mobus水表.doc

1、第 1 页 共 12 页基于 M-Bus 传输协议的便携式水表运行监测系统的开发深圳市兴源鼎新科技有限公司 刘淑杰 陈俊摘要：本文介绍了 M-Bus 传输协议的便携式水表运行监测系统的的开发背景，开发过程中采用的技术路线以及关键技术， 该 套系统是 对全自动抄表系 统的一种补充， 给用户提供多一种抄表方案的 选择。关键词：M-Bus 传输协议 便携式 M-Bus 转换器一、 前言面临水资源日益紧缺这个大问题，政府已经在可持续用水发展的道路上将促进用水模式的转变，努力提高用水效率，作为规划考虑未来水发展和水资源开发利用问题的一个重要基点。在这种大环境下，如何有效、经济地降低水损，提高公民节水意识

2、，各地政府、供水企业从制度上、经济上及使用先进的产品等方面采取了多种方法，也取得了明显的效果。如正进行的一户一表改造，采取阶梯水价的收费方式等。从管理角度讲：供水企业的管理模式是基于计量表具而建立起来的，变革管理模式，必然首先要变革计量水表，再结合计算机技术、网络技术、信息技术，才能从根本上变革管理模式，提高管理效益。就传统机械水表看，它具有技术成熟、性能稳定、价格低廉、普及率高等优点，但它有两大致命弱点：一是入户抄表、收费难，工作量大；二是欠费矛盾、用水纠纷多。使其限制了供水企业的经营管理的发展程度。随着水表入户改造工程的逐步实施，这种制约将愈加显现。国内近几年水表入户改造的实践经验、教训表

3、明：为保证国家计量入户目标的顺利实现，变革传统计量水表已刻不容缓、势在必行。从政策层面讲：首先，2003 年六月由国务院颁布、同年九月一日施行的物业管理条例第四十五条规定：物业管理区域内，供水、供气、供热、通讯、有线电视等单位应当向最终用户收取有关费用；其次，为了通过价格杠杆调节水需求、水资源配置，达到节约用水的目的，国家建设部曾多次下发文件要求实行阶梯水价，对自来水实行分类计量收费和超定额累进加价制度。该制度实施过程中涉及的因素很多，如人均定额用水、家庭人口、用水类型、定额平价、超额加价等，且这些因素会随实际情况的变化而变化，如人口、用水类型变化等。不仅传统的计量器具无法实现，即使普通卡智能

4、水表也不能完全满足上述要求。阶梯式计价需要水表的智能化程度，实现的方式和功能方面有新的设置和创新，这也为水表行业新一代产品开发指明了方向，明确了重点。二、项目研发的必要性及前景第 2 页 共 12 页鉴于上述原因，新建的楼盘都是一户一表，且如果水表不是安装户外，基本安装了远程自动抄表系统。供水企业或物业管理部门的抄表人员在监控中心或营业中心就可通过抄表管理系统实现对所管辖的水表进行数据抄读。这种全自动的远程抄表系统非常适用于新的楼盘，因为供水企业的抄表人员是一定的，抄表数量增加而不需要新增抄表人员；另外，新楼盘在设计之初，就考虑到小区智能化设施的安装，一般具有完善的管路设施，如弱电井、弱电沟等

5、，单元与单元之间、栋与栋之间线路连通非常方便，成本增加不多，且是由发展商一次性投资，不会给用户、水司增加额外的负担。对于总表收费的小区，全国很多城市也正在进行一户一表的改造工程，例如石家庄2010 年将行 6 万户改造、杭州将进行 54 万的户表改造、京水集团今年将投资 7 亿元进行供水设施的改造等。如果改造完成后仍然采用普通水表，供水企业势必增加相当数量的抄表人员，在人工成本不断提高的今天，对自负盈亏的供水企业是不经济的；但如果采用全自动远程抄表系统，那些楼盘在建设初期，没有预留配套的弱电井或弱电沟等，栋与栋之间的线路连通非常不易，需要重新挖沟、破路面，工程量大，投资高，环境破坏性大，用户可

