基于M_BUS的超低功耗数据采集系统
基于M-BUS仪表总线传输原理的硬件设计
基于Mbus原理的电源通讯总线原理设计杨泽清摘 要：文章首先介绍了M-BUS仪表总线特点和收发机制，然后给出了不同于TI公司专门芯片技术的硬件设计原理电路及其分析。
文中并对该设计的实际应用作了简要说明。
关键词：M-BUS总线；主控器；节点；电平信号；电流信号Hardware Design on Principle of Instrument Bus M-BUSAbstract：This paper firstly presents the M-BUS including its character and tranceiver principle．Then gives a detailed analyse circuit , which is different from that TI’s chip TSS721 ．There are also some conclusions about hardware design on principle of instrument bus M-BUS after a brief introduce a practice application．Key words：Meters bus；Main Controller；Node；Volt-signal；Ampare-signalM-BUS即Meter Bus的英文简称，首先由德国帕德波恩大学的Dr.Horst Ziegler与美国TI公司的Deutschland GmbH和TechemGmbH共同提出，1997年欧盟针对热量计量推出标准即EN1434-1997时将其纳入其中，从而成为欧洲新的一种专门用于公共事业仪表的总线结构标准，称Meter-Bus，简称M-BUS[1] ,广泛应用于无源节点（水表、气表、热能表等）的数据自动采集场合。
对于M-BUS的应用，TI公司有专门的节点收发器芯片TSS721[2]。
兰吉尔热量表MBUS抄表数据格式
兰吉尔热表MBUS抄表数据格式说明：串口设置波特率300-4800，推荐设置：UH50、2WR6 ：波特率2400，8位数据，偶校验，1位停止位F4：默认波特率300，可以更改为2400，更改方法见UH50.pdf抄表命令格式分两种，一种是一级地址抄表（地址为0~255）；一种是二级地址抄表（地址为00000000~99999999），仪表在两种格式情况下回复的数据格式一致。
一、一级地址抄表一级地址抄表比较简洁，知道地址可以直接发送读表命令10 7B A CS 16其中A为一级地址的16进制形式，CS为7B+A的和（取后两位），二、二级地址抄表这里以二级地址为12345678 为例，完成一次抄表需要三个步骤：1、设备选择：68 0B 0B 68 53 FD 52 78 56 34 12 FF FF FF FF 16表回复：E52、读取命令：10 7B FD 78 16（可认为固定）表回复不同标准的mbus格式数据，已经发现不同厂家有不同的数据格式：兰吉尔：2WR5/UH50：254字节（长）或57字节（短），MBUS模块不短接为长格式，短接时为短格式，另外还有若干错误信息，格式详见pdf。
2WR6：206字节F4:150字节3、发送指令3为取消选择：10 40 FD 3D 16（可认为固定）。
三、数据格式2WR5/UH50：（这里仅提供一个示例数据，详细解析见各型号的PDF格式的说明文件）接收到长度为254字节的数据如下：（64103298）68 F8 F8 68 F8 字符长度（从表号第一位98开始）为248 08 00 72 变量长度结构（校验和从第五字节开始）98 32 10 64 表号:6410329825 4D 确认码02 精度等级2级04 Medium（介质）:heat 0...4: Acc.to DIN EN 143405 10 00 00 数字签字：00 0009 74 04 刷新时间(s)：04 （4秒）09 70 04 平均值以秒为单位的时间(s)：04 （4秒）0C 06 06/07/0E/0F 热量单位(KWH,MWH/100,MJ GJ/100)00 