在設計電表時，通信通常是最后考慮的事情。當今的電表必須捕獲越來越多的信息，并自動將使用信息從電表傳送到公用事業。這是MAXQ3120電表參考設計中通信子系統的工作。

為什么要溝通？

在設計電表時，通信通常是最后考慮的事情。傳統電表以舊的被動方式傳達用電情況：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。期望訓練有素的人員以可接受的精度從每個儀表手動收集許多數據點已不再合理。相反，某些機制必須自動將使用信息從儀表傳送到公用事業。這是MAXQ3120電表參考設計中通信子系統的工作。

兩個通道

MAXQ3120電表參考設計包括兩個通信通道：一個用于與手持終端通信的紅外（IR）通道，以及一個完全隔離的多點RS-485通道。

雖然兩個通道共享相同的協議，但通道的操作細節略有不同。紅外通道始終是點對點的;手持終端一次僅與一米通信。由于終端一次不能訪問多個電表，因此電表單方面響應廣播消息是可以接受的。在網絡環境中，這種類型的操作會導致嚴重的數據沖突。

RS-485通道的行為不同。由于網絡上可能有許多計量器（盡管永遠不會超過一個主機），因此任何計量器都不能傳輸數據包以響應網絡廣播。此外，在主機消息之后，在主機收發器準備好接收數據之前可能會有一段時間延遲。因此，電表響應前的傳輸延遲是防止數據丟失的謹慎措施。

常見通信元素

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

圖1.通信協議圖示。

數據包具有以下結構：

開始標志：一個字節，0x68。

儀表地址：六個字節，可變。網絡上的每個計量都有一個唯一的網絡地址。相比之下，主機（運行網絡的PC或手持終端）沒有地址;它啟動所有通信，并且是從測量儀發送的所有消息的目標。因此，地址字段充當從主機到測量儀的消息的目標地址，以及從測量儀發送到主機的消息的源地址。地址 99 99 99 99 99 保留為廣播地址。

分隔符：一個字節，0x68。

命令字節：一個字節，格式如下：

命令字節中的字段包括：

方向位：清除數據包從主機發送到測量儀的時間，并設置數據包從測量儀發送到主機的時間。

錯誤位：表示測量儀在來自主機的消息中檢測到某些錯誤。

更多位：表示計量響應對于單個消息來說太長，并且已分段為多個消息。

一個函數字段：

0x01：讀取功能，指示主機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，指示主機未正確接收上一個消息段，并希望重新發送該段。

0x04：寫入功能。主機希望將值存儲到電表的寄存器中。數據包括雙字節寄存器地址和可變長度數據。

0x08：同步功能。數據字段包含時間和日期。如果測量儀的內部時鐘與消息中給出的時間和日期相差不到十分鐘，則內部時鐘將調整為給定時間。否則，時間不會更改，并返回錯誤。

0x0A：設置網絡地址功能。這始終是廣播消息。數據字段包含一個六字節地址，指定計量器將接受該地址作為其網絡地址。激活測量儀的設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，之后波特率恢復為 1，200 個基點。

0x0F：更改密碼命令。數據字段包含八個字節，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。當計量器收到此命令時，它會清除與報告整個月中多個類別中每個類別的最大需求相關聯的所有寄存器。

長度指示符：1字節。這是消息的整個長度，從開始標志到結束標志。

數據：長度可變。

校驗和：一個字節。這是消息中從開始標志到數據末尾的所有字節的模 256 總和。

結束標志：一個字節，0x16。

紅外通道操作細節

IR 通道根據簡單的音調調制技術工作。“0”位由以850kHz調制的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.紅外通道音調調制技術圖示。

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

圖3.外部集成紅外接收器執行解調。

RS-485 操作細節

RS-485通道有兩個特定要求，使其比IR通道更復雜：RS-485通道是嚴格的半雙工，并且必須與線路進行電氣隔離。第一個要求是使用Maxim的半雙工收發器來滿足。第二個要求是使用廉價的光耦合器執行電氣隔離。參見圖 4。

圖4.RS-485通信通過使用半雙工收發器和廉價的光耦合器來實現。

審核編輯：郭婷