6、接受的程度低。供水企业迫切需要一种安装调试简单、配置灵活、投资相对低廉的能够将各户的水表数据短距离的传输到固定点上抄表系统，由抄表员到几个固定的点上把数据拿回来，即节约人工，又相对节约投资。兴 源 公 司 经 过 缜 密 市 场 需 求 分 析 和 自 身 在 抄 表 行 业 的 技 术 优 势 ， 结 合 公 司 在 TY-AMR1 型 智 能 抄 表 网 络 系 统 上 获 得 的 技 术 优 势 ， 开 发 出 基于 M-Bus 传输协议的便携式水表运行监测系统。采 用 本 套 系 统 ， 供 水 企 业 能 够 实 现 以 较 低 的 投 资 ， 较 少 的 抄 表 人 员 ， 实 现

7、 简 洁 、有 效 、 定 时 、 准 确 的 跟 踪 水 表 的 运 行 状 态 ， 从 而 也 替 代 繁 杂 、 低 效 的 手 工 抄 表 工 作 。这 对 供 水 企 业 提 高 水 的 回 收 率 ， 提 高 用 户 的 满 意 度 ， 减 少 水 费 纠 纷 ， 获 得 企 业 可 持 续 性的 可 观 的 经 济 效 益 是 极 其 重 要 的 ， 同 时 也 对 提 高 居 民 节 水 意 识 ， 促 进 水 循 环 经 济 的 发 展 ，全面推行各种节水技术措施，发展节水型企业，建立节水社会，起 到 推 动 作 用 。 为了解决总表集中供水造成水费收缴困难，缴费矛盾突出的问

8、题和为了实行阶梯水价，对自来水实行分类计量收费和超定额累进加价制度而进行的一户一表的改造工程，对供水企业是一项重要的工作，如何用最经济的费用，带来最佳的社会、企业效益是企业面临急需决策的问题。三、项目技术研发计划实施方案和目标第 3 页 共 12 页1、基于 M-Bus 传输协议的便携式水表运行监测系统数据管理软件RS232 串口M-Bus 转换器M-Bus 表单元M-Bus 集抄器M-Bus 表单元二单元M-Bus 表单元N 单元一单元图 1 系统整体设计方案图M-Bus 传输协议的便携式水表运行监测系统采用了测量、传感、通信及微电子技术，将散装在各户或各楼道的水表通过数据线传到安装在单元入

9、口处的集抄器，抄表日抄表人员手持掌上电脑，依次到集中抄表器处将其所管辖的水表数据读取到掌上电脑中，抄表员回到营业中心后，将掌上电脑中的数据导 入 到 电 脑 里 ， 进 行 分 析 处 理 及 收 费 。 如图 1 所示。第 4 页 共 12 页控制逻辑输出接口列解码电源接口时钟数据 地址缓冲器输入接口行解码数据存储数据时序图 2 集 中 抄 表 器 结 构 原 理 图控制通道切换器电池+24V-24V+5VGND电源电路CPUM-Bus 转换器红外编码保护电路启动电路发送接收模块输出接口图 3 M-bus 转 换 器 结 构 原 理 图单片机TSS721通信芯片字轮译码模块电源接口电路图 4

10、 M-bus 总 线 制 直 读 水 表 原 理 图1.1 集 中 抄 表 器 的 设 计 ：M-Bus 集 中 抄 表 器 （ 简 称 为 集 抄 器 ） 是 一 种 全 新 设 计 新 型 集 抄 器 ， 因 其 电 路简 单 且 没 有 与 表 的 通 信 部 分 ， 因 此 雷 击 损 坏 的 可 能 性 大 大 降 低 。 产 品 只 有 一 个 存 储芯 片 存 储 小 区 、 用 户 等 临 时 数 据 ， 通 过 主 机 （ 也 就 是 M-Bus 转 换 器 ） 进 行 数 据交 换 。 平 时 不 供 电 处 于 不 工 作 状 态 ， 低 功 耗 且 不 需 要 维 护