00 00 00 当前累计热量(Kwh)：00 00 00 000C 14 14/15 累计流量单位(M3 *1/100, M3 *1/10)00 00 00 00 当前累计流量00 00 00 00 000B 2E 2D/2E 功率单位(KW/10,KW)00 00 00 当前功率(KW)：00 00 000B 3B 3B 瞬时流量单位(l/h)00 00 00 当前瞬时流量(M3/h): 00 00 000A 5B 进水温度单位（℃）32 00 当前进水温度：00 320A 5F 回水温度单位（℃）28 00 当前回水温度:00 280A 62 温差单位（℃/10）39 00 当前温差: 00 39 4C 14 14/15 累计流量（M3 *1/100。
基于M-Bus的数据集中器的设计
器 ， 在 信 号 采 集 点 少 （ 多 于 １０点 ） 距 离 短 存 不 ０ 、
Ｍ． ｕ 是一 种专 门用 于低 成本 公用 事 业 仪表 Ｂｓ 的用 户 电子 系统 ， 有 以下 特 点 ： 主／ 式 具 ① 从
（ 百 米 ） 布 线 不 规 范 等 问题 ， 基 于 Ｍ－ｕ 数 、 而 Ｂ ｓ的 数 据集 中器 可解 决 多接 点 （ 千 、 计 ） 长 距 离 以 万 、 （ 千米 ） 任 意 分 布 的布 线 方 式 等 问 题 ， 而 成 数 、 从 为新 型 分布 式在 线监 测系 统 的首选 。
１２ 分布 式监 测 系统 ．
本文设 计 的数 据集 中器 主要 应用 于工控 环境
中 的分布 式监测 系统 。现 场数 据采集 模块 的信号
采集 单元 应用 Ｍ— ｕ Ｂ ｓ和嵌 入式 技 术 ， 传 感 器 采 将 集 的数据 通过 Ｍ．ｕ 采集 ； 位 机 系统 对 数 据 进 Ｂｓ 上 行分 析处 理 。系统结 构 图如 图 ３所示 。
ｅ ｖ ｒｎ ｎ ，ａ ｄ ｔ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔｒｗ ｓ ｄ ｓｇ ｄ ａ ｄ ｉ ｌ ｍｅ ｔｄ ｗ ｉｈ ｂ ｓ ｄ ｏ ｌ Ｍ－ ｓ ＡＲ ｅ ｅ ｍｂ ｄ ｅ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ａａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ａ ｅ ｉｅ ｎ ｍｐ ｅ ｎ ｅ ｈ ｃ ａ ｅ ｎ ａ ｌ Ｂｕ Ｍ７ ｓ ｒ ｓ ｅ ｅ ｄ ｄ ａ ｉ
mbus抄表原理
mbus抄表原理M-Bus，即Meter-Bus，是一种专门用于远程自动读取能源计量器（水、电、气、热等等）的协议。
它使用了特殊的芯片集成电路，这些电路能够将一个独立的计量器连接到一个M-Bus网络上，从而实现对其远程控制和监视。
下面我们来了解一下M-Bus抄表原理及其基本步骤。
1. M-Bus抄表原理M-Bus抄表原理是基于现场总线技术的，主要包括以下几个步骤：（1）被监测的计量器需要具有M-Bus接口。
（2）监测网络需要一系列的从节点，它们可以收到来自监测表的数据，并把这些数据转发给控制中心。
（3）网络的最初阶段是建立物理层的连接，也就是通过网线或者无线信号把计量器连接到网络中。
（4）网络使用标准协议与计量器通信，信息被编码成二进制。
（5）信息在从节点间进行传递，直到它们到达控制中心。
（6）控制中心的软件将收到的数据分析，从而实现对所有计量器的监测。
总之，M-Bus抄表原理利用网络和协议对被监测的计量器进行数据采集和监测，实现对于能源消耗的精确掌控。
2. M-Bus抄表基本步骤（1）各种类型的计量器或表，如电能表、水表、天然气表、热量表等，都需要有M-Bus接口模块，通过模块与M-Bus系统相连。
（2）央控电脑通过M-Bus系统与各种传感器、计量器进行通讯，并向现场传输指令和控制命令。
（3）M-Bus系统致力于传输网络的物理层、数据链路层、应用层和管理层之间的信息，旨在为各种不同类型的计量器提供标准通讯结果。
（4）通过网络编程语言，获取各种需要的计量器数据，然后对数据进行加工，最后显示在屏幕上，形成报表。
