仪表总线M-Bus协议的研究

1 M-Bus简介

　　仪表总线M-Bus(Meter-Bus,欧洲标准EN1434-3)是一种专门为消耗量计量仪表数据传输设计的主从式半双工传输总线,采用主叫/应答的方式通信,即只有处于中心地位的主站发出询问后,从站才能向主站传输数据。M-Bus的主要特点如下:

　　①两线制总线,不分正负极性,施工简单;

　　②采用独特的电平特征传输数字信号,抗干扰能力强;

　　③总线供电,降低维护成本;

　　④总线型拓扑结构,扩展方便,组网成本低;

　　⑤专门设计的报文格式,满足能耗计量仪表联网和远程读数需要。

　　目前M-Bus主要应用于热计量领域,并成为欧洲的热量计量标准的一部分,国内进口的或一些中外合资合作生产的热量表大多支持M-Bus协议。计量系统通过M-Bus远程抄读测量数据,并在此基础上进行数据处理、存储,为分户计量、商业结算、子站管理等提供所需的计需信息。随着M-Bus技术的发展,其应用将逐渐扩展到报警系统、照明系统等更广阔的领域。

　　M-Bus的体系结构建立在ISO/OSI参考模型上,由下至上定义了物理层,数据链路层和应用层,对于扩展的M-Bus网络(超过250个从站)还定义了网络层以提供扩展寻址的功能。其中物理层、应用层和扩展的网络层采用M-Bus自定义的协议,而数据链路层则采用国际电工委员会IEC870-5传输协议。

2  M-Bus物理层

　　原则上M-Bus可以任一种拓扑结构建立网络,如星型、环型、总线型等,但通常M-Bus采用总线型拓扑结构。典型的M-Bus系统如图1所示,由一个主站、若干个从站和两根连接电缆组成。主站是一个智能控制器,可以为M-Bus总线提供电源,与从站进行通信,保存从站的测量数据,还可以利用各种现有的通信手段与异地的计算机联网构成一个完备的远程管理计量系统。从站是各种计量仪表,如电表、水表、热表、气表等,它们通过M-Bus接口并联在总线主电缆上,该接口负责收发总线数据,控制总线电源和电池电源的切换。两线电缆通常采用标准电话双绞线,没有正负极性之分。

　　M-Bus物理层bit流传输具有独特的电平特征。主站到从站的bit流传输通过总线电平切换实现,发送逻辑/10(mark)时,总线电压为Vm([42V),发送逻辑/00(space)时,电压下降10V以上,降到Vs(12V);从站到主站的bit流传输通过电流调制实现,发送逻辑/10时,从站所取电流为Im([1.5mA),发送逻辑/00时,从站的M-Bus接口会在Im上加上11~20mA的脉冲电流,形成Is。

　　M-Bus规定总线处于空闲状态时用逻辑/10表示,即总线电压维持在Vm,而每个从站取电流ImU115mA。这样无论总线处于空闲状态还是数据传输状态,总线电压不低于Vs,每个从站所取电流不小于Im。这个电流就可用作从站电源,它定义为单位负载,是每个从站所取的最大静态电流。可见在M-Bus在正常运行状态下,总线可以持续不断地既传信号又供电源,使终端仪表所用电池成为备用电源,减少了仪表定期维护、更换电池等工作量,仪表的安装位置也可以比较随意。M-Bus总线上的bit流传输如图2所示。