11、， 满 足 了 高 可 靠 信 。第 5 页 共 12 页1.2 M-Bus 转 换 器 设 计 ：M-Bus 转 换 器 是 为 降 低 以 往 的 集 抄 器 成 本 而 新 设 计 的 产 品 。 它 集 红 外 通 信 、M-Bus 协 议 转 换 、 电 源 、 保 护 电 路 为 一 体 ， 具 有 实 用 小 巧 等 特 点 。 红 外 与 配 套 的 兰 德掌 上 电 脑 通 信 ， M-Bus 与 水 表 通 信 。 转 换 器 完 成 M-Bus 到 红 外 之 间 的 数 据 转 换 ，并 把 抄 表 的 数 据 上 传 到 配 套 的 兰 德 掌 上 电 脑 内 。1.

12、3 电 源M-Bus 转 换 器 需 要 24V 直 流 电 源 ， 如 果 用 蓄 电 池 体 积 大 并 且 有 记 忆 效 应 ， 充 电时 间 长 等 缺 点 ， 所 以 我 们 用 高 性 能 的 锂 聚 合 物 电 池 ， 并 佩 带 充 放 电 均 衡 保 护 板 。1.4 兰 德 掌 上 电 脑 抄 表 软 件红 外 与 转 换 器 通 信 读 取 用 水 量 、 小 区 等 数 据 ， 并 存 于 内 部 数 据 库 。 可 查 看 用 户 用 水 量 ，并 可 以 上 传 数 据 库 到 PC 分 析 处 理 。2主要技术指标2.1 电 特 性 ：a.水 表 存 储 出 厂

13、 编 号 、 水 表 示 值 、 电 子 单 元 工 作 状 态 ；水 表 地 址 编 号 ： 14 位 数 字 ， 低 8 位 与 水 表 表 壳 或 表 盘 上 标 识 的 编 号 相 同 ，高 6 位 存 储 特 定 信 息 ， 一 般 在 出 厂 时 已 设 定 好 ；水 表 初 始 值 （ 底 度 ） ： 水 表 表 盘 示 值 ， 一 般 出 厂 时 已 设 定 ；工 作 状 态 ： 字 轮 故 障 ， 电 源 低 故 障 报 警 。b.通 信 方 式 ： 表 到 M-Bus 转 换 器 M-Bus 协 议M-Bus 转 换 器 到 集 中 抄 表 器 IICM-Bus 转 换 器

14、 到 兰 德 掌 上 电 脑 红 外兰 德 掌 上 电 脑 到 PCRS232；c.供 电 电 源 ： M-Bus 转 换 器 24V 2000mAH 可 充 电 锂 聚 合 物 电 池 ；兰 德 掌 上 电 脑 4 节 AAA1.2V 充 电 电 池d.工 作 电 流 ： 表 电 流 小 于 1.5mAe.工 作 环 境 ： 温 度 ： 水 表 5 +55 ， 电 子 单 元 部 分 -25 +55 ；湿 度 ： 0 97%RH；2.2 系 统 功 能 ： 安 装 布 线 方 便 2 芯 线 并 且 可 以 任 意 交 叉 （ 不 分 正 负 ） 。 采 用 直 读 水 表 直 接 读 取

