Інтерфейс 1-Wire. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Комп'ютери

 Коментарі до статті

Що таке 1-Wire?

Однопровідний інтерфейс 1-Wire, розроблений наприкінці 90-х років фірмою Dallas Semiconductor Corp., регламентований розробниками для застосування у трьох основних сферах-додатках:

• прилади у спеціальних корпусах MicroCAN для вирішення проблем ідентифікації, перенесення або перетворення інформації (технологія iButton),
• програмування вбудованої пам'яті інтегральних компонентів,
• системи автоматизації (технологія мереж 1-Wire-мереж).

Якщо перше застосування широко відоме на світовому ринку, і вже давно користується заслуженою популярністю, а друге з успіхом забезпечує можливість легкої перебудови функцій напівпровідникових компонентів з малою кількістю зовнішніх висновків, які виробляє фірма Dallas Semiconductor Corp., то системи автоматизації на базі 1-Wire-шини ще не отримали належного зізнання. Раніше така ситуація визначалася вкрай обмеженим набором компонентів для організації застосувань в області автоматизації. Однак, останнім часом з'являється все більше повідомлень і конкретних прикладів використання 1-Wire-інтерфейсу в різних областях, все більше розробників виявляють інтерес до цієї технології, що пов'язано, перш за все, зі значним розширенням номенклатури однопровідних компонентів.

Тож у чому особливість цього мережевого стандарту? Адже як середовище передачі інформації по однопровідної лінії найчастіше можливе використання звичайного телефонного кабелю і, отже, швидкість обміну у разі не велика. Однак, якщо уважно проаналізувати більшість об'єктів, які потребують автоматизації, то більш ніж для 60% з них гранична швидкість обслуговування в 15,4 Кбіт/сек буде більш ніж задовільною. А інші переваги 1-Wire, такі як:

• просте та оригінальне рішення адресованості абонентів,
• нескладний протокол,
• проста структура лінії зв'язку,
• мале споживання компонентів,
• легка зміна конфігурації мережі,
• значна протяжність ліній зв'язку,
• виняткова дешевизна всієї технології в цілому,

Основні принципи

1-Wire-net є інформаційною мережею, що використовує для здійснення цифрового зв'язку одну лінію даних і один поворотний (або земляний) дріт. Таким чином, для реалізації середовища обміну цієї мережі можуть бути застосовані доступні кабелі, що містять неекрановану кручена пара тієї чи іншої категорії, і навіть звичайний телефонний провід. Такі кабелі при їх прокладці не вимагають наявності якогось спеціального обладнання, а обмеження максимальної довжини однопровідної лінії регламентовано розробниками на рівні 300м.

Основою архітектури 1-Wire-мереж є топологія загальної шини, коли кожне з пристроїв підключено безпосередньо до єдиної магістралі, без будь-яких каскадних з'єднань або розгалужень. При цьому як базова використовується структура мережі з одним провідним або майстром та численними відомими. Хоча існує низка специфічних прийомів організації роботи однопровідних систем як мультимайстра.

Конфігурація будь-якої 1-Wire-мережі може довільно змінюватися в процесі її роботи, не створюючи перешкод для подальшої експлуатації та працездатності всієї системи в цілому, якщо при цих змінах дотримуються основні принципи організації однопровідної шини. Ця можливість досягається завдяки присутності в протоколі 1-Wire-інтерфейсу спеціальної команди пошуку відомих пристроїв (Пошук ПЗУ), що дозволяє швидко визначити нових учасників інформаційного обміну. Стандартна швидкість відпрацювання такої команди становить ~75 вузлів мережі за секунду.

