M-BUS总线接口 篇1
M-bus，全称为Meter-bus，可译为仪表总线。它被用于远程仪表读取数据的欧洲标准，它也可以用作所有其他类型的耗能测量仪表(即需要提供电源的测璧仪表)以及传感器等。作为远程热表读取制定的接口标准，这种总线对于航空机载机电及其相关应用有着极端的重要性。通过对M-bus的某些改进利用电压、电流对数据信号进行调试，其可以抵抗各种荣性、感性的耦合干扰，具有卓越的抗干扰能力，可以完成对机载机电设备或传感器的通信、远程供电及数据转换功能。
1 现有航空总线存在的问题及处理方式
1.1 航空总线存在的问题
随着飞机机电系统综合化程度越来越高，飞机各机电子系统之间交联信号较之早期飞机愈来愈复杂，如A380、B787、A400M等现代大中型军民用飞机，系统采用多余度配置，组成复杂，传感部件数量庞大，信号关联度高，均依靠大量计算机进行数据综合处理与实时控制。这种系统高度化综合的技术大大增加了飞机机载系统数据融合能力和控制的自动化程度，减轻了机组的操纵负担，但同时给系统设计带来了一定的设计难度。
(1)采用早期飞机如RS232、RS485和RS422总线进行点对点信息交换通讯，很难适应现代大中型飞机机电系统高度综合化的需求。
(2)各个电子系统及其附件独立地分布于飞机的不同位置，给传感器、电子显控附件等众多小型用的机电产品在数据交互以及信号传输上带来较多的技术难题。
(3)数据接口种类繁多，给计算机之间数据交互带来大量的数据接口转化问题，大大增加了计算机的处理负担，背负大量的数据接口重量。
1.2 处理方式
(1)针对难点一，国外飞机如A380、B787等飞机在系统多计算机大数据接口中已经广泛的采用429、1553B、AFDX等数据总线以满足系统大数据交换的技术需求，国内在大运飞机、ARJ等飞机上也均采用了类似技术。
(2)针对难点二和三，现代大中型飞机及在传感器和电子显控附件等小型用电设备数量庞大，分布与集体不同区域，受成本、重量、节点数目、余度配置等多方面因素限制，现有机载采用的数据通讯接口如429、1553B、AFDX等均不适宜用于此类单体数据量较小的机载设备的数据交互网络构建中。现有飞机在小型用电设备数据交互以及数据采集方面存在以下问题制约了飞机机载系统的维护、安装、测试等工作。
随着机载小型用电设备如传感器和显控部件的数量增加，机载系统越来越需要一种可以简便应用的数据接口技术，其应具备很好的接口一致性，特别是对于机载小型用电设备的通信、供电、布线、维护、系统减重等方面都有迫切的需求。
2 M-bus的功能及原理
2.1 概述
M-bus是Paderborn大学的Dr.Horst Ziegler与TI公司的Deutschland GmbH和Techem Gmb H共同提出的线属于，专门用于公共事业仪表的总线结构，称Meter-bus，简称M-bus。M-bus仪表总局域网，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的三个基本特征:范围、传输技术、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。
2.2 M-bus的工作原理
M-bus的工作原理是:只有在主机发出询问的情况下，才能够在附有专用软件的主机和仪表之间执行数据交换，也就是说各个终端在丰机发出指令后才能够提供数据。主机到终端在数据交换过程中没有中断M-bus电压，所以它可以不断为终端提供M-bus电压的电源.而终端向计算中心的信息传递是通过终端自身的电流消耗而反馈信息，其电流调制如下:
上式中，Idc代表直流电电流m A;Ipulse代表脉冲电流m A;Im为调制中变化的电流，变化范围为11mA～20mA。电流调制可确保高抗于扰力，终端由于电消耗增大而反馈数据，两个终端是不会互相交换数据的，H有提供电源的计算中心可以确定电消耗增大。
3 现有M-bus总线技术在航空机电系统上的优点和缺陷
(1)M-bus总线在航空领域应用的优势
(1)两线制、无极性因而可大大减少飞机重量，降低航空成本。
(2)远程供电、协议扩展灵活便于对航空领域做针对性的改造。
(3)网络拓扑结构多样适合机载设备的分布式特性。
(2)现有M-bus存在的缺点