15、字 轮 上 的 读 数 ， 即 使 断 电 也 不 影 响 水 表 正 常 计 数 。第 6 页 共 12 页 M-Bus 集 中 抄 表 器 存 储 小 区 信 息 、 用 户 表 编 号 等 。 M-Bus 转 换 器 数 据 交 换 中 心 3、基于 M-Bus 传输协议的便携式水表运行监测系统主要的研发内容水 表 部 分 -网 络 通 信 链 路 的 建 立集 中 抄 表 器 部 分 -三 插 结 构 的 TV 母 头 的 可 实 施 性 。转 换 器 部 分 -各 类 数 据 处 理 以 及 协 议 转 换M-Bus 便 携 式 抄 表 系 统 -显 示 客 户 信 息 ， 将 兰

16、德 掌 上 电 脑 上 传 的 数 据 进 行 分 析整 理 ， 从 而 实 现 对 用 户 水 表 的 自 动 读 取 ， 减 少 人 为 错 误 同 时 又 节 约 抄 表 时 间 。4、关键技术和解决关键技术途径4.1 关键技术1M-Bus 便 携 式 抄 表 系 统 的 低 功 耗 设 计 。低 碳 经 济 的 提 出 ， 电 子 产 品 的 低 功 耗 已 经 成 为 产 品 应 用 发 展 的 关 键 技 术 之 一 ， 也是 人 们 在 电 子 产 品 设 计 中 普 遍 关 注 的 难 点 与 热 点 。 电 子 产 品 的 低 功 耗 意 义 不 仅 减 少 能源 消 耗 ，

17、 而 且 也 减 少 元 器 件 损 坏 的 可 能 性 ， 提 高 产 品 的 使 用 寿 命 。2 直 读 水 表 技 术 。直 读 水 表直接输出计量表的计数器字轮码盘数字即字轮“窗口值” ，真正实现了 “读表” ，结束了累计脉冲、换算数值的历史，没有累计误差。解决了目前分线制系统采用累积脉冲表远距离输出脉冲因易受干扰而导致现场用计量仪表示值与远程读表设备的累积计量值不一致问题。这种直 读 水 表组成的系统，所有外围设备在抄表时仅接收表输出的数字信号，不再对表输出的信号做二次处理，因此无需对外围设备做数据的初始化工作，系统在首次开通及出现故障维修、重新启动后也无需对表初始化，维护工作量得

18、到极大的降低，具有广阔的实用价值；3 短 路 保 护 技 术 。短路保护是 M-Bus 转换器中重要组成部分,它不仅保护电源自身,而且还要保护连接水表的总线在短路时烧伤程度最小。提出并实现了短路保护系统电流反馈信号可调的方案。改善了该系统的频率特性,解决了随频率提高电流反馈信号畸变导致保护点下降和电源最大工作电流减小的关键问题。由于增加了保护点可调的功能,扩大了电源的频率及电流的使用范围,改善了电源对不同加工条件的适应性。4 M-Bus 总 线 协 议 。M-Bus 总 线 传 输 信 号 ， 主 机 到 从 机 通 讯 静 态 ， 传 号 电 压 （ 1） 为 24-36V； 激 活 ，第

19、7 页 共 12 页空 号 电 压 （ 0） 为 传 号 电 压 跌 落 12V。 从 机 到 主 机 通 讯 静 态 ， 传 号 电 流 (1)为 小 于1.5mA； 激 活 ， 空 号 电 流 （ 0） 为 1120mA。 根 据 M-Bus 总 线 发 送 1 比 发 送 0 更 可 靠 ，同 时 也 减 少 电 能 消 耗 的 特 点 ， 编 写 相 应 的 总 线 协 议 。5 防 水 、 防 阳 光 技 术 。电子产品的防水和散热是相互矛盾的：即防水不能散热，散热不能防水。统计资料表明电子元器件温度每升高 2，可靠性下降 10%；温升 50时的寿命只有温升 25 度时的 1/6。电