（5）通过计量器的数据，可以帮助管理部门对各项能耗进行统计和管理，实现优化能源使用，有效降低能源成本。
总之，M-Bus抄表系统可以为各种不同类型的计量器提供标准的通讯接口，并通过各种编程技术获取数据，最终为管理部门提供优化能源使用的管理方案。
3. 结论M-Bus抄表原理及其基本步骤已经为我们解释了该技术是如何实现远程监测和管理的。
MBUS计量采集管理系统软件使用手册
操作步骤如供热单位管理一样。只是输入输出的是小区的相关信息。 业主管理：管理业主的基本信息
操作步骤如供热单位管理一样。只是输入输出的是业主的相关信息。 计费管理：通过设定公式、业主通过关联这个公式计算出业主的账单
点击：用户管理下的 计费管理 出现如下图 7 所示，在计算用户账单的时候可以根据相关 的计费公式核算账单。
图 14 数据字典：数据库的重要部分是数据字典。它存放有数据库所用的有关信息，对用户来说
1.3 参考资料
a. 项目开发计划； b. 需求规格说明书； c. 概要设计说明书； d. 详细设计说明书； e. 测试计划；
2．软件概述
2.1 目标
本软件的目标是实现对户用热表数据的查询、热用户管理、故障管理、收费管理、能耗管理等 几方面的管理。
2.2 功能
1. 数据管理 热表数据查询
2. 用户管理 供热单位管理 小区管理 业主管理 计费管理
M-BUS 计量采集管理系统 软件使用手册 V1.2
TD120006cn 2012-07-03
北京同州铭远科技有限公司
目录
1．引言 ............................................................................................................ 3
《M-BUS 计量采集管理系统软件使用手册 3
故障类型，如果勾选了，那么就查找相应的故障。
图 13 5. 系统管理
数据导入：导入业主信息、供热单位信息和小区信息，减少系统管理人员录入基础数据的 时间，提高了效率。见下图 14 所示，点击导入按钮，可以导入相应的基础数据。
Meter-Bus水表技术说明书
1 概述四位干式M_BUS光电直读水表是由湖南威铭能源科技有限公司在原有的四位干式TTL 输出光电直读表产品基础上设计开发的一款直读水表，采用了MEGA48单片机作为主芯片，TSS721A芯片作为M_BUS接口芯片。
光电直读水表是市场应用的主流方向，M_BUS光电直读水表需求很大，而我们一直还没有自己的产品，为了填补这个空白，我们迫切需要开发一款M_BUS的水表。
四位干式光电直读M_BUS水表正是基于这样的背景下提出立项，我们在这个产品的研发上已经做了很多工作，我们的设计会在其他同类产品的基础吸取各家之长，并根据现有的各项测试结果进行设计。
1.1 制造标准CJ-T188-2004《户用计量仪表数据传输技术条件》CJ/T224—2006《电子远传水表》GB/T778-1996《冷水水表》GB 50131—2007《自动化仪表工程施工质量验收规范》JJG 686-2006《热水表检定规程》GB/T17626-2006《电磁兼容试验和测量技术》JB/T8802-1998《热水水表规范》拟制：王霜剑2009-10-16 图号：OCQF2.789.013JS审核：工艺: 第1页共26页标准化：2 光电直读水表工作原理2.1 设计思想和直读水表特点光电直读水表利用光电直读原理，用电子装置直接读取机械字轮上面的读数，而不是存储计量的脉冲连续数据，因此不会因为传输介质问题或者存储信息偶尔丢失而造成数据永久丢失，具有实际读数据错误的可恢复性，有助于整个抄表系统的可靠性。
四位干式光电直读表采用在原有OEM产品基础上改进设计的光电直读模块，优化了原有的软硬件设计，进一步提高读数可靠性的同时考虑了扩展性，在产品的生产工艺性上做了很多的考虑。
是后面将要研发几个系列远传水表的基础平台。
2.2 光电直读工作原理无源光电直读数字化远传水表包括改装的基表与光电直读模块。
改装的基表在原机械计数器的基础上增设了电子发讯装置。
基表计数器字轮旋转,指针固定,且基表计数器字轮上刻有单环半圆编码透空孔。
基于CMBUS总线的数据采集系统设计与实现.