Завдяки наявності у складі будь-якого пристрою, з мережевою версією 1-Wire-інтерфейсу, унікальної індивідуальної адреси (відсутність збігу адрес для приладів, що коли-небудь випускаються Dallas Semiconductor Corp., гарантується самою фірмою-виробником), така мережа має практично необмежений адресний простір. При цьому кожен з однопровідних приладів відразу готовий до використання у складі 1-Wire-мережі, без будь-яких додаткових апаратно-програмних модифікацій. Однопровідні компоненти є напівпроводниковими пристроями, що самотактуються, в основі обміну інформацією між якими, лежить управління зміною тривалості часових інтервалів імпульсних сигналів в однопровідному середовищі та їх вимірювання. Передача сигналів, для 1-Wire-інтерфейсу, асинхронна та напівдуплексна, а вся інформація, що циркулює в мережі, сприймається абонентами або як команди, або як дані. Команди мережі генеруються майстром та забезпечують різні варіанти пошуку та адресації ведених пристроїв, визначають активність на лінії навіть без безпосередньої адресації окремих компонентів, керують обміном даними у мережі тощо.

Стандартна швидкість роботи 1-Wire-мережі, яка становить 15,4 Кбіт/сек, була обрана, по-перше, з урахуванням забезпечення максимальної надійності передачі даних на великі відстані, і, по-друге, з урахуванням швидкодії найбільш поширених типів мікроконтролерів, які переважно повинні використовуватися при реалізації провідних пристроїв однопровідної шини. Це значення швидкості обміну може бути зменшено до будь-якого можливого значення завдяки запровадження примусової затримки між передачею в лінію окремих бітів даних (розтягування тимчасових слотів протоколу). Або збільшено за рахунок переходу на спеціальний прискорений режим обміну (швидкість Overdrive – до 125Кбіт/сек), який допускається для окремих типів однопровідних компонентів на невеликій відстані, якісній, не перевантаженій іншими приладами лінії зв'язку.

При реалізації однопровідного інтерфейсу використовують стандартні КМОП/ТТЛ логічні рівні сигналів, а живлення більшості однопровідних компонентів може здійснюватися від зовнішнього джерела з робочою напругою в діапазоні від 2,8 до 6,0В. Альтернативою застосуванню зовнішнього живлення служить так званий механізм паразитного живлення", дія якого полягає у використанні кожним з провідних компонентів 1-Wire-лінії електричної енергії імпульсів, що передаються по шині даних, яка акумулюється спеціальною, вбудованою в прилад ємністю. Крім того, окремі компоненти однопровідних мереж можуть використовувати режим живлення по шині даних, коли енергія до приймача надходить безпосередньо від майстра по лінії зв'язку, при цьому обмін інформацією мережі примусово припиняється.

Мабуть, особливо привабливою якістю технології 1-Wire є виняткова простота налаштування, налагодження та обслуговування мережі практично будь-якої конфігурації, побудованої за цим стандартом. Справді, для початку роботи достатньо будь-якого персонального комп'ютера, недорогого адаптера 1-Wire-лінії, а також фірмою Dallas Semiconductor Corp, що вільно розповсюджується. Програми iButton Viewer. За наявності цієї невеликої кількості складових контроль та керування мережею практично будь-якої складності, побудованої на базі стандартних однопровідних компонентів, організується буквально протягом кількох хвилин. Програма iButton Viewer, у цьому випадку, дозволяє з максимальним комфортом для розробника ідентифікувати будь-який з провідних однопровідних пристроїв на лінії та перевірити в повному обсязі правильність його функціонування у складі мережі, що конфігурується.

Організація провідних

Окремі види адаптерів, які дозволяють наділити будь-який персональний комп'ютер можливістю обслуговувати як майстер 1-Wire-мережа, випускаються самою фірмою Dallas Semiconductor Corp. До них відносяться адаптери для паралельного порту типу DS1410E, COM-порту типу DS9097E і DS9097U, для USB-порту типу DS9490R. Ці прилади мають різні функціональні можливості та конструктивні особливості, що забезпечує розробнику максимальну свободу вибору під час конструювання. А наявність у користувача невеликих навичок у створенні електронної апаратури дозволяє легко зробити самостійне складання схеми найпростішого адаптера 1-Wire-мережі для комп'ютера з невеликої кількості доступних електронних компонентів.