20、子产品的散热又往往是制约产品稳定性和寿命的一个关键环节。但用普通技术来同时解决电子产品的防水和散热，几乎不可能。虽然光电组件工作在肉眼看不到的红外区域，但阳光仍然是准确译码的最大杀手。因此防阳光也是很重要的一步。 6 数据信息压缩技术。数 据 压 缩 就 是 用 最 少 的 数 码 来 表 示 信 号 。 其 作 用 是 ： 能 较 快 地 传 输 各 种 信 号 ， 并 能够 紧 缩 数 据 存 储 容 量 ， 减 少 出 错 可 能 ， 这 在 数 据 传 输 中 尤 为 重 要 。4.2 解决关键技术的途径1M-Bus 表 只 有 实 现 低 功 耗 设 计 ， 主 机 才 能 够 连

21、接 更 多 的 水 表 ， 同 时 也 增 加 电 池使 用 寿 命 。具 体 设 计 步 骤 如 下 ： 处 理 器 的 选 择 我 们 对 一 个 嵌 入 式 系 统 的 选 型 往 往 是 从 其 CPU 和 操 作 系 统 （ OS） 开 始 的 ， 一 旦 这两 者 选 定 ， 整 个 大 的 系 统 框 架 便 选 定 了 。 我 们 在 选 择 一 个 CPU 的 时 候 ， 一 般 更 注 意 其性 能 的 优 劣 （ 比 如 时 钟 频 率 等 ） 及 所 提 供 接 口 和 功 能 的 多 少 ， 往 往 忽 视 其 功 耗 特 性 。但 是 CPU 是 嵌 入 式 系 统

22、 功 率 消 耗 的 主 要 来 源 -对 于 M-Bus 水 表 来 讲 ， 它 几 乎 占 据 了整 个 系 统 功 耗 的 80%以 上 （ 视 系 统 具 体 情 况 而 定 ） ， 所 以 选 择 合 适 的 CPU 对 于 最 后 的系 统 功 耗 大 小 有 举 足 轻 重 的 影 响 。一 般 的 情 况 下 ， 我 们 是 在 CPU 的 性 能 （ Performance） 和 功 耗 （ Power Consumption） 方 面 进 行 比 较 和 选 择 。 通 常 可 以 采 用 每 执 行 1M 次 指 令 所 消 耗 的 能 量 来进 行 衡 量 ， 即 Wa

23、tt/MIPS。 但 是 ， 这 仅 仅 是 一 个 参 考 指 标 ， 实 际 上 各 个 CPU 的 体 系 结构 相 差 很 大 ， 衡 量 性 能 的 方 式 也 不 尽 相 同 ， 所 以 ， 我 们 还 应 该 进 一 步 分 析 一 些 细 节 。 我 们 把 CPU 的 功 率 消 耗 分 为 两 大 部 分 ： 内 核 消 耗 功 率 PCORE 和 外 部 接 口 控 制 器 消 耗功 率 PI/O， 总 的 功 率 等 于 两 者 之 和 ， 即 P=PCORE+PI/O。 对 于 PCORE， 关 键 在 于 其 供 电 电 压第 8 页 共 12 页和 时 钟 频 率

24、 的 高 低 ； 对 于 PI/O 来 讲 ， 除 了 留 意 各 个 专 门 I/O 控 制 器 的 功 耗 外 ， 还 必 须关 注 地 址 和 数 据 总 线 宽 度 。 下 面 对 两 者 分 别 进 行 讨 论 ： a、 CPU 供 电 电 压 和 时 钟 频 率 我 们 知 道 ， 在 数 字 集 成 电 路 设 计 中 ， CMOS 电 路 的 静 态 功 耗 很 低 ， 与 其 动 态 功 耗 相比 基 本 可 以 忽 略 不 计 ， 故 暂 不 考 虑 。 其 动 态 功 耗 计 算 公 式 为 ： Pd=CTV2f 式 中 ， Pd-CMOS 芯 片 的 动 态 功 耗 C