在主从式结构中，控制器成了制约系统稳定性的瓶颈，虽然任何子节点的故障都不会影响整个系统的正常运行，但是当控制器出现故障时，会导致整个系统通讯和机电数据综合中断直至系统出现瘫痪。可能会造成重大航空事故，这对于航空系统来说是不能接受的。因此，需要采取硬件容错技术以确保其工作可靠稳定。而先前参考的M-bus总线为主机总线，需要完成双主机的冗余设计及验证工作。
4 对M-bus在航空机电系统中的安装和改造
基于以上考虑及双余度M-bus总线在机电设备控制中的应用前景，本项目组将着力开发适用于机载机电设备的数据通信接口，通过M-bus双冗余总线设计、多层协议开发及多功能数据接口设计，推出一种适用于机电小型设备特别是双余度传感器的数据接口新技术。
本项目基于M-bus总线进行航空器适应性改造，在M-bus基础上增加冗余主控制器、重购协议表、应用会话等，最终形成一种两线制、无极性、任意拓扑连接的，机载机电设备数据接口新技术。该新数据接口技术利用电压、电流对数据信号进行调试，其可以抵抗各种荣性、感性的耦合干扰，具有卓越的抗干扰能力;可以完成对机载机电设备或传感器的通信、远程供电及数据转换，两线制更适合于大量需要持续供电的机载机电设备或传感器，利用两线制可以优化各机电子系统的布线，节省大量的供电电缆，满足系统减重的要求;该接口技术的使用将大大提高电子系统设备的测试性与维护性，标准化数据接口还将大量节省采集板卡的数量，大大减少采集方面的数据接口通道，减小采集计算机的重量和体积;其本身无极性给设备的安装与维护带来较大方便，可大大提高设备的维修性;其次，任意的拓扑形式适合于任意的布线形式，便于设备线缆的安装，可减少大量不必要的线缆交叉。
首先，针对主从式结构中存在的隐患，可在现有M-bus总线基础上增加硬件冗余设计，如图1所示即为主从模式加一个主机，可定义为备用主机，在正常工作情况下备用主机不进行工作，同时不干扰主从模式的进行，一旦原主机出现故障，无法收发处理信息时，即通过总线给另一端的主机一个启用信号，备用主机接收到这个信号后得以启动，同时发送一个关闭信息给原主机，从而成功转换为另一个主从模式而得以继续正常工作。然后再结合机载电源和M-bus总线的特点，需要对总线数据接口进行重新设计，使其适用于机载电源+28V供电的要求，同时数据收发模块完成高速率传输的要求，并具备模拟量、数字量和常用数据传输协议的自动转换功能。
主控器的发送电路如图2所示，原理分析如下:
当CPU控制BDTxd输入为高，光耦不导通，运放工作在同相输入方式:
当CPU控制BDTxd输入为低，光耦导通，运放工作在差动输入方式:
接收电路由两级运放和光耦隔离电路组成，如图3所示，BD_rxd接到CPU串口输入。运放U1工作在差动输入方式，运放U2工作在比较器状态。当总线空闲状态或发送逻辑“1”时，采样电阻SR两端无明显电平变化，差模输入信号接近为0,U1工作在静态，此时U1输出作为U2的反向输入电平，U2由R4,R5分压提供的偏置电压决定。R8,R 11分压提供比较电平U2+。静态时U2+>U2-,U2输出为高，光耦不导通，BD_rxd为“1”。当节点发送逻辑“0”，总线有额外11mA～20mA脉冲电流时，脉冲宽度取决于通讯的波特率，采样电阻SR两端有电平突变，突变信号经U1放大输出，使得U2->U2+。U2输出低电平，光耦导通，BD_rxd为“0”。
其次，参考并结合成熟的航空机载总线(1553BARINC429ARINC825)等技术要求，从接口物理层、链路层、协议层、应用层等4个层面出发，研制双主机M-bus数据接口，确立满足机载小型用电设备供电与交互的数据接口技术详细方案，主要确定电气、定时、协议、拓扑结构、传输介质等方面的技术要求及参数，同时建立相关数学模型进行理论分析，验证技术原理的可行性与正确性，并建立完整的数学模型研制、测试、试验步骤。
最后，结合航空机载机电设备通信控制特点，利用M-bus进行航空器适应性改造，根据需求进行数据链路层和应用层的协议重封装，根据机电设备和传感器的特性要求，合理地设计数据结构单元，完成从物理层到应用层的应用设计。通过模型研制和测试验证的方法，研究出通用性好、实用性强的即在机电设备数据接口新技术，形成M-bus总线航空应用规范和标准。
此种改进方法可大幅度改善机载机电设备在信息传输速度低、带宽窄、余度少、接口一致性差等方面的应用限制，机载机电设备数据接口新技术将极大简化机电系统的设计及使用，大大减轻系统重量，提高系统可靠性，改善系统维修性，加强系统升级和更改能力，易于增加和删除终端，提高了数据传输的裕量。该技术可快速应用于各种飞机机载系统的设备通讯网络中。