倍数Ａｕｃ却很小，共模抑制比ＣＭＲＲ＝ＡｕｄｌＡｕｃ很大，信噪比性能好。
但要注意电路平衡问题，如果两个输入之间因各种因素导致不平衡，同相成分会转为差分成分，最终会使ＣＭＲＲ降低。
（３）采用隔离放大器电路使用隔离放大器将输入和输出隔离，即使有很高的共模电压，也会有很好的抗干扰性能。
隔离放大器抑制共模电压示意图如图３所示。
隔离变压器虽然有很多优点，但不能传送直流成分，当含直流成分的信号传送时要用信号调制电路。
也可采用光电耦合器来代替变压器，效果良好。
的差值小于等于△的信号认为是有效信号，大于△的信号作为噪声处理。
（４）惯性滤波，此乃模拟ＰＣ滤波器的数字实现，使用于波罢频繁的有效信号。
根据本系统所采集信号的特性及以上集中滤波方式的特性。
在本系统中采用了中值滤波方法。
以下为滤波的Ｃ语言子程序：＃ｄｅｆｉｎｅＮｃｈａｒ４ｆｉｌｔｅｒ（）ｖａｌｕｅ＿ｂｕｒ［Ｎ】；、（ｃｈａｒｃｈａｒｃｏｕｎｔ，ｉ，ｊ，ｔｅｍｐ；｛矗吁输｝｜ｌｆｏｒ（ｃｏｕｎｔ＝０；ｃｏｕｎｔ＜Ｎ；ｃｏｕｎｔ＋＋）｛ｖａｌｕｅ—ｂｕｆｏｕｎｔ】＝ｇｅｔ＿ａｄ０；ｄｅｌａｙ（）；｝ｆｏｒ０＝ｏｊ＜Ｎ一１ｄ＋＋）围３隔禹放大器抑制共模电压示意图根据本数据采集系统的特点，这里选用了美信公司生产的低功率、单电源、轨对轨输出的精密仪表运放ＭＡＸ４１９５，ＭＡＸ４１９５是增益固定为Ｇ＝＋ＩＶ／Ｖ的精密仪表运放，其内部采用了传统的三运放模式来达到最大的直流精度。
酒精浓度气体传感器有一定的稳定时间，且信号变化的速度比较慢。
在硬件滤波系统中采用巴特沃斯二阶低通滤波器。
巴特沃斯滤波器性能之一是巴特沃斯逼近或最平幅度逼近。
在通带中有最大平坦的幅度特性。
｛ｆｏｒ（ｉ＿Ｏ；ｉ＜Ｎ－ｊ；“＋）｛ｉｆ（ｖａｌｕｅ＿ｂｕｆ［ｉ］＞ｖａｌｕｃ＿ｂｕｆ［ｉ＋Ｉ】）｛ｔｅｍｐ２ｖａｌｕｅ＿ｂｕｔ［ｉ］；ｖａｈｅ＿ｂｕｆ［ｉ】＝ｖａｌｕｅ＿ｂｕｒ［ｉ＋１］；ｖａｌｕｅ＿ｂｕｒ［ｉ＋１】＝ｔｅｍｐ；刖Ｄ的基准电压为４．０９６Ｖ，其工作时钟由单片机供给．由于单片机有运行速度较快，工作较独立的特点，可以保证采集到传感器稳定时刻的信号。
mbus原理
mbus原理MBus原理是一种串行通信协议，用于在微控制器和外部设备之间进行数据传输。
它是一种低功耗、高效率的通信方式，广泛应用于物联网、智能家居、工业自动化等领域。
MBus原理的基本工作原理是通过主设备发送命令，从设备接收并执行命令，然后将执行结果返回给主设备。
在MBus总线上，主设备负责控制通信的发起和结束，从设备负责响应主设备的命令并返回数据。
通过这种方式，可以实现多个设备之间的数据交换和通信。
MBus通信协议的特点之一是低功耗。
在传统的串行通信协议中，设备需要持续监听总线上的数据，即使没有数据传输也会消耗大量的能量。
而MBus协议采用了一种睡眠模式，即在没有数据传输时，设备可以进入睡眠状态，大大降低了功耗。
这使得MBus在电池供电的设备中具有很高的应用价值，如智能电表、水表等。
另一个特点是高效率。
MBus采用了一种高度压缩的数据格式，可以大大减小数据包的大小，提高数据传输的效率。
此外，MBus还支持多个设备同时工作，通过时间分片的方式实现多设备之间的并行通信，进一步提高了通信效率。
MBus通信协议的应用领域非常广泛。
在物联网领域，MBus被广泛应用于智能家居系统中的传感器和执行器之间的通信。
比如，温度传感器可以通过MBus与智能中央控制器进行通信，实现温度的监测和控制。
在工业自动化领域，MBus被应用于传感器和执行器之间的数据传输，实现设备之间的协调工作。
为了确保MBus通信的可靠性，协议还提供了数据校验功能。
在数据包的末尾，会添加一个校验码，用于检验数据的完整性和正确性。