25、T-CMOS 芯 片 的 负 载 电 容 V-CMOS 芯 片 的 工 作 电 压 f-CMOS 芯 片 的 工 作 频 率 由 上 式 可 知 ， CMOS 电 路 中 的 功 率 消 耗 是 与 电 路 的 开 关 频 率 呈 线 性 关 系 ， 与 供 电 电 压呈 二 次 平 方 关 系 。 对 于 一 颗 CPU 来 讲 ， Vcore 电 压 越 高 ， 时 钟 频 率 越 快 ， 则 功 率 消 耗 越大 。 所 以 ， 在 能 够 满 足 功 能 正 常 的 前 提 下 ， 尽 可 能 选 择 低 电 压 工 作 的 CPU 能 够 在 总 体功 耗 方 面 得 到 较 好 的

26、 效 果 。 对 于 已 经 选 定 的 CPU 来 讲 ， 降 低 供 电 电 压 和 工 作 频 率 ， 也是 一 条 节 省 功 率 的 可 行 之 路 。 b、 总 线 宽 度 我 们 还 经 常 陷 入 一 个 误 区 ， 即 ： CPU 外 部 总 线 宽 度 越 宽 越 好 。 如 果 我 们 仅 仅 从 数 据传 输 速 度 上 来 讲 ， 也 许 这 个 观 点 是 对 的 ， 但 如 果 在 一 个 对 功 耗 相 当 敏 感 的 设 计 来 说 ， 这个 观 点 就 不 一 定 正 确 了 。 同 样 引 用 公 式 Pd=CTV2f ， 对 于 每 一 条 线 （ 地

27、址 等 数 据 线 ） 而 言 ， 都 会 面 临 这 样 的功 率 消 耗 ， 显 而 易 见 ， 当 总 线 宽 度 越 宽 的 时 候 ， 功 耗 自 然 越 大 。 每 条 线 路 的 容 性 负 载 都不 太 一 样 ， 但 一 般 都 在 4 12PF 之 间 。 接 口 驱 动 电 路 的 低 功 耗 设 计 接 口 电 路 的 低 功 耗 设 计 ， 往 往 是 容 易 被 大 家 所 忽 略 的 一 个 环 节 ， 在 这 个 环 节 里 ， 我们 除 了 考 虑 选 用 静 态 电 流 较 低 的 外 围 芯 片 外 ， 还 应 该 考 虑 以 下 几 个 因 素 ： 上

28、拉 电 阻 /下 拉 电 阻 的 选 取 对 悬 空 脚 的 处 理 Buffer 的 必 要 性 通 常 我 们 习 惯 随 意 地 确 定 一 个 上 拉 电 阻 值 ， 而 没 有 经 过 仔 细 地 计 算 。 现 在 我 们 来 简单 计 算 一 下 ， 如 果 在 一 个 3.3V 的 系 统 里 用 4.7K 为 上 拉 电 阻 ， 当 输 出 为 低 的 时 候 ，第 9 页 共 12 页每 只 脚 上 的 电 流 消 耗 就 为 0.7mA， 如 果 有 10 个 这 样 的 信 号 脚 时 ， 就 会 有 7mA 电 流 消耗 在 这 上 面 。 所 以 我 们 应 该 在

29、 考 虑 在 能 够 正 常 驱 动 后 级 的 情 况 下 （ 即 考 虑 IC 的 VIH或 VIL） ,尽 可 能 选 取 更 大 的 阻 值 。 现 在 很 多 应 用 设 计 中 的 上 拉 电 阻 值 甚 至 高 达 几 百K 。 另 外 ， 当 一 个 信 号 在 多 数 情 况 下 时 为 低 的 时 候 ， 我 们 也 可 以 考 虑 用 下 拉 电 阻 以 节 省功 率 。 CMOS 器件的悬空脚也应该引起我们的重视。因为 CMOS 悬空的输入端的输入阻抗极高，很可能感应一些电荷导致器件被高压击穿，而且还会导致输入端信号电平随机变化，导致 CPU 在休眠时不断地被唤醒，从而