Часто як ведучий однопровідної шини виступає не комп'ютер, а найпростіший універсальний мікроконтролер. Для організації його поєднання з 1-Wire-мережею використовуються різноманітні програмно-апаратні методи. Від найпростішого, коли програма контролера, що управляє, повністю реалізує протокол 1-Wire-інтерфейсу на одному зі своїх функціональних двонаправлених висновків, пов'язаних з однопровідною лінією, до варіантів, що дозволяють звільнити значні ресурси контролера, завдяки використанню спеціалізованих мікросхем сполучення з 1-Wire-мережею. Такі мікросхеми підключаються до процесора, що відіграє роль провідного однопровідної шини, через периферійні вузли вводу/виводу, що входять до складу будь-якого універсального мікроконтролера. Наприклад, пристрій DS1481 призначений для підключення безпосередньо до функціональних висновків паралельного обміну контролера.

А для організації майстра однопровідної системи на базі мікроконтролерів з 3хвольтовим живленням постачаються пасивні мікросхеми DS1482, що виконують узгодження з рівнями сигналів стандартної 1-Wire-магістралі. Якщо майстер однопровідної лінії повинен бути організований на базі стандартного вузла послідовного інтерфейсу UART мікроконтролера, використовується мікросхема DS2480В, а мікросхема DS2490 адаптує однопровідну лінію для роботи від вбудованого вузла UBS-інтерфейсу. Обидві мікросхеми реалізують так званий програмований механізм активної підтяжки шини даних 1-Wire-магістралі, що забезпечує якісну передачу сигналів у довгих проблемних лініях і збільшення здатності навантаження ведучого за кількістю об'єднаних ним пристроїв. До речі більшість вище згаданих адаптерів для персональних комп'ютерів також побудовані на базі подібних мікросхем. Більше того, враховуючи особливості роботи сучасних операційних середовищ Windows, використання саме цих компонентів, які за своєю суттю є цифровими автоматами, що керуються за послідовним інтерфейсом, забезпечує повномасштабне обслуговування однопровідних ліній у реальному масштабі часу.

При побудові складних закінчених мікропроцесорних систем, що мають дефіцит машинного часу для реалізації 1-Wire-протоколу, найбільш раціональною є ідея про покладання окремого завдання з обслуговування однопровідної лінії на спеціальний вузол замовної або напівзамовної НВІС, для подальшого сполучення такого цифрового автомата через системну магістраль, безпосередньо з основним процесорним вузлом. Фірма Dallas Semiconductor Corp. навіть розробила набір рекомендацій щодо організації подібного вузла під назвою DS1WM, який був реалізований, зокрема фахівцями Xilinx Inc. у вигляді закінченого практичного прикладу для програмованих матриць сімейств Virtex і Spartan. Більш того, і Dallas Semiconductor Corp., яка у тому числі відома як постачальник високошвидкісних контролерів клону MCS51, випускає спеціалізований зв'язковий мікроконтролер DS80C400, який містить вбудований у кристал автомат підтримки 1-Wire-протоколу з можливістю реалізації механізму активної підтяжки.

Досить перспективним є також напрямок, пов'язаний із застосуванням кишенькових комп'ютерів (або PDA (Personal Digital Assistant)) популярних платформ PalmOS, Handspring та WinCE/PocketPC для обслуговування однопровідних компонентів, у тому числі працюючих у складі 1-Wire-мереж. При цьому, для підключення PDA до однопровідної шини застосовують спеціалізовані адаптери послідовного порту, які відрізняються малим споживанням і побудовані на базі схемних рішень, що використовують перераховані вище мікросхеми сполучення з 1-Wire-лінією. Саме такий підхід нині є найбільш раціональним при організації автономних та мобільних 1-Wire-систем.

Проблема підготовки програмного забезпечення для управління майстром лінії при обслуговуванні 1-Wire-мереж також не є нерозв'язною. Фірма Dallas Semiconductor Corp. вільно поширюється професійний програмний пакет розробника iButton TMEX SDK, що є універсальним засобом для професійних програмістів, який значно спрощує процес створення програм обслуговування однопровідних пристроїв, підключених через стандартні типи адаптерів до персональних комп'ютерів, оснащених операційною системою Windows. Він містить комплект налагоджених драйверів та утиліт для реалізації повномасштабного 1-Wire-протоколу. Як середовище взаємодії з розробником пакет iButton TMEX SDK використовує спеціальний стандартизований програмний API-інтерфейс. Крім того, із fttp-сервера кампанії Dallas Semiconductor Corp. вільно доступний ряд прикладів реалізації 1-Wire-протоколу для деяких найбільш популярних видів мікропроцесорів, а також готові бібліотеки функціональних програмних модулів однопровідного інтерфейсу для різних програмних платформ.