接收端会对接收到的数据进行校验，如果校验失败，则认为接收到的数据有误，需要重新进行传输。
总的来说，MBus原理是一种低功耗、高效率的串行通信协议，通过主从设备之间的数据交换和通信，实现了设备之间的互联互通。
在物联网和工业自动化等领域具有广泛应用前景。
随着物联网技术的快速发展，MBus将继续发挥重要作用，推动各行各业的智能化进程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于M BUS 的超低功耗数据采集系统■太原科技大学 刘立群 孙志毅 摘 要介绍一种基于超低功耗单片机的数据采集系统的设计与实现;具体阐述该系统的工作原理、主要特点、总体设计、硬件电路和软件流程设计。
该系统以TI 公司的16位Flash 型MSP430Fx44x 系列单片机为核心,以根据韦根德效应制成的零功耗磁敏传感器作为采集前端,选用M BUS 总线进行数据传输,适用于远传抄表的数据采集。
关键词超低功耗 数据采集 单片机 M BUS 总线引 言随着社会的迅速发展,智能小区逐渐进入人们的生活,而自动抄表系统是智能小区的重要功能之一。
在水、电、气管理方面,采用自动抄表技术,不仅能节约人力资源,更重要的是可提高抄表的准确性,减少因估计或誊写而造成帐单出错的现象,使水、电、气管理部门能及时准确获得数据信息。
另外用户不再需要与抄表者预约上门抄表时间,还能迅速查询帐单,所以这种技术越来越受到用户欢迎。
针对目前市场上自动抄表系统价格不菲的现状,设计一种由零功耗磁敏传感器产生脉冲信号,利用MSP430系列超低功耗单片机的捕获功能捕获信号的数据采集系统。
该采集系统价格相对低廉,性能可靠,适用于水、煤气、电表的远传采集;数据传输总线选用M BUS ,传输速度快、距离远、可靠性高。
1 工作原理该数据采集系统是对传统电表、水表、气表抄表系统加以改进,使其适合远传抄表。
以普通的煤气表为例,选择在基表最后一级齿轮处加一磁铁(不算显示部分的逐级传递齿轮)。
该级齿轮每转1圈,都要拨动显示部分的逐级传递齿轮8次,而每拨1次是0.001m 3,所以,该级齿轮每转1圈,共计0.008m 3的煤气。
也就是最后一级齿轮每转125圈,即拨动显示部分的逐级传递齿轮1000次,煤气表的显示部分的计数为1m 3。
而当小磁铁经过零功耗磁敏传感器表面时产生脉冲信号,利用MSP430单片机的捕获功能捕获到信号,引起中断,数据存储区地址1自加1;若加到150,地址2自加1,地址1清零。
存储区地址2中的数据就是煤气表基表的数据。
当总线要求单片机传输数据时,单片机先确定是否可以传输数据。
若可以,将地址2中的数据写入发送缓存,一位位地将数据发送出去;若不可以,等单片机空闲时再发送数据。
2 主要特点该数据采集系统主要具有以下特点:①采用零功耗磁敏传感器作为采集前端,工作时无须使用外加电源,且无触点、耐腐蚀、防水,寿命很长。
②采用MSP430系列单片机中的MSP430F449作为数据处理芯片,性能优良,价格低廉。
③采用M BUS (Meter BUS )总线进行数据传输,传输距离远,速度快,可靠性高。
④采集电路功耗很低,可采用锂电池供电或采用M BUS 总线供电。
3 数据采集系统的软硬件设计3.1 设备选型选用的TI 公司16位Flash 型MSP430系列超低功耗类型的单片机,特别适合于电池应用的场合或手持设备。
在超低功耗方面,该单片机能够实现在1.8～3.6V 电压、1M Hz 的时钟条件下,耗电电流在0.1～400μA 之间;在片内外设方面,含有P0～P6七个I/O 口、2个定时器(Timer _A 、Timer _B )、1个看门狗、内部集成2K B 的ROM 和60K B 的RAM ,可10万次重复编程;MSP430系列单片机均为工业级的产品,运行环境温度为-40～+85℃;在价格方面,MSP430系列单片机一般只有几十元。
