摘 要: 介紹了一種新的儀表總線專(zhuān)用收發(fā)器芯片TSS721A的封裝、基本功能以及應(yīng)用電路連接。該收發(fā)器應(yīng)用于title="自動(dòng)抄表">自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，可使系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)大為簡(jiǎn)化。
關(guān)鍵詞: 儀表總線 收發(fā)器 自動(dòng)抄表系統(tǒng)
自動(dòng)抄表系統(tǒng)(Automatic Meter Reading System，AMRS)是一種不需要人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)就能完成抄讀各種計(jì)量?jī)x表工作的管理系統(tǒng)。在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中采用歐洲新型總線結(jié)構(gòu)——儀表總線，將使所組成的系統(tǒng)性能價(jià)格比大為提高[1]。
采用新的儀表總線和相關(guān)技術(shù)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：通訊媒介可采用普通雙絞線，總線極性可互換；可采用任意總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(星形、樹(shù)形等)，使系統(tǒng)布線施工簡(jiǎn)單、擴(kuò)展靈活；總線工作不受任何從機(jī)接口或設(shè)備故障的影響；最大總線長(zhǎng)度為1000公里(波特率≤9600波特時(shí))，并可以通過(guò)中繼器擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)的覆蓋范圍；可為用戶計(jì)量?jī)x表提供兩種供電方式，即使停電也能保證系統(tǒng)正常工作；可滿足現(xiàn)有所有的EMC、ESD、EMI要求。
TSS721A是美國(guó)德州儀器公司1999年初生產(chǎn)的一種用于儀表總線的專(zhuān)用收發(fā)器芯片，將其應(yīng)用于自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，無(wú)疑使系統(tǒng)的性能價(jià)格比和可靠性再次提高。本文結(jié)合應(yīng)用對(duì)其加以介紹。
1 TSS721A的功能
TSS721A是一種用于儀表總線的收發(fā)器集成芯片。其內(nèi)含的接口電路可以調(diào)節(jié)儀表總線結(jié)構(gòu)中主從機(jī)之間的電平，可通過(guò)光電耦合器等隔離器件與總線連接，同時(shí)該收發(fā)器由總線供電，對(duì)從機(jī)不增加功率需求。外形采用16腳雙列直插封裝，將整個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送功能集成于一體，其內(nèi)部功能框圖如圖1所示。芯片的外形封裝如圖2所示。表1為各個(gè)管腳功能的簡(jiǎn)單說(shuō)明。
該芯片具有其它一些主要功能[2]：
① 滿足國(guó)際EN1434－3標(biāo)準(zhǔn)；
② 具有動(dòng)態(tài)電平識(shí)別的接收邏輯；
③ 通過(guò)電阻可調(diào)接收電流；
④ 無(wú)極性連接；
⑤ 防掉電功能；
⑥ 可提供3.3V穩(wěn)壓源；
⑦ 支持遠(yuǎn)程供電；
⑧ 半雙工下可達(dá)9600波特率；
⑨ 支持UART協(xié)議；
⑩ 從機(jī)可由總線或后備電池供電；
只在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)總線有效。
2 數(shù)據(jù)傳輸模式
2.1 數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳輸
TSS721A在此模式下采用總線電壓調(diào)制傳輸數(shù)據(jù)，而總線電流保持恒定。總線電壓Vbus＝MARK(標(biāo)識(shí)值)是由從機(jī)管腳BUSL1和BUSL2之間電壓差定義的。主從機(jī)間距離會(huì)影響該電壓差。為使接收與距離無(wú)關(guān)，將管腳SC上的動(dòng)態(tài)參考電平引入電壓比較器TC3，參見(jiàn)圖3。連接在管腳SC上的電容CSC的充電電流ISCcharge和放電電流ISCdischarge是不同的，一般有如下關(guān)系：
這個(gè)比例關(guān)系是獨(dú)立于數(shù)據(jù)內(nèi)容運(yùn)行任意UART協(xié)議所必需的條件(例如，如果傳輸采用11位UART協(xié)議，當(dāng)所傳數(shù)據(jù)只有停止位為“1”，其它位都為“0”的情況)，必須有足夠的時(shí)間來(lái)對(duì)電容CSC進(jìn)行再充電。電壓比較器TC3檢測(cè)來(lái)自主機(jī)的調(diào)制電壓，并根據(jù)該電壓VBUS＝SPACE(空值)或MARK(標(biāo)識(shí)值)來(lái)開(kāi)關(guān)正端輸出TX和反端輸出TX1，以輸出數(shù)據(jù)給從機(jī)。
2.2 數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳輸
TSS721A在此模式下使用總線電流調(diào)制傳輸數(shù)據(jù)，而總線電壓保持恒定。芯片內(nèi)電流源電流ICS3調(diào)制總線電流，由主機(jī)檢測(cè)調(diào)制電流。恒流源CS3受輸入RX或RX1控制，也可通過(guò)外部電阻RRIS調(diào)節(jié)。在調(diào)制過(guò)程中調(diào)制電路部分供電電流IMS和電流源電流ICS3一起流入內(nèi)部電路、如圖4所示。
因?yàn)門(mén)SS721A是半雙工設(shè)計(jì)，所以來(lái)自RX或RX1的電流調(diào)制反復(fù)出現(xiàn)以作為對(duì)輸出TX或TX1的響應(yīng)。如果主從機(jī)都要通過(guò)總線發(fā)送信息，則從機(jī)的TX和TX1上會(huì)出現(xiàn)表明數(shù)據(jù)碰撞的附加信號(hào)。儀表總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求每個(gè)連接的從機(jī)有恒定的電流消耗。
3 TSS721A的應(yīng)用
通過(guò)對(duì)TSS721A收發(fā)器功能的全面了解，發(fā)現(xiàn)采用該收發(fā)器專(zhuān)用芯片可方便實(shí)現(xiàn)儀表總線，并且使設(shè)計(jì)者不再為總線上數(shù)據(jù)的傳輸操心，從而有更大的精力投入系統(tǒng)其它方面的工作。圖5是TSS721A遠(yuǎn)程供電方式下電路連接。圖6是TSS721A在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
1 Designing Applications for the MeterBus.Texas Instruments Company Applications Report、1994
2 TSS721A METER－BUS TRANSCEIVER.Texas Instruments Incorporated，April，1999