通过以上的技术研究，机载机电设备接口新技术将可以适应多种机载设备的数据通信和数据传输，使总线系统的接口具有很高的一致性，减少了系统的维护成本，冗余设计器确保了系统的稳定可靠，实现了双余度传感器真双余度传感器真双余度特性:两线制远程供电技术解决了传感器供电问题，并满足了系统减重的要求。M-bus总线技术发展具有很好的可持续性，有利于技术的不断更新及进步。
摘要：为了改善机载机电设备四线制总线高重量、高复杂度、接口一致性差、余度少等方面的应用限制,结合航空机载机电设备通信控制特点,利用M-bus进行航空器适应性改造,根据需求进行数据链路层和应用层的协议重封装,该系统可大大减轻系统重量,提高系统可靠性,改善系统维修性,加强系统升级和更改能力,易于增加和删除终端,提高了数据传输的裕量。
关键词：M-bus,航空机电设备,多余度
参考文献
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M-BUS总线接口 篇2
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，在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[2]。
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、报表结算等功能；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采集器和采集点监测设备(从机)构成一个主从通信系统。每次通信都是由主机发起，主站在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。
因为数据传输调制方式不同，保证了计量终端之间不会互相通信。其数据传输如图2所示。
(3)远端供电
当总线有电时，终端从总线取电，总线可以为每个终端提供3.3V稳压电源，每个终端消耗总线电流不大于3mA。
(4)支持多种拓朴结构
可采用任意总线拓扑结构，如星型、树型等。
E、支持总线连接方式
总线使用普通双绞，极性可以互换
1.2 抄表仪原理
根据MBUS总线的特点，USB接口便携式M-BUS抄表仪(以下简称抄表仪)需要3路电源，一路是系统电源，一路是总线低电压(传号电压)，另一路是总线调制电压(空号电压-传号电压)；另外还包括电流解调电路和USB转换电路等。原理框图设计如图3所示。
在这个设计中，下行发送的数据和电源都来自于主站USB接口，解调完成后的上行数据也经过USB接口送给主站。
待发送数据经主站USB接口送给抄表仪的发送控制电路，发送控制电路实现电压调制。从机(采集点监测设备)以电流调制方式应答，抄表仪的接收电路对电流调制信号进行解调，解调完成后的数据经USB接口送给主站，由主站进行数据判别和解析。
在前面的论述中，我们知道M-BUS接口下行是电压调制方式，也就是说传号电压和空号电压是不相等的，加上系统电源，这个抄表仪需要3路电源，即空号电源H，传号电源L和系统电源VCC。
根据相关标准和从机接收特性，总线传号电压应该大于12V，总线空号电压应该比空号电压高10V以上。兼顾便携式M-BUS采集器的通信可靠性和电源设计难度，我们选择传号电压为18V，空号电压为30V。
通用USB端口的电源供给能力为5W，升压型开关电源的效率估计为70%。则便携式M-BUS采集器的总线输出电流为3.5W/30V=110mA。
一个M-BUS终端消耗电流不大于3mA，不考虑总线压降，则便携式M-BUS采集器可以外接35个终端。
2 主要电路原理
2.1 USB串口转换电路
选用美国FTDI公司的FT232R实现USB串口转换功能。
FT232R是单片USB转异步串行通信接口芯片，内嵌USB 协议栈，无需编写USB程序固件。UART接口支持7或8比特数据，1位或2位停止位，奇、偶或无校验；通信波特率从300bps-3Mbps；内置256byte接收缓存和128byte发送缓存；内部集成了1024Bit EEPROM用来存储USB VID、PID、编号及产品字符等；每个器件都有唯一的USB序列号；支持USB挂起和释放；支持USB供电、自主供电和总线供电；为便于与USB接口匹配，内部集成了3.3V电平转换器；集成了1.8V-5V逻辑电平转换器，可方便的与UART接口匹配；支持5V/3.3V/2.8V/1.8V COMS电平输出或TTL电平输入；集成了上电复位电路；全内部时钟，不需要外部振荡器；集成了模拟电源滤波器，不需要模拟电源输入；3.3V-5.25V单电源工作；-40℃-85℃工业级工作温度范围[3]。
