起始位（0）、1個(gè)奇偶校驗位和1個(gè)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(fā)送的所有幀前面有一串規定數目的十六進(jìn)制的字符“FE”，這些字符稱(chēng)為幀的前導字節。前導字節本質(zhì)上是一種物理層的要求，經(jīng)常用來(lái)使接收器適應和同步，一般是2～4個(gè)字符。
（2）幀起始符
幀起始符68H，表示一幀信息的開(kāi)始。
（3）儀表類(lèi)型
儀表類(lèi)型（T）是指參與通信的從站屬于哪種類(lèi)型的計量?jì)x表，如表2所示。

（4）地址域
地址域由7個(gè)字節組成（A0A1A2A3A4A5A6），每個(gè)字節為2位BCD碼格式。地址長(cháng)度為14位十進(jìn)制數。其中A6A5為廠(chǎng)商代碼，低地址在前，高地址在后。當某一字節以AAH尋址時(shí)，忽略該字節地址。當地址為AAAAAAAAAAAAAAH時(shí)，為廣播地址。
（5）控制碼
控制碼的格式見(jiàn)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(shí)；
001100：更改通信速率；
010010：寫(xiě)機電同步數據；
010100：寫(xiě)時(shí)域；
010101：寫(xiě)閥門(mén)控制；
011010：設定密鑰；
1XXXXX：廠(chǎng)商自定義。
（6）數據長(cháng)度　　
數據長(cháng)度字段包含一個(gè)表示字節數的整數，用十六進(jìn)制表示，是數據長(cháng)度字段和校驗字段之間（不包括該兩個(gè)字段）的數據字節的計數值。讀數據時(shí)數據長(cháng)度小于或等于64H。寫(xiě)數據時(shí)數據長(cháng)度小于或等于32H，數據長(cháng)度等于零表示無(wú)數據域。
（7）數據域（DATA）
數據傳送時(shí)，發(fā)送方按字節進(jìn)行加33H處理，接收方按字節進(jìn)行減33H處理。
（8）校驗碼（CS）
一個(gè)字節從幀起始符開(kāi)始到校驗碼之前的所有各字節進(jìn)行二進(jìn)制算術(shù)累加，不計超過(guò)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(fā)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(shí)序見(jiàn)圖6、圖7。數據通信過(guò)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(jìn)制位傳送時(shí)間
Tbyte＝11Tbit———字節傳送時(shí)間
Td 1＝Tbyte———延遲時(shí)間
Tframe＝幀字節數＊Tbyte———幀傳輸時(shí)間　　
Tr＝50 ms＋30＊Tbyte———最長(cháng)響應時(shí)間　　
Tfba＝實(shí)際幀字節長(cháng)度＊Tbyte———實(shí)際幀傳輸時(shí)間
Tb≤1Tbyte———字節間的停頓時(shí)間



4　M－Bus儀表總線(xiàn)的應用
M－Bus總線(xiàn)的工作狀態(tài)分為數據傳輸狀態(tài)和空閑工作方式兩種。數據傳輸狀態(tài)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(gè)主站連接到戶(hù)用儀表總線(xiàn)。主站工作時(shí)應向總線(xiàn)提供電源。



5　小　結　
M－Bus儀表總線(xiàn)是一種低成本的戶(hù)用電子系統，可以實(shí)現公共事業(yè)儀表的聯(lián)網(wǎng)和遠程抄表功能。公共事業(yè)儀表包括戶(hù)用電表、水表、熱量表等計量?jì)x表。文章詳細介紹了M－Bus儀表總線(xiàn)，包括總線(xiàn)結構、總線(xiàn)的通信協(xié)議，及其在遠程抄表中的應用。家用公共事業(yè)儀表通過(guò)擴展M－Bus總線(xiàn)，使其具有與M－Bus 儀表總線(xiàn)通訊的功能，從而實(shí)現遠程抄表。