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MBUS介绍


M-Bus 是 Paderborn 大学的 Dr. Horst Ziegler 与 TI 公司的 Deutschland GmbH 和 TechemGmbH 共同提出的,专门用于公共事业仪表的总线结构,称 Meter-Bus,简称 M-Bus。 M-Bus 仪表总线属于局域网(Local Area Net-work,简称 LAN) ,是处于同一幢建 筑、同一大学或方圆几公里远地域内的专用网络,被用于连接远程监控计算机和工作站、测 量仪表等设备,以便 资源共享和数据传输。 M-Bus 仪表总线具有 LAN 的 3 个基本特征: (1)范围, (2)传输技术, (3)拓扑结 构。LAN 具有星形、环形和总线形拓扑结 构。M-Bus 一般采用总线形拓扑结构。 M-Bus 仪表总线可以满足由电池供电或远程供电的计量仪表的特殊要求。当计量仪表 收到数据发送请求时,将当前测量的数据传送到主站, (主站可以是手持单元、计算机或其 它终端) 。主站定期地读取某幢建筑中安装的计量仪表的数据。 一般而言,挂接在仪表总线上的计量仪表的数目可达数百个,数据传输距离达数千米。 在总线上传送的数据具有高度的完整性和快速性。 1 M-Bus 总线的结构模型及特点 国际标准化组织(ISO)于 1978 年提出了 OSI(Open SystemInterconnection,即开放系 统互联)7 层参考模型。M-Bus 总线协议以 ISO-OSI 参考模型作为参考,但是只采用了 OSI 模型的物理层、数据链路层、网络层和应用层,如表 1 所示。仪表总线结构原理如图 1 所示。 1)物理层 物理层的功能是提供一条“非结构位流”传送的物理通道,并为数据链路层提供建立、维 护和解除物 理连接。物理层规定了主站与从站之间的物理接口的物理和电气特性,负责物 理媒体上信息的接收和发送。M-Bus 的物理层采用 M-Bus 总线标准。 2)数据链路层 数据链路层的功能是在物理连接的基础上建立、 维护和解除数据连接。 数据链路层以帧 为单位传输信息,在每帧信息中附加了许多协议控制信息(如同步信息、地址信息、纠错信 息、应答信息等) ,以保证信息无差错传送。M-Bus 的数据链路层采用 IEC870 标准。 3)应用层 应用层是直接面对用户的一层。主要功能包括读数据、写数据、密钥设定、广播校对, 以及更改通信速率等等。M-Bus 的应用层采用 EN1434—3 标准。 M-Bus 总线协议为主-从结构的半双工通讯方式,可以进行一主一从或一主多从的操 作,从站均有各自的地址编码。采用 0.5 mm2 双绞线,连接 250 个从站时,最远连接距离 可达到 380 m。采用 1.5mm2 双绞线,连接 64 个从站时,最远连接距离可达到 3 600 m。 M-Bus 总线结构由主站以及挂接在双绞线上的一系列从站组成,从站之间彼此并联。 2 M-Bus 仪表总线协议 信息 帧的控制由主站发出,每帧由前导字节、帧起始符、仪表类型、从站地址域、控 制码、数据长度、数据域、帧信息纵向校验码及帧结束符等 9 个域组成,每个域由若 干字 节组成。帧的格式见图 2。每字节含 8 位二进制码,传输时加上 1 个起始位(0) 个奇偶 、1 校验位和 1 个停止位(1)共 11 位,其传输序列如图 3 所示。 D0 是字节的最低位,D7 是 字节的最高位,先传低位后传高位。 (1)前导字节 由主站或从站发送的所有帧前面有一串规定数目的十六进制的字符“FE”,这些字符称

为帧的前导字节。前导字节本质上是一种物理层的要求,经常用来使接收器适应和同步,一 般是 2~4 个字符。 (2)帧起始符 帧起始符 68H,表示一帧信息的开始。 (3)仪表类型 仪表类型(T)是指参与通信的从站属于哪种类型的计量仪表,如表 2 所示。 (4)地址域 地址域由 7 个字节组成(A0A1A2A3A4A5A6) ,每个字节为 2 位 BCD 码格式。地址长 度为 14 位十进制数。 其中 A6A5 为厂商代码, 低地址在前, 高地址在后。 当某一字节以 AAH 寻址时,忽略该字节地址。当地址为 AAAAAAAAAAAAAAH 时,为广播地址。 (5)控制码 控制码的格式见图 4。 其中: D7:0—表示由主站发出的控制帧; 1—表示由从站发出的应答帧; D6:0—表示从站正确应答; 1—表示从站对异常信息的应答; D5~D0:控制码 000000:保留; 000100:读计量数据; 000101:读地址; 001000:广播校时; 001100:更改通信速率; 010010:写机电同步数据; 010100:写时域; 010101:写阀门控制; 011010:设定密钥; 1XXXXX:厂商自定义。 (6)数据长度 数据长度字段包含一个表示字节数的整数, 用十六进制表示, 是数据长度字段和校验字段之 间(不包括该两个字段)的数据字节的计数值。读数据时数据长度小于或等于 64H。写数据 时数据长度小于或等于 32H,数据长度等于零表示无数据域。 (7)数据域(DATA) 数据传送时,发送方按字节进行加 33H 处理,接收方按字节进行减 33H 处理。 (8)校验码(CS) 一个字节从帧起始符开始到校验码之前的所有各字节进行二进制算术累加,不计超过 FFH 的溢出值。 3 数据的传输 所有多字节数据域均先传送 低位字节,再传送高位字节。例如,传送数据域的值为 12345678,其传输次序如图 5 所示。

每次通讯先由主站发出命令帧, 被选择的从站根据命令帧的要求做出响应。 传输响应的时序 见图 6、图 7。数据通信过程中,若接收方检测到校验和奇偶校验或格式出错,均放弃该信 息帧不予响应。 图中 Tbit=1/波特率秒———二进制位传送时间 Tbyte=11Tbit———字节传送时间 Td 1=Tbyte———延迟时间 Tframe=帧字节数*Tbyte———帧传输时间 Tr=50 ms+30*Tbyte———最长响应时间 Tfba=实际帧字节长度*Tbyte———实际帧传输时间 Tb≤1Tbyte———字节间的停顿时间

4 M-Bus 仪表总线的应用 M-Bus 总线的工作状态分为数据传输状态和空闲工作方式两种。数据传输状态又分为主站 至从站的数据传输和从站至主站的数据传输。 主站至从站的数据传输只允许一个主站连接到户用仪表总线。主站工作时应向总线提供电 源。

5 小 结 M-Bus 仪表总线是一种低成本的户用电子系统,可以实现公共事业仪表的联网和远程抄表 功能。公共事业仪表包括户用电表、水表、热量表等计量仪表。文章 详细介绍了 M-Bus 仪表总线,包括总线结构、总线的通信协议,及其在远程抄表中的应用。家用公共事业仪表 通过扩展 M-Bus 总线,使其具有与 M-Bus 仪表总线通讯的功能,从而实现远程抄表


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