USB接口便携式M-BUS抄表仪的设计

摘要：M—BUS总线集中抄表系统中，M—BUS主站电路通常集成在集中器中，集中器体积大，功能复杂，成本高，并且需要接入220V电源才能正常工作，在开发、现场调试和运营维护过程中很不方便。我们提出了一种由PC机USB接口提供电源便携式M—BUS抄表仪。实现了USB升压转换、电压调制、电流解调功能，同时具有USB通信电压接口电平转换功能，该方案具有体积小、成本低廉、携带方便、USB供电等优点
关键词：集中抄表系统；M—BUS总线；抄表仪；便携

集中抄表系统(Automatic Meter Reading——AMR)是指采用通讯和计算机网络等技术，通过专用设备自动读取和处理电表、水表、气表计量数据的过程。
计量仪表与抄表主机的通讯方式(下段信道)是自动抄表系统的关键所在。常用的下段信道有电力线载波、有线(总线)、无线(RFID)等方式。
总线抄表方式技术成熟、稳定、简单，在通讯信道正常情况下，可以实现实时通讯，是用户广泛采用的一种集中抄表系统。
M—BUS总线又叫Meter-Bus通用仪表总线，采用欧洲标准的2线制总线，是一种专门为测量仪器和计数器传送信息而设计的数据总线，也是专门用于远程抄表的一种高可靠性、高速、廉价的家用电子系统的欧洲总线标准。2004年，建设部引进该标准并转化为行业标准，标准号为CJ／T 188—2004，标准名称为《户用计量仪表数据传输技术条件》，该标准对M—BUS总线的电气接口参数和数据传输方式做出了详细规定。
M—BUS总线可同时实现数据传输和远端供电，存非电量能源计量仪表如水表、燃气表、热量表等集中抄表系统中的应用越来越广泛。
为解决M—BUS总线通讯信道易受人为、大范围损坏，损坏后故障排除困难、恢复时间长、信道后续运营维护维护量大等问题，我们开发了便携式M—BUS抄表仪。
便携式M—BUS抄表仪与笔记本计算机可组成移动抄表平台，可集中记录数据并保存在笔记本计算机中，再由工作人员携带到机房后传输给管理中心计算机。也可采集一只或一组独立工作的表计的耗能数据，可方便的进行系统开发或现场调试及故障排查。
综合考虑计算机USB接口的驱动能力和M—BUS总线的特点及实现难度，我们确定便携式M—BUS抄表仪的技术指标如下：总线电压30V，电流驱动能力是100mA，最多可同时驱动35只表。

1 主要原理
1．1 集中抄表系统原理
集中抄表系统是一个三层的网路系统，由上层、中间层和底层组成。主站软件位于系统的最上层，集中器和采集器构成系统的中间层、智能计量终端是系统的底层。主站软件实现主站调度、数据采集与管理、报表结箅等功能；集中器和采集器实现上下行通信链路转换；智能计量终端(采集点监测设备)提供计量和本地通信功能，并响应上位机的指令。
集中抄表系统的网络结构如图1所示：

在这个系统中，PC机是主站，主站软件可以由多个模块组成，图中列举了主站调度系统、用水信息采集与管理系统及其它支持系统三个模块。集中器和便携式抄表仪(即采集器)构成通信系统的中间层，采集点监测设备是通信系统的底层。主站和便携式M—BUS采集器通过USB接口建立远程通信网络，M—BUS总线作为本地通信网络。主站、便携式M—BUS采集器和采集点临测设备(从机)构成一个主从通信系统。每次通信都是由主机发起，主站存规定时间内收到从机正确应答标志着成功完成一次通信，否则通信失败。
作为本地通信网络，M—BUS总线有如下特点：
(1)数据从集中器(或中继器)向计量终端传输时，使用总线电压调制传输数据，而总线电流保持恒定。
(2)数据从计量终端向集中器(或中继器)传输时，使用总线电流调制传输数据，而总线电压保持恒定。