Ведені однопровідні компоненти

Відомі однопровідні компоненти, що містять 1-Wire-інтерфейс, випускаються у двох різних видах. Або в корпусах MicroCAN, схожих зовні на металевий дисковий акумулятор, або в звичайних корпусах для монтажу на друковану плату. Футляр MicroCAN порожнистий усередині. Він виконує функцію захисту напівпровідникового кристала однопровідної мікросхеми, що міститься в ньому, який з'єднаний із зовнішнім світом лише через дві, ізольовані один від одного, половинки корпусу, що є по суті контактними майданчиками для підключення однопровідної лінії. У таких "таблеткових" корпусах поставляються, як правило, прилади iButton. Компоненти, які призначені для використання у складі 1-Wire-мереж, упаковуються у пластикові корпуси, які використовуються для виготовлення транзисторів та інтегральних схем. Такий підхід пояснюється тим, що на відміну від iButton пристроїв однопровідні прилади для 1-Wire-мереж часто мають більше двох висновків. Крім висновків, які потрібні для обміну даними по однопровідній магістралі, вони мають додаткові висновки необхідні для забезпечення їх живлення та організації зовнішніх ланцюгів, що зв'язують такі прилади з об'єктами автоматизації, наприклад, датчиками або виконавчими пристроями.

До найбільш простих однопровідних компонентів відносяться крем'яний серійний номер DS2401 (або модифікований варіант цього приладу із зовнішнім живленням DS2411) і електронний ключ DS2405, керований по 1-Wire-інтерфейсу. Перше з цих пристроїв часто використовується як електронна мітка, яка дозволяє ідентифікувати стан, наприклад, механічного перемикача, що комутує лінію даних однопровідного інтерфейсу. За допомогою DS2405 можна дистанційно здійснити найпростіші функції перемикання зовнішнього обладнання, змінюючи стан керованого ключа щодо провідника 1-Wire-магістралі.

Однак, найбільш популярними відомими компонентами, на базі яких реалізована, мабуть, найбільша кількість застосувань, безумовно, є цифрові термометри типу DS18S20 (відоміші під позначенням знятого з виробництва приладу DS1820, який вже не виробляється, але встиг стати міжнародним брендом). Переваги цих цифрових термометрів з точки зору організації магістралі, порівняно з будь-якими іншими інтегральними температурними сенсорами, а також непогані метрологічні характеристики і хороша стійкість до перешкод, виводять їх на перше місце при побудові багатоточкових систем температурного контролю в діапазоні від -55°С до +125° З.

Вони дозволяють не тільки здійснювати безпосередній моніторинг температури в режимі реального часу, але і завдяки наявності вбудованої енергонезалежної пам'яті температурних уставок, можуть забезпечувати пріоритетну сигналізацію в лінію факту виходу контрольованого параметра за межі заданих значень. Також поставляються досконаліші прилади DS18В20, швидкість перетворення, в яких визначається розрядністю результату, що програмується майстром лінії безпосередньо в ході їх обслуговування. Цифровий код, що зчитується з такого термометра, є прямим результатом виміряного значення температури і не потребує додаткових перетворень. А їх некалібрована, але в той же час дешевша версія під позначенням DS1822 є оптимальним рішенням для розробників недорогих багатоточкових систем контролю температурних процесів. Для споживачів, які використовують лише паразитний режим живлення однопровідної лінії, компанія Dallas Semiconductor Corp. випускає економічні двовивідні прилади – DS18S20-PAR, DS18B20-PAR, DS1822-PAR. Російською фірмою Rainbow Technologies отримано сертифікат Держстандарту Росії про затвердження як засоби вимірювання у тому числі однопровідних цифрових термометрів DS1822, DS18B20, DS18S20, DS1920, вироблених фірмою Maxim Integrated Products, Inc., до складу якої входить Dallas Semiconductor Corp. На підтвердження цього є документ про те, що дані типи приладів зареєстровані в Державному реєстрі засобів вимірювань за №23169-02 і допущені до застосування в Російській Федерації.

