M-BUS協(xié)議基礎知識
加入技術(shù)交流群
虛線(xiàn)左邊的時(shí)間段是主站到從站的bit流傳輸，總線(xiàn)電壓在Vspace和Vmark間切換，從站電流維持Imark不變；虛線(xiàn)右邊的時(shí)間段是從到主的bit流傳輸，從站所取電流在Imark和Ispace間切換，總線(xiàn)電壓基本維持Vmark不變，但由于MBus電源輸出阻抗的存在，使得電流增大時(shí)總線(xiàn)電壓略有減小。這表明數據傳輸過(guò)程中任意時(shí)刻MBus總線(xiàn)上要么傳輸電壓信號，要么傳輸電流信號，所以MBus只能工作在主從半雙工方式下。
主站通過(guò)檢測總線(xiàn)上是否出現11-20mA脈沖電流確定接收“0”還是“1”；從站接收數據時(shí)，由于總線(xiàn)絕對電壓會(huì )隨著(zhù)距離和總線(xiàn)電流變化而變化，故通過(guò)檢測總線(xiàn)電壓與動(dòng)態(tài)參考電壓是否相差10V以上來(lái)確定接收“0”還是“1”。TI公司的MBus接口芯片TSS721A采用的就是這種動(dòng)態(tài)電平識別邏輯，它的動(dòng)態(tài)參考電壓由從站接入位置處的Vmark對芯片內的一個(gè)電容充電獲得。該電容充放電電流之比約為40，在波特率大于300的情況下只要在傳輸的bit流中每11位至少出現一個(gè)“1”（Vmark），就可以保證動(dòng)態(tài)參考電壓始終維持在Vmark附近。
1.2.2
MBus數據鏈路層以國際電工委員會(huì )IEC870-5（遙控裝置和系統傳輸協(xié)議）為基礎，規定了MBus的信號傳輸方式、字節表示、幀格式以及主從站的連接過(guò)程等。
根據物理層的特點(diǎn)，MBus采用半雙工、異步串行信號傳輸方式，波特率為300～9600。信號格式采用起止式異步協(xié)議（IEC870-5-1），以字節為單位進(jìn)行傳輸，先傳低位bit（LSB）再傳高位bit（MSB）?？偩€(xiàn)上表示一個(gè)字節的11位bit流按傳輸順序是：起始位/8bit字節/奇偶校驗位/停止位。由于MBus的空閑位（Vmark，Imark）為邏輯“1”，所以起始位定義為邏輯“0”，而停止位定義為邏輯“1”。這樣，一個(gè)字節的傳輸過(guò)程中包括起始、數據、校驗、停止共11比特，其中至少有一個(gè)邏輯“1”，滿(mǎn)足MBus從站的電平要求。
MBus采用FT1.2異步式字節傳輸幀格式（IEC870-5-2），由多個(gè)字節組成，傳輸時(shí)字節間不允許停頓。FT1.2定義了三種幀格式，分別是單字節幀（表1-3）、定長(cháng)短幀（表1-4）和變長(cháng)長(cháng)幀（表1-5）。其中S：表示起始位；D：未加說(shuō)明均表示一個(gè)字節；P：表示奇偶校驗位；E：表示停止位；發(fā)送順序從左至右，從上至下。
表1-3單字節幀
S | D | P | E |
0 | E5H | 1 | 1 |
表1-4定長(cháng)短幀
S | D | P | E |
0 | 10H | 1 | 1 |
0 | C字段 | P | 1 |
0 | A字段 | P | 1 |
0 | CS字段 | P | 1 |
0 | 16H | 1 | 1 |
表1-5變長(cháng)長(cháng)幀
S | D | P | E |
0 | 68H | 1 | 1 |
0 | L字段 | P | 1 |
0 | L字段 | P | 1 |
0 | 68H | 1 | 1 |
0 | C字段 | P | 1 |
0 | A字段 | P | 1 |
0 | CI字段 | P | 1 |
0 | 用戶(hù)數據區0～252字節 | P | 1 |
0 | CS字段 | P | 1 |
0 | 16H | 1 | 1 |
單字節幀E5H用于接收確認，定長(cháng)短幀用于主站向從站發(fā)送指令，變長(cháng)長(cháng)幀用于主從站間的數據交換。后兩種格式除了起始字節（如10H，68H）、終止字節（16H）外，還定義了C、A、L、CI和CS字段，變長(cháng)長(cháng)幀還封裝了一個(gè)長(cháng)達252個(gè)字節的用戶(hù)數據區，各字段的意義如下。
MBus的通信完全由主站控制，主從站之間按以下兩種非平衡式傳輸規則交換報文幀：
1.
SND-NKE<>E5H，主站發(fā)送SND-NKE，被呼叫從站以E5H單字節幀確認，用于通信開(kāi)始或者通信中斷后的初始化。
SND-UD<>E5H，主站發(fā)送SND-UD，被呼叫從站以E5H單字節幀確認，用于主站向從站傳輸數據或者控制信息，如設定波特率等。
2.