30、无法进入休眠状态或其他莫名其妙的故障，所以正确的方法是将未使用到的输入端接到 VCC 或地。 Buffer 有很多功能，如电平转换，增加驱动能力，数据传输的方向控制等等，但如果仅仅基于驱动能力的考虑增加 Buffer 的话，我们就应该慎重考虑了，因为过驱动会导致更多的能量被白白浪费掉。所以我们应该仔细检查芯片的最大输出电流 IOH 和 IOL 是否足以驱动下级 IC，如果可以通过选取合适的前后级芯片来避免 Buffer 的使用，对于能量来讲是一个很大的节约。 动态电源管理（DPM） 所谓动态的电源管理就是在系统运行期间通过对系统的时钟或电压的动态控制来达到节省功率的目的，这种动态控制是与系统的

31、运行状态密切相关的，这个工作往往通过软件来实现。 a、选取不同工作模式 如前所述，系统时钟对于功耗大小有非常明显的影响。所以我们除了着重于满足性能的需求外，还必须考虑如何动态地设置时钟来达到功率的最大程度节约。CPU 内部的各种频率都是通过外部晶振频率经由内部锁相环（PLL）倍频式后产生的。于是，是否可以通过内部寄存器设置各种工作频率的高低成为控制功耗的一个关键因素。现在很多 CPU 都有多种工作模式，我们可以通过控制 CPU 进入不同的模式来达到省电的目的。 b、 关 闭 不 需 要 的 外 设 控 制 器 一 般 来 讲 ， CPU 都 提 供 各 种 各 样 的 接 口 控 制 器 ，

32、如I2C、 I2S、 LCD、 Flash、 Timer、 UART、 SPI、 USB 等 等 ， 但 这 些 控 制 器 在 一 个 设 计 里一 般 不 会 全 部 都 用 到 ， 所 以 我 们 对 于 这 些 不 用 的 控 制 器 往 往 任 其 处 于 各 种 状 态 而 不 用 花心 思 去 管 。 但 是 ， 当 你 想 尽 可 能 节 省 功 耗 的 情 况 下 ， 则 必 须 关 注 它 们 的 状 态 ， 因 为 如 果不 将 其 关 闭 ， 即 使 它 们 没 有 处 于 工 作 状 态 ， 但 是 仍 然 会 消 耗 电 流 。 以 PIC16F690 来 讲 ：第

33、 10 页 共 12 页从 上 表 我 们 可 以 看 到 ， 通 过 设 置 寄 存 器 我 们 可 以 有 选 择 地 关 闭 不 需 要 的 功 能 模 块 ，以 达 到 节 省 电 的 目 的 ， 比 如 在 我 们 的 实 际 应 用 中 ， I2C、 比 较 器 和 SPI 都 没 有 用 到 ，通 过 相 关 寄 存 器 的 设 置 ， 我 们 可 以 节 省 2mA 的 电 流 。 当 然 ， 也 可 以 动 态 关 闭 一 些 仍 然需 要 的 外 设 控 制 器 来 进 一 步 节 省 能 量 。 如 在 空 闲 模 式 下 ， CPU 内 核 停 止 运 行 ， 我 们

34、还可 以 进 一 步 关 闭 一 些 其 他 的 外 设 控 制 器 ， 如 USB,SDI,FLASH 等 ， 只 要 保 证 唤 醒 CPU的 I/O 控 制 器 正 常 工 作 即 可 ,如 通 过 UART 唤 醒 ， 则 UART 控 制 器 不 能 被 关 闭 。 等 到CPU 被 唤 醒 后 ， 再 将 USB、 SDI、 Flash 等 控 制 器 再 打 开 。 上 面 两 种 方 式 只 是 动 态 电 源 管 理 的 最 为 简 单 的 实 现 。 在 这 两 种 方 式 中 ， 一 种 是 通 过改 变 了 系 统 的 时 钟 频 率 ， 另 一 种 是 通 过 控 制