Чотириканальний однопровідний АЦП типу DS2450 та двоканальний однопровідний лічильник, суміщений з буферною пам'яттю, типу DS2423 дозволяють вирішувати завдання, пов'язані з оцифруванням аналогових та імпульсно-часових сигналів. Перше з цих пристроїв по суті дозволяє проблему обслуговування джерел аналогової інформації у складі 1-Wire-мереж, до яких відноситься більшість датчиків різних фізичних величин, що випускаються в даний час (тиск, вага, напруга, вологість, струм, освітленість, прискорення, та ж температура , але в діапазонах недоступних для реєстрації за допомогою цифрових термометрів і т.д.). Другий прилад може з успіхом обслуговувати багато видів застосовуваних у техніці імпульсних сенсорів (різні оптичні лічильники, сенсори кількості оборотів, вихідний сигнал з витратомірів-вертушок, ємнісні датчики вологості, включені в задають ланцюги керованих генераторів імпульсів, лічильники рівня радіації, інтеграції і т.д.).

Але все-таки найбільш незамінними "цеглинами", що лежать в основі фундаменту однопровідних мереж автоматизації, є універсальні здвоєні транзисторні ключі типу DS2406P (сучасна версія широко відомих приладів DS2407P).

На базі цих пристроїв може бути реалізована маса застосувань, і, насамперед, вузли контролю логічних станів (рівнів) та схеми обслуговування датчиків сухого контакту, а також різноманітні ключові схеми. Таким чином, саме завдяки використанню цих компонентів здійснюється збір дискретної інформації з територіально розосереджених датчиків (моніторів дверей, контакторів положення арматури, будь-яких датчиків, які мають вихід ТАК/НІ, а саме датчики положення, проходу, присутності, пожежної та охоронної сигналізації тощо) .). Подібні ж прилади забезпечують управління перемиканням будь-яких видів силового обладнання, які мають два робочі стани: увімкнено/вимкнено (нагрівачів, кондиціонерів, моторів, вентиляторів, арматурних засувок тощо). Крім того, двонаправлені, індивідуально програмовані висновки DS2406P можуть бути використані для організації повільного послідовного інтерфейсу між локальним мікроконтролером та 1-Wire-мережею. Незважаючи на невисоку швидкість при реалізації подібного способу обміну інформацією по однопровідній мережі, коли один біт даних передається за дві стандартні посилки, таке рішення є прийнятним і досить надійним для великої кількості конкретних застосувань.

Проте самою фірмою Dallas Semiconductor Corp. як стандартний "місток" обміну між будь-якими схемами, побудованими на мікроконтролерах різних типів, і 1-Wire-мережами рекомендується застосування спеціалізованої двопортової статичної пам'яті DS2404. Оскільки до масиву пам'яті цього приладу можливий доступ як з боку однопровідної шини, так і з боку підпорядкованого послідовного інтерфейсу, керованого мікроконтролером, обмін інформацією між провідним мережі і підлеглим інтелектуальним пристроєм, що вирішує локальне завдання, проводиться досить легко. Більше того, завдяки наявності у складі мікросхеми DS2404 додаткового вузла годинника реального часу та календаря, можливе постачання даних, що зберігаються процесором у загальному масиві пам'яті, індивідуальними часовими мітками.

На базі вузла годинника реального часу кристала DS2404 кампанією Dallas Semiconductor Corp. випускається ще два компоненти, дуже корисні для створення однопровідних систем автоматизації. Це пристрої DS2415 та DS2417. Застосовуючи будь-який з цих приладів, можна організувати дешевий годинник/календар з однопровідним мережевим інтерфейсом. Крім того, другий пристрій завдяки наявності в його складі окремого виведення переривання, може також додатково керувати часом перемиканням зовнішнього обладнання або забезпечувати синхронізацію роботи інших пристроїв з процесами, що відбуваються на 1-Wire-лінії.

