USB接口便攜式M-BUS抄表儀的設計

摘要：M—BUS總線(xiàn)集中抄表系統中，M—BUS主站電路通常集成在集中器中，集中器體積大，功能復雜，成本高，并且需要接入220V電源才能正常工作，在開(kāi)發(fā)、現場(chǎng)調試和運營(yíng)維護過(guò)程中很不方便。我們提出了一種由PC機USB接口提供電源便攜式M—BUS抄表儀。實(shí)現了USB升壓轉換、電壓調制、電流解調功能，同時(shí)具有USB通信電壓接口電平轉換功能，該方案具有體積小、成本低廉、攜帶方便、USB供電等優(yōu)點(diǎn)
關(guān)鍵詞：集中抄表系統；M—BUS總線(xiàn)；抄表儀；便攜

集中抄表系統(Automatic Meter Reading——AMR)是指采用通訊和計算機網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)，通過(guò)專(zhuān)用設備自動(dòng)讀取和處理電表、水表、氣表計量數據的過(guò)程。
計量?jì)x表與抄表主機的通訊方式(下段信道)是自動(dòng)抄表系統的關(guān)鍵所在。常用的下段信道有電力線(xiàn)載波、有線(xiàn)(總線(xiàn))、無(wú)線(xiàn)(RFID)等方式。
總線(xiàn)抄表方式技術(shù)成熟、穩定、簡(jiǎn)單，在通訊信道正常情況下，可以實(shí)現實(shí)時(shí)通訊，是用戶(hù)廣泛采用的一種集中抄表系統。
M—BUS總線(xiàn)又叫Meter-Bus通用儀表總線(xiàn)，采用歐洲標準的2線(xiàn)制總線(xiàn)，是一種專(zhuān)門(mén)為測量?jì)x器和計數器傳送信息而設計的數據總線(xiàn)，也是專(zhuān)門(mén)用于遠程抄表的一種高可靠性、高速、廉價(jià)的家用電子系統的歐洲總線(xiàn)標準。2004年，建設部引進(jìn)該標準并轉化為行業(yè)標準，標準號為CJ／T 188—2004，標準名稱(chēng)為《戶(hù)用計量?jì)x表數據傳輸技術(shù)條件》，該標準對M—BUS總線(xiàn)的電氣接口參數和數據傳輸方式做出了詳細規定。
M—BUS總線(xiàn)可同時(shí)實(shí)現數據傳輸和遠端供電，存非電量能源計量?jì)x表如水表、燃氣表、熱量表等集中抄表系統中的應用越來(lái)越廣泛。
為解決M—BUS總線(xiàn)通訊信道易受人為、大范圍損壞，損壞后故障排除困難、恢復時(shí)間長(cháng)、信道后續運營(yíng)維護維護量大等問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)了便攜式M—BUS抄表儀。
便攜式M—BUS抄表儀與筆記本計算機可組成移動(dòng)抄表平臺，可集中記錄數據并保存在筆記本計算機中，再由工作人員攜帶到機房后傳輸給管理中心計算機。也可采集一只或一組獨立工作的表計的耗能數據，可方便的進(jìn)行系統開(kāi)發(fā)或現場(chǎng)調試及故障排查。
綜合考慮計算機USB接口的驅動(dòng)能力和M—BUS總線(xiàn)的特點(diǎn)及實(shí)現難度，我們確定便攜式M—BUS抄表儀的技術(shù)指標如下：總線(xiàn)電壓30V，電流驅動(dòng)能力是100mA，最多可同時(shí)驅動(dòng)35只表。

1 主要原理
1．1 集中抄表系統原理
集中抄表系統是一個(gè)三層的網(wǎng)路系統，由上層、中間層和底層組成。主站軟件位于系統的最上層，集中器和采集器構成系統的中間層、智能計量終端是系統的底層。主站軟件實(shí)現主站調度、數據采集與管理、報表結箅等功能；集中器和采集器實(shí)現上下行通信鏈路轉換；智能計量終端(采集點(diǎn)監測設備)提供計量和本地通信功能，并響應上位機的指令。
集中抄表系統的網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示：

在這個(gè)系統中，PC機是主站，主站軟件可以由多個(gè)模塊組成，圖中列舉了主站調度系統、用水信息采集與管理系統及其它支持系統三個(gè)模塊。集中器和便攜式抄表儀(即采集器)構成通信系統的中間層，采集點(diǎn)監測設備是通信系統的底層。主站和便攜式M—BUS采集器通過(guò)USB接口建立遠程通信網(wǎng)絡(luò )，M—BUS總線(xiàn)作為本地通信網(wǎng)絡(luò )。主站、便攜式M—BUS采集器和采集點(diǎn)臨測設備(從機)構成一個(gè)主從通信系統。每次通信都是由主機發(fā)起，主站存規定時(shí)間內收到從機正確應答標志著(zhù)成功完成一次通信，否則通信失敗。
作為本地通信網(wǎng)絡(luò )，M—BUS總線(xiàn)有如下特點(diǎn)：
(1)數據從集中器(或中繼器)向計量終端傳輸時(shí)，使用總線(xiàn)電壓調制傳輸數據，而總線(xiàn)電流保持恒定。
(2)數據從計量終端向集中器(或中繼器)傳輸時(shí)，使用總線(xiàn)電流調制傳輸數據，而總線(xiàn)電壓保持恒定。