M-BUS通信協(xié)議說明及應(yīng)用

1、圖-1M-BUS的OSI模型移動通信作業(yè)TTLM-BUS電平轉(zhuǎn)換電路M-BUS是由Dr.HorstZiegler教授和德州儀器公司共同開發(fā)的，它是建立ISO-OSI考模型基礎(chǔ)之上，以便充分利用現(xiàn)有大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使之成為一個開放的系統(tǒng)。M-BUS不是一個完整的網(wǎng)絡(luò)，它的4-6OSI層是空的并且不處理網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)的任務(wù)，如傳輸層、會話層，因此只提供物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的功能，圖-1是M-BUS的OSI模型。因為ISO-OSI模型中的高級層不能修改地址、波特率等參數(shù),所以在7個OSI層的旁邊和上面又定義了一個管理層，地址254或255被保留用于管理物理層，地址253用于網(wǎng)絡(luò)層?；?/p>

2、這個新的管理層,可以直接管理每個OSI層去執(zhí)行指定功能而不必嚴格遵循OSI模型。第假昜匡h慟理娣仆則克絞違.、叵牡電畛尊，物柱匡的匚務(wù)就是為它的上一層提供一個物理連接，以及它們的機械電氣、功能和過程特性.如規(guī)定使用電纜和接頭的炎埜-哇乞后號因電圧卷在這一匡，數(shù)據(jù)込沒有被組次世作犬燎吟豹應(yīng)阮u第（煤嬴左；物理層。三的工參佇E足定只悔理詵習標戰(zhàn)f盟線踐口糞型、比井接匚尖型、各種怙輸勞質(zhì)曲傳輸哇率尊）和傳輸比特率第2=卒純層：數(shù)據(jù)罕蒔耳。口制網(wǎng)李尸與物理層：ri珂勺誦信；立狎扇三旻才匪品秤不廳靠抽抑理址陪丨土行數(shù)括皆可字乍L瓠從區(qū)竿辰番弓苗數(shù)括襯忙割戎將e的可袱諭理層僅輸?shù)膸?第s呂（mm兩電王吏佚

3、淮挨訶I路巨己擇，丄要P能是將網(wǎng)弟乜址謎譯成h玄罠啊理迪上，并決亢鄧憐數(shù)據(jù)從衣氓號路曰到按咬庁.弟兒昱（E.O3S層丄怙輸倍定義一些牛體數(shù)註笛協(xié)代和喘口號（卯腫烯二、co口竽二工靈星忖叢下辰按歪加數(shù)整邊廳分段村傳輸，到穴目打地址呂至述戸重坦笫三耳（交通普索忌）；僉話層.-貢責在網(wǎng)絡(luò)牛的麗節(jié)點疋僅建立、維持和黎上適召。會話層的用基包花；建立適詰齟國，說持會話過吧皰信連搖旳羽適：同步斑人節(jié)點定冋的冇話+決寧啟信總否神中腸毘乃通臣4!耳忌通信中卸b塊r從問外重斷挽化審盧吳翻譯官辰匯衿不層商刃稈吊和冏李勺牯即譯官+數(shù)帚橈耳網(wǎng)芻能尹華曲壽卒住尸略代讓（網(wǎng)逹炎翌k同，格弋讓空變二第？層親民層h實體層由若干

4、f服務(wù)元素-y和一個或多個公用應(yīng)用服務(wù)元素工7出乂紐成“為.耳匚應(yīng)冃程序燙洪列絡(luò)民舍電于扔片.熒猛奪賓器”M-BUS系統(tǒng)是一個帶有通訊控制主機的多級系統(tǒng),它是由主機和一定數(shù)量的從機（終端設(shè)備）通過兩根電纜連接而成,所有的從機都并聯(lián)連接在總線上,并可通過總線獲得所需電源。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)和能量的共同傳輸,M-BUS總線上的bit流傳輸采用兩種調(diào)制方式：電壓調(diào)制和電流調(diào)制。TTLM-BUS的轉(zhuǎn)換電路如圖-2所示，主要包括發(fā)送器和接收器兩個部分。圖-2TTLM-BUS電平轉(zhuǎn)換總體電路1、發(fā)送M-BUS發(fā)送端：由集中器向終端儀表終端傳輸?shù)男盘柌捎秒妷褐档淖兓瘉肀硎荆醇衅飨蚪K端儀表終端發(fā)送的數(shù)據(jù)碼流是一

5、種電壓脈沖序列，用+36V表示邏輯“1”，用+24V表示邏輯“0”。在穩(wěn)態(tài)時電平保持“1”狀態(tài)。如圖-3所示為集中器向終端發(fā)送的數(shù)據(jù)碼流圖。圖-3集中器向終端發(fā)送的數(shù)據(jù)碼流圖圖-3所示的集中器向終端發(fā)送的數(shù)據(jù)碼流圖的發(fā)送波形在圖-4中可以得到結(jié)果。圖-4中當“TXD”發(fā)送數(shù)據(jù)時由Q2為前端驅(qū)動級，可以得到Q2集電極產(chǎn)生一個與TXD波形相反且幅度為0-36V的波。U4,U5為光電耦合器，兩管交替工作。當TXD輸入為“1”時Q2導通，此時Q2集電極為低電平使得U4工作，此時Q1的集電極與發(fā)射極處于導通狀態(tài)，并且U5端由于Q2集電極為低電平處于斷開狀態(tài)，對于Q1的發(fā)射級輸出端無影響。此時Q1發(fā)射極端