总之,MSP430系列单片机的性价比不错,完全能够满足系统开发的需要。
图2基于MSP430F449单片机的数据采集器电路 在远传抄表系统中,有多种传感器可被选用,常用的有光电传感器和霍尔传感器。
光电传感器和霍尔传感器工作时,都需要供电,电流一般为毫安级。
这将导致供电电池的极大耗费。
对于煤气表来说,在基表中通电还会引起安全方面的问题。
选用零功耗磁敏传感器,工作时无须使用外加电源,适用于微功耗仪表,在远传抄表系统中是一种较好的采集用传感器。
零功耗磁敏传感器是通过韦根德效应制成的,故又名韦根德传感器,是利用磁性双稳态功能合金材料中的磁畴在磁场中的运动特性制作而成的。
当外磁场发生变化时,磁畴磁化方向瞬间发生翻转,而当外磁场撤离后,它又瞬间恢复到原有的磁化方向,由此在合金材料周围的检测线圈中会感应出电脉冲信号,实现磁电转换。
M BUS 总线是欧洲新型总线结构———仪表总线,由德国Paderborm 大学的Ziegler 教授和德国Techem A G 公司以及德国的Texas Intrument 公司共同开发的,采用新的仪表总线和相关技术的数据采集系统,具有以下特点:①可采用普通3的双绞线电缆连接及任意总线拓扑结构(星形、树形等),使系统布线施工简单、扩展灵活。
②最大的总线长度可以达到1km (波特率≤9600bps 时)。
③系统的每一个标记具有惟一的地址码,方便管理。
④双绞线同时完成数据通信和提供表具的电源,可为用户提供3种供电方式(远程供电、电池和远程供电以及运用光耦合后单一的电池供电)。
⑤系统可实现300～9600bp s 半双工异步通信。
通信媒介可采用普通双绞线,总线极性可互换,并可以通过中继器扩大网络或系统的覆盖范围。
⑥每个M BUS 系统都有一个电平转换器。
该转换器提供RS232或者RS485接口,以实现与中心计算机的通信。
该系统最多可以连接250个用户表,如图1所示。
3.2 硬件电路设计基于MSP430F449单片机的数据采集系统电路原理图分为两个部分:数据采集模块和通信模块。
(1)数据采集模块数据采集器,是为准确采集三表数据而设计的,如图2所示,包括晶振电路、电源电路、传感器电路等。
①晶振电路。
图1中提供了高速和低速2个晶振电路,可输出3种不同频率的时钟给单片机内部的不同模块。
用户可图1 M BUS 与中心计算机通信系统示意图用高速晶体产生频率较高的MCL K 供给CPU ,以满足高速的数据运算需要;也可以在不需要CPU 工作时关闭高速晶体;而对于实时时钟,可用低速晶体产生频率较低的ACL K 供给。
②电源电路。
MSP430F449单片机的工作电压在1.8～3.6V 之间,工作电流在0.1～400μA 之间。
本电路中,工作电压为3V ,可由锂电池或M BUS 总线为单片机供电。
③复位电路。
单片机的复位电路接在94引脚处。
④传感器电路。
经过试验,零功耗磁敏传感器可直接接到单片机的捕获端口TA1。
当装在煤气表齿轮上的小磁铁经过传感器表面时,产生脉冲信号,利用单片机的捕获功能捕获信号。
为确保传感器采集数据的准确性,图1中加入了低功耗运算放大器L M358以放大传感器的脉冲信号。
采集端口P1.2处的电压为高电压,等于V cpu (3V )。
当三级管C9018基级电压大于0.7V 时,采集端口P1.2被拉低,单片机计数。
通过实验,每当小磁铁经过传感器1次,单片机的地址1就增计数1次。
图3通信模块电路图4 程序流程(2)通信模块通信模块即单片机和总线集中器之间的数据传输电路,如图3所示。
