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利用 VOM452T 和 STM32F446RE 实现热量表和其他类型的消耗表的远程读取

掌握 M-Bus 网络从未如此简单!

M-Bus Master Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

M-Bus Master Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

该解决方案旨在满足新的欧洲远程抄表标准的要求,使其成为现代能源管理系统中不可或缺的工具。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

M-Bus Master Click基于Vishay半导体的VOM452,这是一款模拟、高速、高抗干扰、1 MBd光耦合器。热量表的远程读数可以通过不同的方式进行。除了远程读数外,整个各种表的集合也可以通过M-Bus进行远程控制,使其成为一个完整的住宅解决方案。后者是消耗表技术发展的逻辑延伸和扩展,借助M-Bus Click可以实现。为了在传输介质的成本较低的情况下实现庞大的总线网络,使用了两根导线电缆以及串行数据传输。为了允许对从设备的远程供电,总线上的位的表示如下所示。从主设备到从设备的位传输是通过电压级别转换来完成的。逻辑“1”(标记)对应于主设备的输出(中继器)上的额定电压+36 V;当发送逻

辑“0”(空间)时,中继器将总线电压降低12 V到其输出的额定+24 V。从从设备到主设备的方向传输的位通过调制从设备的电流消耗来编码。逻辑“1”由高达1.5 mA的恒定(相对于电压、温度和时间)电流表示,逻辑“0”(空间)由从设备的额外11-20 mA的增加电流消耗表示。标记状态电流可以用于为接口和可能的表或传感器本身供电。如上所述,M-Bus标准具有预定义的电压级别和工作原理。为了实现这一点,M-Bus Master Click内置了基于ON Semiconductor的MC33072ADR2G - 单一供电3 - 44 V运算放大器的主节点网络的完整解决方案。除了运算放大器外,该点击板还具有实现完整模拟解决方案所需的所有其

他组件,在其输出上满足M-Bus电压和电流的预定义规格。此Click board™还具有Vishay半导体的VOM452。这些高速光耦合器每个都由一个GaAlAs红外发光二极管、一个集成的光电探测器和一个高速晶体管组成。光电探测器与晶体管之间是结隔离的,以减少米勒电容效应。开漏输出功能允许电路设计人员在与不同逻辑系统(如TTL、CMOS等)进行接口时调整负载条件。所有这些功能提高了整个电路的可靠性,同时实现了电气隔离。M-Bus Master Click通过板载SMD跳线PWR SEL提供了3.3V和5V操作的选择,这使得3.3V和5V的MCU都可以与此Click board™进行接口连接。

M-Bus Master Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

M-Bus Master Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F446RE MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 M-Bus Master Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • mbusmaster_generic_write - 通用写入功能。

  • mbusmaster_generic_read - 通用读取功能。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief MBusMaster Click example
 * 
 * # Description
 * This example reads and processes data from M-Bus Master clicks.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the driver.
 * 
 * ## Application Task  
 * Depending on the selected mode, it reads all the received data or sends the desired message
 * every 2 seconds.
 * 
 * ## Additional Function
 * - mbusmaster_process ( ) - The general process of collecting the received data.
 * 
 * @note 
 * - M-Bus master communication works at 36v.
 * - This click acts only as 'master', therefore it must be connected to appropriate 'slave'.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "mbusmaster.h"

#define PROCESS_RX_BUFFER_SIZE 500

#define TEXT_TO_SEND "MikroE - M-Bus Master click board\r\n"

// #define DEMO_APP_RECEIVER
#define DEMO_APP_TRANSMITTER

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static mbusmaster_t mbusmaster;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------- ADDITIONAL FUNCTIONS

static void mbusmaster_process ( void )
{
    int32_t rsp_size;
    
    char uart_rx_buffer[ PROCESS_RX_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    uint8_t check_buf_cnt;
    
    rsp_size = mbusmaster_generic_read( &mbusmaster, uart_rx_buffer, PROCESS_RX_BUFFER_SIZE );

    if ( rsp_size > 0 )
    {  
        for ( uint8_t cnt = 0; cnt < rsp_size; cnt++ )
        {
            log_printf( &logger, "%c", uart_rx_buffer[ cnt ] );
            if ( uart_rx_buffer[ cnt ] == '\n' )
            {
                log_printf( &logger, "--------------------------------\r\n" );
            }
        }
    }
}

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    mbusmaster_cfg_t cfg;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );
    Delay_ms( 100 );

    //  Click initialization.

    mbusmaster_cfg_setup( &cfg );
    MBUSMASTER_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    mbusmaster_init( &mbusmaster, &cfg );
    Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( void )
{
#ifdef DEMO_APP_RECEIVER
    mbusmaster_process( );
#endif    
    
#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
    mbusmaster_generic_write( &mbusmaster, TEXT_TO_SEND, strlen( TEXT_TO_SEND ) );
    log_info( &logger, "---- Data sent ----" );
    Delay_ms( 2000 );
#endif  
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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