Значно розширює можливості однопровідних мереж по аналоговому управлінню розосередженим, у тому числі силовим обладнанням цифровий потенціометр DS2890, укомплектований мережним 1-Wire-інтерфейсом. Використовуючи цей прилад можна створювати найрізноманітніші системи віддаленого ненаголошеного управління завдяки можливості плавної зміни аналогового регулюючого сигналу по 256 градаціях.

При всьому різноманітті однопровідних компонентів, очевидно, найбільш універсальним з них є унікальний прилад DS2408. Це індивідуально двонаправлений восьмирозрядний вільно програмований по 1-Wire-шині порт вводу/виводу, який дозволяє реалізувати будь-який інтерфейс між зовнішнім пристроєм довільної модифікації і однопровідною лінією. Цей прилад має двонаправлений висновок зовнішньої синхронізації, що забезпечує апаратне тактування даних, що передаються або приймаються. Використання мікросхеми DS2408 дозволяє забезпечити управління за допомогою 1-Wire-шини: зосередженим двонаправленим введенням/виводом по 8 незалежних каналах, приводом світлодинамічних, рідкокристалічних індикаторів і дисплеїв різних видів, скануванням матричних клавіатур і дискретних датчиків різних типів, а також інтерфейс з різними типами мікроконтролерів, як у послідовній, і у паралельної моді.

Деякі компоненти 1-Wire-мереж містять у своєму складі масив постійної (одноразово заповнюваної користувачем) або енергонезалежної пам'яті того чи іншого обсягу. Це дозволяє зберігати спеціальну службову інформацію, пов'язану із застосуванням конкретного компонента та особливостями його використання (ідентифікатор, територіальне положення, калібрувальні коефіцієнти, розмірність, значення стандартних уставок тощо), безпосередньо у складі однопровідного приладу. Завдяки цьому для організації роботи кожної нової однопровідної мережі не потрібно готувати окреме спеціальне програмне забезпечення, достатньо мати одну стандартну програму, яка переконфігурується залежно від специфіки конкретної системи (звісно, ​​якщо пам'ять всіх компонентів 1-Wire-системи заповнена відповідно до певних, заздалегідь обумовленими правилами). Якщо ж у процесі роботи системи потрібно зберігати додаткові обсяги інформації, у розпорядженні розробника є спеціальні однопровідні прилади, що містять як постійну (DS2502/DS2505/DS2506), так і незалежну (DS2430A/DS2432/DS2433).

Цілий ряд компонентів сімейства iButton у корпусах MicroCAN також може бути використаний у складі 1-Wire-мереж як провідних однопровідних пристроїв, які вирішують специфічні завдання ідентифікації, накопичення, зберігання та перенесення інформації. Наприклад, для реалізації процедури ідентифікації в системах промислової автоматизації зазвичай достатньо застосування поширених електронних міток, що носяться, DS1990A. А багатоточковий температурний моніторинг легко може бути виконаний мережею з декількох приладів DS1921# або інакше пристроїв ТЕРМОХРОН, кожне з яких реєструє температурні значення, виміряні через певні, заздалегідь задані, проміжки часу і зберігає отриману інформацію у власній енергонезалежній пам'яті. температурним магнітофоном”. Для вирішення проблеми перенесення даних, накопичених автономною 1-Wire-системою, до персонального комп'ютера випускаються різноманітні прилади iButton, які в цьому випадку відіграють роль так званих транспортних таблеток. склад своєї конструкції літієвий елемент живлення. Це цілий ряд таблеток" починаючи з DS1992 (1Кбіт) до DS1996 (64Кбіта), і серед них, звичайно, модифікація DS1994 (4Кбіта), що містить додатково вузол годинника реального часу, зручний для генерації часових міток даних, що зберігаються для організації автономних логерів ресурсу.

Крім того, для цих же цілей можуть бути використані прилади з пам'яттю, що електрично стирається типу EEPROM модифікацій DS1971(32байта), DS1973(512байт) і DS1977(32Кбайта). При переміщенні великих масивів інформації транспортну "таблетку" зручно використовувати разом із адаптером USB-порту типу DS9490B, який забезпечує високу швидкість передачі під час обміну даними між пристроєм iButton та персональним комп'ютером. Якщо ж йдеться лише про вирішення завдання накопичення та зберігання даних в 1-Wire-мережі, будь-яка з перерахованих вище транспортних "таблеток" може бути легко включена до складу подібної мережі. При цьому для підключення приладів у корпусах MicroCAN до провідників однопровідної лінії використовують спеціальні клямки типу DS9100 або DS9098P, або простіші затискачі типу DS9094.

