M-BUS通信協(xié)議說(shuō)明及應(yīng)用

1、圖-1M-BUS的OSI模型移動(dòng)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(kāi)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(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)。M-BUS不是一個(gè)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(huì)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?yàn)镮SO-OSI模型中的高級(jí)層不能修改地址、波特率等參數(shù),所以在7個(gè)OSI層的旁邊和上面又定義了一個(gè)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。基于

2、這個(gè)新的管理層,可以直接管理每個(gè)OSI層去執(zhí)行指定功能而不必嚴(yán)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(gè)物理連接，以及它們的機(jī)械電氣、功能和過(guò)程特性.如規(guī)定使用電纜和接頭的炎埜-哇乞后號(hào)因電圧卷在這一匡，數(shù)據(jù)込沒(méi)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(xí)標(biāo)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?？谥凭W(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(hào)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(hào)（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(zé)在網(wǎng)絡(luò)牛的麗節(jié)點(diǎn)疋僅建立、維持和黎上適召。會(huì)話層的用基包花；建立適詰齟國(guó)，說(shuō)持會(huì)話過(guò)吧皰信連搖旳羽適：同步斑人節(jié)點(diǎn)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(wèn)外重?cái)嗤旎瘜彵R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?zhuān)ňW(wǎng)逹炎翌k同，格弋讓空變二第？層親民層h實(shí)體層由若干

4、f服務(wù)元素-y和一個(gè)或多個(gè)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(gè)帶有通訊控制主機(jī)的多級(jí)系統(tǒng),它是由主機(jī)和一定數(shù)量的從機(jī)（終端設(shè)備）通過(guò)兩根電纜連接而成,所有的從機(jī)都并聯(lián)連接在總線上,并可通過(guò)總線獲得所需電源。為了實(shí)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(gè)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?hào)采用電壓值的變化來(lái)表示，即集中器向終端儀表終端發(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(shí)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(dāng)“TXD”發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)由Q2為前端驅(qū)動(dòng)級(jí)，可以得到Q2集電極產(chǎn)生一個(gè)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(dāng)TXD輸入為“1”時(shí)Q2導(dǎo)通，此時(shí)Q2集電極為低電平使得U4工作，此時(shí)Q1的集電極與發(fā)射極處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且U5端由于Q2集電極為低電平處于斷開(kāi)狀態(tài)，對(duì)于Q1的發(fā)射級(jí)輸出端無(wú)影響。此時(shí)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(dāng)TXD為“0”時(shí)，U5工作并且Q1集電極與發(fā)射極處于導(dǎo)通狀態(tài)處于斷開(kāi)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?hào)采用的是電流值的變化來(lái)表示，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(dāng)傳輸“0”時(shí)，由終端儀表控制電流值增加到11-20mA。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，線路上的值為持續(xù)“1”狀態(tài)。當(dāng)終端儀表接收信號(hào)時(shí)，其電流應(yīng)處于穩(wěn)態(tài)“1”，在接收信號(hào)時(shí)，其電流處于穩(wěn)態(tài)“1”；在接收信號(hào)時(shí)，其電壓值的變化所

7、導(dǎo)致的電流變化不應(yīng)該超過(guò)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(hào)波形圖-5終端發(fā)送的電流信號(hào)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(hào)接在M+,M-m兩端由于M+在發(fā)送部分當(dāng)中此時(shí)電位為+36V且由兩對(duì)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(shí)候，電流信號(hào)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(huì)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(gè)15mV-150mV的方波信號(hào)Sin。由U2LM358級(jí)運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器使輸入信號(hào)與后期處理信號(hào)隔離再進(jìn)行放大此處放大考慮到運(yùn)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(shí)為后期給電壓做比較準(zhǔn)備。從圖-5可知，在穩(wěn)態(tài)時(shí)終端給集中器提供的電流信號(hào)為1.5mA,由于終端的數(shù)量較多，而每個(gè)終端都會(huì)提供一個(gè)穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流并且全部加載在R5上就會(huì)使得低電平的電位整體上移。現(xiàn)以10塊終端儀表為例，當(dāng)終端為10個(gè)的時(shí)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(hào)波形為如圖-6：由圖-6可得當(dāng)經(jīng)放大10倍之后將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與地電位差更高的電壓，并且會(huì)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(lái)越困難。為使得信號(hào)邏輯“0”與地保持在同一水平線必須將信號(hào)波向下移1500mV的電壓。現(xiàn)在設(shè)計(jì)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(hào)直接輸入，2腳為電阻、電容濾波處理過(guò)的信號(hào)兩信號(hào)波形如圖-7所示：圖-7比較器兩端的輸入及輸出信號(hào)波形如圖-7可得到輸出信號(hào)與地在同一電勢(shì)水平線上。再經(jīng)D1為5.1V的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓得到一個(gè)近TTL的信號(hào)，由于輸入1.5mA為高電平，15mA為低電平使得輸出信號(hào)為反向的波形，所以輸出端連接反相器對(duì)波形進(jìn)行取反，得到RXD接收信號(hào)。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(gè)物理連接，以及它們的機(jī)械、電氣、功能和過(guò)程特性。如規(guī)定使用電纜和接頭的類(lèi)型、傳送信號(hào)的電壓等。在這一層，數(shù)據(jù)還沒(méi)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(biāo)準(zhǔn)（網(wǎng)線接口類(lèi)型、光纖接口類(lèi)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?？刂凭W(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(jìn)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(duì)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(hào)（WWW端口、80端口等）。主要是將從下層接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段和傳輸，到達(dá)目的地址后再進(jìn)行重組。第5層（交通警察層）：會(huì)話層。負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中的兩節(jié)點(diǎn)之間建立、維持和終止通信。會(huì)話層的功能包括：建立通信鏈接，保持會(huì)話過(guò)程通信連接的暢通，同步兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)話，決定通信是否被中斷以及通信中斷以及通信中斷時(shí)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(jìn)行格式化（網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型不同，格式化改變）。第7層（親民層）：實(shí)體層。由若干個(gè)服務(wù)元素（SASE）和一個(gè)或多個(gè)公用應(yīng)用服務(wù)元素（CASE）組成。為用戶(hù)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(yǔ)