使用FT232R实现USB串口转换的原理电路图如图4所示。图中，U1是USB串口转换器，CN101是计算机的USB接口，J2可接外部电源适配器，以进一步提高便携式M-BUS抄表仪的带载能力。
这个电路结构简单，使用方便。也可与其它电路一起构成USB-485接口转换器或USB-232接口转换器。为低速串行通信提供了一个可靠的USB 解决方案。
2.2 电源电路
总线电源有两路(见图5)，一路产生传号电压，另一路产生空号电压[4]，由串口直接对总线电压进行基带调制。图中选用了NS的LM2733产生两路总线电压。另外，时基电路、放大器和比较器的电源直接由USB电源供给。
LM2733为Boost型开关稳压器，输入电压范围2.7-14V，开关频率有600kHz和1.6MHz两种，内部集成了40V/1A的MOSFET，封装为SOT23-5，还有SHDN管脚，可方便的进行小型化设计和关断控制[4]。从主机USB接口得到的5V电源作为输入电源，分别进行BOOST变换后，升压到18V和30V，用作总线传号电压和空号电压。
2.3 发送和保护电路
发送电路完成电压调制功能如图6所示。主机无信号发出时，LocalHostTXD为高电平，三极管VT1、VT2、VT3导通，场效应管VT7导通，VT9截止，总线输出电压为30V(空号电压)；主机有信号发出时，LocalHostTXD为低电平，三极管VT1截止，场效应管VT9栅极被拉高，VT9导通，VT7截止，总线电压变为18V(传号电压)。
场效应管VT8和555时基电路及采样电阻R58和比较器U8B一起构成了过电流保护电路如图7所示，根据设备电源功率可调整保护电路阈值。当总线电流大于阈值时，保护电路动作，切断总线输出并延时一段时间后恢复总线输出。如此反复，确保发送电路不会损坏。
保护电路中，调节电流采样电阻即可调整保护电流，调节C12的电容值便可获得不同的延时时间。
2.4 接收电路
接收解调电路，如图8所示由采样电阻R58、积分放大器U7A、U7B和比较器U8A组成。积分放大器负责检测总线中的小电流变化和信号放大，比较器进行阈值判别，判别后的值直接作为解调信号直接送给电平转换器输出给主机。
3 结束语
该设计实现了预定的设计目标，具有功能可靠，外围器件少，使用简单、携带方便等特点，并且硬件成本低廉，增强了应用的方便性。
该设计与智能计量终端和主站软件一起构成的集中抄表系统具有远程自动抄收、实时结算、价格变更、计量收费、实时监测、通断控制等各种人性化管理服务功能，具有极大的可持续发展性。可以保障长远的、稳定的、可靠的服务。
该产品符合CJ/T 188-2004《户用计量仪表数据传输技术条件》的物理接口要求。
该设计仅实现了便携式设计和接口转换功能，无规约管理功能，所以可配合不同的主站软件用于多种不同规约的M-BUS接口的相关产品的开发测试和运行维护领域。
目前，该产品已经小批量生产了100台，并交付用户使用，得到了用户的认可和好评。
参考文献
[1] 中华人民共和国建设部，CJ /T 188．户用计量仪表数据传输技术条件[S]，2004．
[2] Future Technology Devices International Ltd. FT 232R USB UART i.c.[Z]，2005.
显卡总线接口 篇3
显示卡需要与主板进行数据交换才能正常工作，所以就必须有与之对应的总线接口，常见的有AGP接口和PCI接口两种，和即将流行的PCI-Express接口。通常所说的AGP是Intel的标准：主要特征是可以调用主内存作为显存，以达到降低成本的目的，不过没有真正的显存性能好，
AGP技术又分为AGP8X，AGP4x,AGP2x和AGP1x等不同的标准。AGP8x,4x,2x技术才支持显示卡调用系统主内存作显存;至于AGP1x嘛，只有采用独立的接口，不占PCI带宽这个好处啦。目前，显卡的总线接口正向PCI-Express过渡。PCI-Express接口将具有更大的传输带宽来满足图形技术日益增加的数据量。