З точки зору схемотехнічної реалізації однопровідного інтерфейсу та стійкості роботи на проблемних лініях всі ведені однопровідні компоненти історично відрізняються один від одного, поділяючись при цьому на групи:

1. DS2401, DS2405 – перші прилади з 1-Wire-інтерфейсом у пластикових корпусах, повністю аналогічні за схемотехнікою першим моделям приладів iButton, які були орієнтовані для роботи на коротких шинах (до 1994 року),

2. DS1820, DS2407P, DS2450, DS2404, DS2415, DS2417, DS1920 і т.д. - друга версія, спеціально орієнтована для роботи на довгих лініях (до 2000 року ці компоненти в основному знімаються з виробництва),

3. DS18S20, DS18B20, DS1822, DS2438, DS2406P, DS2409, DS2890, DS1973 і т.д. - третій варіант, більш стійкий до колізій на 1-Wire-магістралі, порівняно з попереднім (з 2000 року),

4. DS2411, DS2408, DS1921 #, DS1977 і т.д. - останній варіант, найбільш вдалою за надійністю схемотехніки 1-Wire-інтерфейсу (з 2003 року).

Лінія зв'язку та топологія

Велику роль при побудові 1-Wire мереж грає виконання однопровідної лінії зв'язку. Як правило, такі лінії мають структуру, що складається з трьох основних провідників: ДАНІ - шина даних, РЕТ - Поворотний або земляний провід, EXT_POWER - зовнішнє живлення як обслуговуваних ведених пристроїв, а й зовнішніх щодо них ланцюгів датчиків і органів управління. Залежно від способу прокладки, сполучення з веденими пристроями і матеріалів, що використовуються при прокладці, відповідно до нижче наступної Таблиці розрізняють три основні варіанти якості організації 1-Wire-мереж, кожен з яких передбачає використання особливої ​​технології та аксесуарів при реалізації лінії.

Класифікація лінії	Довжина лінії	Кількість ведених пристроїв	Тип використовуваного кабелю	топологія	Майстер лінії
Короткі лінії	До 30м	До 50шт.	4-х провідний телефонний	вільна	Пасивна підтяжка (резистор)
Середні лінії	До 100м	До 200шт.	Віта пара 5 категорії	Загальна шина	Активна підтяжка (DS2480, DS2490 або спеціальне схемне рішення)
Довгі лінії	До 300м	До 300шт.	IEEE1394 (Firewire)	Загальна шина з єдиним стволом	Активна підтяжка з урахуванням струму в лінії

Часто при організації складних однопровідних мереж, з метою зручності проведення лінії зв'язку, зменшення її протяжності або зниження електричного навантаження на лінії завдяки зменшенню пристроїв, що одночасно працюють на ній, необхідно забезпечити деревоподібну або променеву структуру магістралі, що значно відрізняється від структури загальної шини. Для цього використовують розгалуження 1-Wire-мереж одного або декількох рівнів. Основним елементом при побудові таких гілок є або звичайний ключ типу DS2406, що адресується, який забезпечує розгалуження завдяки комутації зворотного проводу однопровідної лінії, або спеціалізований розгалужувач DS2409, що комутує безпосередньо шину даних 1-Wire-лінії. Останній варіант є кращим т.к. компоненти на відключеній гілки, веденій гілкою, залишаються завжди в активному стані. Почергове обслуговування майстром мережі кожної з гілок, при відключених решти гілок, дозволяє значно збільшити загальну довжину лінії та кількість ведених пристроїв на ній.