6、將有+36V的電位使得M+輸出+36V為邏輯“1”。相反，當TXD為“0”時，U5工作并且Q1集電極與發(fā)射極處于導通狀態(tài)處于斷開狀態(tài)使得D13的正端為低電平，所以輸出將保持輸入+12V電源電位即為邏輯“0”。圖-4集中器發(fā)送部分原理圖2、接收器從終端儀表向集中器傳輸?shù)男盘柌捎玫氖请娏髦档淖兓瘉肀硎?，即由儀表終端向集中器發(fā)送的數(shù)據(jù)流是一種電流脈沖序列，通常用1.5mA的電流值表示邏輯“1”，當傳輸“0”時，由終端儀表控制電流值增加到11-20mA。在穩(wěn)態(tài)時，線路上的值為持續(xù)“1”狀態(tài)。當終端儀表接收信號時，其電流應(yīng)處于穩(wěn)態(tài)“1”，在接收信號時，其電流處于穩(wěn)態(tài)“1”；在接收信號時，其電壓值的變化所

7、導致的電流變化不應(yīng)該超過0.2%/V。圖-5部分所示是由終端儀表向集中器傳輸數(shù)據(jù)的碼流圖。圖-6M-端產(chǎn)生的電壓信號波形圖-5終端發(fā)送的電流信號數(shù)據(jù)碼流圖-5所示的集中器向終端發(fā)送的數(shù)據(jù)碼流圖的發(fā)送波形在圖-8原理圖中可以得到結(jié)果。圖-8中輸入信號接在M+,M-m兩端由于M+在發(fā)送部分當中此時電位為+36V且由兩對立的二極管連接防止了電流的流通。在終端儀表向集中器產(chǎn)生電流調(diào)制的時候，電流信號I將全部流向M-端，經(jīng)R5與地組成回路，因此在R5上將有U=R5*I的壓降。由于輸入電流I的變化會引起電壓U的變化，邏輯“1”為：U“1”=10*1.5mA邏輯“0”為：U“0”=10*15mA這就產(chǎn)生了一

8、個15mV-150mV的方波信號Sin。由U2LM358級運放構(gòu)成電壓跟隨器使輸入信號與后期處理信號隔離再進行放大此處放大考慮到運放的單電源供電所以使用同向放大，放大倍數(shù)為1+R4/R5=11倍，此處放大時為后期給電壓做比較準備。從圖-5可知，在穩(wěn)態(tài)時終端給集中器提供的電流信號為1.5mA,由于終端的數(shù)量較多，而每個終端都會提供一個穩(wěn)態(tài)時的電流并且全部加載在R5上就會使得低電平的電位整體上移?，F(xiàn)以10塊終端儀表為例，當終端為10個的時候，且某一終端正在給集中器傳輸數(shù)據(jù)所在M-端產(chǎn)生的電壓信號波形為如圖-6：由圖-6可得當經(jīng)放大10倍之后將會產(chǎn)生一個與地電位差更高的電壓，并且會隨著終端儀表的增多

9、而增加，這樣就造成整體電位的上移而使得RXD端接收數(shù)據(jù)越來越困難。為使得信號邏輯“0”與地保持在同一水平線必須將信號波向下移1500mV的電壓。現(xiàn)在設(shè)計了圖-7的U1部分電路，U1構(gòu)成為電壓比較器，輸入3腳為信號直接輸入，2腳為電阻、電容濾波處理過的信號兩信號波形如圖-7所示：圖-7比較器兩端的輸入及輸出信號波形如圖-7可得到輸出信號與地在同一電勢水平線上。再經(jīng)D1為5.1V的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓得到一個近TTL的信號，由于輸入1.5mA為高電平，15mA為低電平使得輸出信號為反向的波形，所以輸出端連接反相器對波形進行取反，得到RXD接收信號。圖-8集中器接收部分原理圖3、附錄：OSI七層模型第0層（假

10、象層）：物理媒體，如雙絞線、同軸電纜等。物理層的任務(wù)就是為它的上一層提供一個物理連接，以及它們的機械、電氣、功能和過程特性。如規(guī)定使用電纜和接頭的類型、傳送信號的電壓等。在這一層，數(shù)據(jù)還沒有被組織，僅作為原始的位流。第1層（最底層）：物理層。它的主要作用是定義物理設(shè)備標準（網(wǎng)線接口類型、光纖接口類型、各種傳輸介質(zhì)的傳輸速率等）和傳輸比特率。第2層（牽線層）：數(shù)據(jù)鏈路層。控制網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的通信。它的最主要功能是在不可靠的物理線路上進行數(shù)據(jù)的可靠傳遞。從網(wǎng)絡(luò)層接受的數(shù)據(jù)被分割成特定的可被物理層傳輸?shù)膸?。?層（QQ層）：網(wǎng)絡(luò)層。提供連接和路徑選擇，主要功能是將網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成對應(yīng)的物理地址，并

11、決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方路由到接收方。第4層（BOSS層）：傳輸層。定義了一些傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議和端口號（WWW端口、80端口等）。主要是將從下層接受的數(shù)據(jù)進行分段和傳輸，到達目的地址后再進行重組。第5層（交通警察層）：會話層。負責在網(wǎng)絡(luò)中的兩節(jié)點之間建立、維持和終止通信。會話層的功能包括：建立通信鏈接，保持會話過程通信連接的暢通，同步兩個節(jié)點之間的對話，決定通信是否被中斷以及通信中斷以及通信中斷時決定從何處重新發(fā)送。第6層（翻譯官層）：表示層。應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的翻譯官，數(shù)據(jù)按照網(wǎng)絡(luò)能理解的方案進行格式化（網(wǎng)絡(luò)類型不同，格式化改變）。第7層（親民層）：實體層。由若干個服務(wù)元素（SASE）和一個或多個公用應(yīng)用服務(wù)元素（CASE）組成。為用戶應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（電子郵件、終端仿真等）。4、結(jié)束語