35、 外 设 控 制 器 的 开 关 来 达 到 节 约 能 量 的 目 的 。2 直 读 水 表 技 术 实 现 ：字 轮 上 特 定 位 置 的 特 定 编 码 ， 通 过 光 电 管 的 发 射 和 接 收 判 断 字 轮 所 处 的 位 置 ， 译 码字 轮 值 传 入 CPU 内 部 ， 完 美 实 现 了 从 机 械 部 件 到 电 子 部 件 的 转 换 。 这 样 不 消 耗 电 能 情 况下 ， 依 靠 自 身 的 机 械 部 件 也 能 正 常 计 数 ， 极 大 提 高 可 靠 性 ， 减 少 能 源 消 耗 。3 短 路 保 护 技 术 ：在 锂 电 池 组 的 专 用 集

36、 成 保 护 芯 片 都 只 采 取 过 充 电 、 过 放 电 和 过 电 流 保 护 ,然 而 因一 些 意 外 导 致 的 电 池 组 短 路 现 象 还 是 存 在 。 短 路 造 成 的 回 路 电 流 一 般 在 额 定 工 作 电 流 的10 倍 以 上 ,而 过 电 流 保 护 需 要 延 迟 约 几 十 毫 秒 ,直 接 短 路 导 致 的 数 十 倍 额 定 电 流 在 几 十毫 秒 内 也 会 对 电 池 组 的 性 能 产 生 影 响 。 现 有 的 保 护 方 式 有 PPTC 法 ,该 方 法 是 通 过 电 流产 生 的 热 切 断 回 路 ,也 需 要 毫 秒

37、级 的 反 应 时 间 ,同 时 增 加 了 回 路 中 的 阻 抗 。 也 有 专 用 于电 池 组 的 短 路 集 成 芯 片 ,此 芯 片 应 用 范 围 窄 、 成 本 高 。如下图所示为锂电池的短路保护电路：Q1Q2R1R2R3C1RT1BAT+BAT-P+P-图 5 短路保护电路当正常工作时, MOSFET 管 Q2 因 R1 上拉导通, P - 端和 BAT - 端的压差很小,而且电阻R2 和 R3 的阻值很大 ,所以流过电阻 R2 和 R3 的电流几乎为零,短路保护 MOSFET 管 Q1 不工第 11 页 共 12 页作。当发生短路现象时, P + 和 P - 之间的压差突然

38、变小,P- 和 BAT - 之间的压差突然变大。电阻 R2 和 R3 的分压导致了短路保护 MOSFET 管 Q1 的栅极电压比源栅极要高,短路保护 MOSFET 管 Q1 导通,使 Q2 的栅极电压变低,从而切断,锂离子电池组就停止放电,得到保护。由于 MOSFET 管 Q1 的源栅极的最大压差约为 20 V ,而多组锂离子电池组的总电压大于 20 V。短路时,短路保护 MOSFET 管 Q1 源栅极的电压差将大于 20 V ,从而受损。电阻 R2 和 R3 的作用就是通过分压来保护短路保护 Q1 , R2 和 R3 阻值的调整,要保证短路保护 Q1 能在发生短路现象时源栅极电压大于开启电压。4 组以下的锂离子电池组不需要分压电阻,把 R3 短路、R2 开路即可。电容 C1 的作用是防止电路误动作，RT1 的作用是过流启动保护。4 M-Bus 总 线 协 议 ：国际标准化组织（ISO）于 1978 年提出了 OSI（Open SystemInterconnection，即开放系统互联）7 层参考模型。MBus 总线协议以 ISOOSI 参考模型作为参考，但是只采用了OSI 模型的物理层、数据链路层、网络层和应用层a、物理层物理层的功能是提供一条“非结构位流”传送的物理通道，并为数据链路层提供建立、 维护和解