REQ_UD2<> RSP_UD，主站發(fā)送REQ_UD2，被呼叫從站以RSP_UD回復，用于主站采集從站的測量數據，如熱量、流量等，這些數據位于RSP_UD的用戶(hù)數據區。
1.2.3
MBus應用層定義了測量記錄的數據類(lèi)型和數據結構。從站利用這些數據類(lèi)型和結構將測量記錄進(jìn)行編碼處理，并封裝在長(cháng)幀的用戶(hù)數據區內發(fā)送；主站則根據這些數據類(lèi)型和結構的定義，對長(cháng)幀的用戶(hù)數據區進(jìn)行相應的解碼，從而獲取從站的測量數據。因此用戶(hù)數據區的數據類(lèi)型和數據結構的定義對于MBus的應用具有重要的意義，MBus在這方面針對消耗量計量?jì)x表的測量數據進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的設計。
MBus定義了多種數據類(lèi)型，包括無(wú)符號BCD整型、二進(jìn)制整型、無(wú)符號二進(jìn)制整型、布爾型、32bit復合型（表示測量類(lèi)型、物理單位等）、32bit日期時(shí)間型、16bit日期型、浮點(diǎn)型。在這些數據類(lèi)型的基礎上，MBus定義了兩種數據結構：固定數據結構和可變數據結構。長(cháng)幀的用戶(hù)數據區實(shí)際上就是一個(gè)用固定數據結構或可變數據結構表示的數據塊。
1.
分為6個(gè)字段，按順序分別是：從站標識號碼/訪(fǎng)問(wèn)次數/從站狀態(tài)/測量量類(lèi)型和單位/計數器1數據/計數器2數據。這種數據結構只能傳輸兩個(gè)計數器的數據，且對測量記錄只能進(jìn)行固定長(cháng)度的編碼，因此適用于從站只有一兩個(gè)測量量的場(chǎng)合。
2.
可變數據結構分為4個(gè)部分，按順序分別是：固定數據頭/數據記錄塊（DRB）/廠(chǎng)商數據頭/廠(chǎng)商自定義數據塊。固定數據頭同固定數據結構的前3個(gè)字段的意義基本類(lèi)似；數據記錄塊由若干子數據塊組成，子數據塊數目以及每個(gè)子數據塊的類(lèi)型、長(cháng)度、意義都是可變的，每個(gè)子數據塊保存一個(gè)測量數據；廠(chǎng)商數據頭是一個(gè)標識符（0FH或者1FH），表明自此以后是廠(chǎng)商自定義數據塊；廠(chǎng)商自定義數據塊使得在主從站間可以按照自定義的規則交換數據，不受標準的約束，進(jìn)一步增加了使用的靈活性?？勺償祿Y構能充分滿(mǎn)足遠程讀數的需要，適用于從站有多種測量量的場(chǎng)合。
對于熱力站監控系統來(lái)說(shuō)，可變數據結構中的數據記錄塊保存的各個(gè)子數據塊是最重要的，因為它們保存了熱量表的測量數據。每個(gè)字數據塊由三部分組成，按順序分別是：數據信息塊（DIB）/量值信息塊（VIB）/數據編碼塊（DCB）。數據信息塊由一個(gè)或多個(gè)字節表示，說(shuō)明測量數據的編碼類(lèi)型（二進(jìn)制還是BCD以及數據編碼塊的位數）、數據類(lèi)別（瞬時(shí)值還是平均值等）；量值信息塊也是由一個(gè)或多個(gè)字節表示，說(shuō)明測量值的量綱和量級；數據編碼塊保存該測量數值的編碼。
應用層除了定義測量記錄類(lèi)型和數據結構外還有其它用途。實(shí)際上最新的MBus標準中通過(guò)規定許多新的CI字段控制字節，并結合用戶(hù)數據區存儲的信息，為用戶(hù)提供了許多新的功能。隨著(zhù)MBus協(xié)議的不斷發(fā)展，應用層功能將不斷擴展和完善，包括尋址、設定參數、報警以及更為靈活的抄表方式等。
1.2.4
熱力站監控系統中，MBus從站（Slave）是各公司生產(chǎn)的熱量表，其核心部分是一塊高度集成的控制芯片，它可以完成流量、溫度等物理量的測量，并可以進(jìn)行熱量值的積分計算。熱量表為了便于遠程抄讀，一般都提供了MBus接口，熱量表的核心控制芯片也提供了對MBus協(xié)議的支持。熱量表MBus接口電路廣泛使用了TSS721A收發(fā)芯片。
TSS721A接口芯片是MBus協(xié)議組織與TI公司合作開(kāi)發(fā)的MBus協(xié)議從站專(zhuān)用接口芯片，遵循EN1434-3標準。借助TI公司的強大技術(shù)力量，TSS721A接口芯片實(shí)現了MBus協(xié)議對物理層的各項規定要求，有力地推動(dòng)了MBus協(xié)議的推廣。根據MBus總線(xiàn)物理層的相關(guān)定義，TSS721A從站接口芯片具備檢測總線(xiàn)電壓（接收數據）和調制總線(xiàn)電流（發(fā)送數據）的功能，關(guān)于TSS721A的通信電路原理可以參閱有關(guān)文獻。TSS721A除了MBus通信功能外，還對MBus總線(xiàn)遠程供電和電池供電提供了很好的支持。
評論