TSS721A 是美国德州仪器公司1999年初生产的一种用于M BUS 的专用收发器芯片。
其内含的接口电路可以调节仪表总线结构中主从机之间的电平,可通过光电耦合器等隔离器件与总线连接。
该收发器由总线供电,对从机不增加功率需求;外形采用16脚双列直插封装,将整个数据发送功能集于一体。
其特点如下:①满足国际EN14343标准;②具有动态电平识别的接收逻辑;③通过电阻可调接收电流;④无极性连接;⑤防掉电功能;⑥可提供3.3V 稳压源;⑦支持远程供电;⑧半双工下波特率可达9600bps ;⑨支持UAR T 协议;⑩从机可由总线或后备电池供电。
该芯片上有8位拨段开关,用来设置总线上表具的惟一地址。
而作为Master 存储各采集器模块的地址,并根据主控机的请求将采集模块的数据抄上来。
集中器设置各采集模块的分频系数和各表的量纲和倍率。
为了布线方便,采用异步串行通信。
所选取的MSP430F449微处理器内部含有2个USAR T 模块(USART0和USAR T1)。
该模块内部包含波特率设置部分、接收部分、发送部分以及接口部分。
波特率设置模块的时钟来源于内部时钟或外部输入时钟,由SSEL1和SSEL0选择,以决定最终进入模块的频率。
时钟信号BRCL K 送入1个15位的分频器,通过一系列的硬件控制,最终输出移出和移入的两个移位寄存器使用的移位时钟BITCL K ,信号波特率的设置由分频因子N 和所需的波特率(9600bps )来决定,数据的传送或接收主要是通过一个移位寄存器。
接收时移位寄存器将接收来的数据流组合满一个字节,就保存到接收缓存U RXBU F ;发送时,将发送缓存U TXBU F 内的数据一位一位地送到发送端口。
TSS721A 的8位拨段开关用来设置总线上表具的惟一地址。
上位机通过寻址的方式来实现和微处理器MSP430F448之间的通信。
每次主机对某一地址呼叫,只有地址像相符的从机才可以识别呼叫并做出相应的响应。
所采用的通信协议是半双工通信协议。
3.3软件设计MSP430的开发软件较多,这里使用的是IAR 公司的集成开发环境:IAR Embedded workbench 嵌入式工作台以及调试器C SP Y 。
利用MSP430单片机的捕获功能,测试单片机能否准确捕获到来自传感器的信号。
程序流程如图4所示。
首先,对单片机进行初始化,定义单片机时钟、上升沿捕获、传输方式和输入输出端口设置等工作。
然后开发中断程序,一旦有允许中断请求,CPU 被唤醒,进入活动模式,执行中断服务程序,执行完毕,系统返回到中断前的状态,继续低功耗模式。
如图4所示,运行完主程序后,系统进入低功耗模式,如出现中断1,CPU 被唤醒,并将RAM 中某一地址的数据自加1;如出现中断2,CPU 被唤醒,通过传输线路可以将RAM 中某一地址的数据传输给PC 的串口界面。
如出现中断1和中断2同时出现的特殊情况,通过实验,中断1的优先级高于中断2,即先执行完中断服务1后,再执行中断服务2。
4结 论从采集数据的安全性和可靠性两个方面着手,选用新型传感器29不以消耗节点的计算和存储资源为目的,而是着重消耗节点的能量。
攻击者利用侵入节点,向网络注入大量的虚假数据,致使节点,尤其是路由节点,在大量的数据通信中耗尽能量而失效,从而导致整个网络瘫痪。
由此而言,入侵者的首要目的是消耗路由节点的能量,其注入的虚假数据的传送距离越远,影响的节点数就越多。
由于入侵者可能获得侵占节点的完全控制权,标准的验证机制对这类网络内部攻击的行为是没有作用的。
文献\[6\]提出的检出虚假数据机制,是在网络中设置汇流节点,并由汇流节点来认证传感器节点的身份和整合数据报,基站与汇流节点进行有效的分析和交互验证后检出虚假的数据报。