在設(shè)計(jì)電表時(shí)，通信通常是最后考慮的事情。當(dāng)今的電表必須捕獲越來越多的信息，并自動(dòng)將使用信息從電表傳送到公用事業(yè)。這是MAXQ3120電表參考設(shè)計(jì)中通信子系統(tǒng)的工作。

為什么要溝通？

在設(shè)計(jì)電表時(shí)，通信通常是最后考慮的事情。傳統(tǒng)電表以舊的被動(dòng)方式傳達(dá)用電情況：抄表器定期去電表上讀取。但如今的電表必須捕獲越來越多的信息。期望訓(xùn)練有素的人員以可接受的精度從每個(gè)儀表手動(dòng)收集許多數(shù)據(jù)點(diǎn)已不再合理。相反，某些機(jī)制必須自動(dòng)將使用信息從儀表傳送到公用事業(yè)。這是MAXQ3120電表參考設(shè)計(jì)中通信子系統(tǒng)的工作。

兩個(gè)通道

MAXQ3120電表參考設(shè)計(jì)包括兩個(gè)通信通道：一個(gè)用于與手持終端通信的紅外（IR）通道，以及一個(gè)完全隔離的多點(diǎn)RS-485通道。

雖然兩個(gè)通道共享相同的協(xié)議，但通道的操作細(xì)節(jié)略有不同。紅外通道始終是點(diǎn)對點(diǎn)的;手持終端一次僅與一米通信。由于終端一次不能訪問多個(gè)電表，因此電表單方面響應(yīng)廣播消息是可以接受的。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這種類型的操作會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的數(shù)據(jù)沖突。

RS-485通道的行為不同。由于網(wǎng)絡(luò)上可能有許多計(jì)量器（盡管永遠(yuǎn)不會(huì)超過一個(gè)主機(jī)），因此任何計(jì)量器都不能傳輸數(shù)據(jù)包以響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)廣播。此外，在主機(jī)消息之后，在主機(jī)收發(fā)器準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)之前可能會(huì)有一段時(shí)間延遲。因此，電表響應(yīng)前的傳輸延遲是防止數(shù)據(jù)丟失的謹(jǐn)慎措施。

常見通信元素

無論通道如何，通信協(xié)議都會(huì)共享一些公共元素。首先，鏈路特性是相同的：通道以每秒1，200位的速度異步運(yùn)行，具有一個(gè)停止位，甚至奇偶校驗(yàn)。其次，鏈路協(xié)議是相同的，如圖 1 所示。最后，兩個(gè)通道上的命令具有相同的含義：在IR通道上發(fā)送的命令在RS-485通道上發(fā)送時(shí)將具有相同的效果。

圖1.通信協(xié)議圖示。

數(shù)據(jù)包具有以下結(jié)構(gòu)：

開始標(biāo)志：一個(gè)字節(jié)，0x68。

儀表地址：六個(gè)字節(jié)，可變。網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)計(jì)量都有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。相比之下，主機(jī)（運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的PC或手持終端）沒有地址;它啟動(dòng)所有通信，并且是從測量儀發(fā)送的所有消息的目標(biāo)。因此，地址字段充當(dāng)從主機(jī)到測量儀的消息的目標(biāo)地址，以及從測量儀發(fā)送到主機(jī)的消息的源地址。地址 99 99 99 99 99 保留為廣播地址。

分隔符：一個(gè)字節(jié)，0x68。

命令字節(jié)：一個(gè)字節(jié)，格式如下：

命令字節(jié)中的字段包括：

方向位：清除數(shù)據(jù)包從主機(jī)發(fā)送到測量儀的時(shí)間，并設(shè)置數(shù)據(jù)包從測量儀發(fā)送到主機(jī)的時(shí)間。

錯(cuò)誤位：表示測量儀在來自主機(jī)的消息中檢測到某些錯(cuò)誤。

更多位：表示計(jì)量響應(yīng)對于單個(gè)消息來說太長，并且已分段為多個(gè)消息。

一個(gè)函數(shù)字段：

0x01：讀取功能，指示主機(jī)希望從儀表讀取一些寄存器值。

0x02：讀取下一部分功能，表示主機(jī)收到多部分消息指示，想要讀取下一部分。

0x03：重讀功能，指示主機(jī)未正確接收上一個(gè)消息段，并希望重新發(fā)送該段。

0x04：寫入功能。主機(jī)希望將值存儲(chǔ)到電表的寄存器中。數(shù)據(jù)包括雙字節(jié)寄存器地址和可變長度數(shù)據(jù)。

0x08：同步功能。數(shù)據(jù)字段包含時(shí)間和日期。如果測量儀的內(nèi)部時(shí)鐘與消息中給出的時(shí)間和日期相差不到十分鐘，則內(nèi)部時(shí)鐘將調(diào)整為給定時(shí)間。否則，時(shí)間不會(huì)更改，并返回錯(cuò)誤。

0x0A：設(shè)置網(wǎng)絡(luò)地址功能。這始終是廣播消息。數(shù)據(jù)字段包含一個(gè)六字節(jié)地址，指定計(jì)量器將接受該地址作為其網(wǎng)絡(luò)地址。激活測量儀的設(shè)置地址按鈕表示它接受該地址。

0x0C：更改波特率命令。波特率僅更改為一筆交易的給定波特率，之后波特率恢復(fù)為 1，200 個(gè)基點(diǎn)。

0x0F：更改密碼命令。數(shù)據(jù)字段包含八個(gè)字節(jié)，包括：（1） 超級用戶密碼指示符（通常為零）;（2）超級用戶密碼;（3）密碼指示符要更改;（4） 新密碼。

0x10：清除最大需求命令。當(dāng)計(jì)量器收到此命令時(shí)，它會(huì)清除與報(bào)告整個(gè)月中多個(gè)類別中每個(gè)類別的最大需求相關(guān)聯(lián)的所有寄存器。

長度指示符：1字節(jié)。這是消息的整個(gè)長度，從開始標(biāo)志到結(jié)束標(biāo)志。

數(shù)據(jù)：長度可變。

校驗(yàn)和：一個(gè)字節(jié)。這是消息中從開始標(biāo)志到數(shù)據(jù)末尾的所有字節(jié)的模 256 總和。

結(jié)束標(biāo)志：一個(gè)字節(jié)，0x16。

紅外通道操作細(xì)節(jié)

IR 通道根據(jù)簡單的音調(diào)調(diào)制技術(shù)工作。“0”位由以850kHz調(diào)制的38nm IR輻射光束表示，“1”位表示為沒有這種光束。下圖（圖 2）顯示了字符“A”（0x41） 的傳輸方式：

圖2.紅外通道音調(diào)調(diào)制技術(shù)圖示。

MAXQ3120CPU中的調(diào)制器簡化了該物理通道的傳輸，該調(diào)制器將一個(gè)定時(shí)器通道和一個(gè)UART通道的輸出組合在一起。解調(diào)由外部集成紅外接收器執(zhí)行（圖 3）。

圖3.外部集成紅外接收器執(zhí)行解調(diào)。

RS-485 操作細(xì)節(jié)

RS-485通道有兩個(gè)特定要求，使其比IR通道更復(fù)雜：RS-485通道是嚴(yán)格的半雙工，并且必須與線路進(jìn)行電氣隔離。第一個(gè)要求是使用Maxim的半雙工收發(fā)器來滿足。第二個(gè)要求是使用廉價(jià)的光耦合器執(zhí)行電氣隔離。參見圖 4。

圖4.RS-485通信通過使用半雙工收發(fā)器和廉價(jià)的光耦合器來實(shí)現(xiàn)。

審核編輯：郭婷