Якщо ж організація 1-Wire-системи на базі персонального комп'ютера пов'язана з особливими труднощами, найбільше оптимально використання інтелектуального адаптера для COM-порту типу LINK. Він реалізований з урахуванням мікропроцесора. При цьому, пристрій, повністю емулюючи з боку послідовного порту роботу популярного адаптера DS9097U, виробництва Dallas Semiconductor Corp., і таким чином підтримуючи все розроблене раніше для персональних комп'ютерів програмне забезпечення завдяки вбудованим власним інтелектуальним ресурсам реалізує пільговий режим роботи однопровідних приладів на проблемних 1- Wire-лініях в умовах складної завадової обстановки. LINK багаторазово покращує механізм активної підтяжки на лінії, що дозволяє дійсно отримувати ідеальні сигнали обміну при довжинах кабелю більше 300 метрів і числі однопровідних компонентів, що супроводжуються більше 100шт, а використання процесором приладу алгоритмів цифрової фільтрації багаторазово покращує стійкість обслуговуваної однопровідної лінії до електромагнітних перешкод.

Застосування

Про визнання однопровідної шини як міжнародний стандарт і серйозність ставлення до цього інтерфейсу з боку маститих розробників та виробників електроніки говорять численні факти. Наприклад, немає практично жодного універсального мікроконтролера, у літературі щодо застосування якого обговорювалися методи організації з його основі майстра однопровідної лінії.

Найбільш послідовно відстоює лінію на використання технології 1-Wire-мереж в галузі автоматизації американська фірма Embedded Data Systems, LLC (приймачка PointSix, Inc.). Можна сказати, що ця кампанія зробила собі ім'я на впровадження та пропаганду досягнень однопровідної шини в галузі автоматизації. І це, незважаючи на те, що основною сферою її діяльності є не автоматизація оранжерей і не створення систем пожежної сигналізації, а розробка засобів та систем для обслуговування високотехнологічних галузей машинобудування та хімічної промисловості, і навіть створення унікального експериментального та наукового обладнання. Підтвердженням цього є найширший спектр продукції, що випускається фірмою (різноманітні зонди для виміру високих і низьких температур, датчики вологості, тиску та кислотності з особливими функціями, спеціальні оптичні сенсори, плати збору інформації, пристрої поєднання з різним аналітичним обладнанням та багато іншого). кожен із приладів містить елементи однопровідної технології.

До перспективних прикладів у галузі застосування 1-Wire-технології для автоматизації, безперечно, можна віднести діяльність таких відомих світових виробників як SYSTRONIX або AAG Electronica. LLC.

Лінійки закінчених інструментальних засобів, а також численні приклади їх використання, і високий рейтинг продажів виробів, що поставляються, дозволяють говорити про успішність і затребуваність концепції однопровідної шини застосовуваної цими фірмами для вирішення найрізноманітніших проблем розподіленої автоматизації.

Іншим прикладом, що наочно демонструє на практиці можливості технології однопровідної шини, є проект побудови автоматичних метеорологічних станцій (1-Wire Weather Station), який розроблявся спільно фірмами PointSix, Inc., AAG Electronica LLC, Dallas Semiconductor Corp. та Texas Weather Instruments, Inc. Спочатку (ще в середині 90-х років) було створено кілька експериментальних систем, побудованих на базі провідного персонального комп'ютера з адаптером DS9097U, який є серцем комплексу, з трьох термометрів DS18S20, що виконують контроль температури, мікросхеми DS2438 для обслуговування датчика вологості повітря, компонента DS2423 для визначення швидкості вітру та 16-ти електронних міток DS2401, що визначають його напрямок.

Ці перші метеосистеми були встановлені та успішно випробувані в процесі тривалої експлуатації у штаті Техас. Причому окремі комплектувалися додатковими однопровідними рішеннями, які забезпечували контроль сигналів від датчиків: барометричного тиску, розрядів блискавки, кількості опадів лежить на поверхні, сонячної активності, вологості грунту тощо. Дані з усіх сенсорів, що реєструються кожною з подібних систем, надходили в персональний комп'ютер і через Інтернет транслювалися в режимі реального часу на центральний операторський пульт, де виконувався прийом та архівація даних про погоду регіону, який отримується завдяки аналізу інформації від кількох територіально розосереджених станцій. Після успішного завершення проекту Texas Weather Instruments Inc. вже протягом кількох років успішно торгує готовими повністю автоматичними метеостанціями, що не потребують обслуговування людиною. Причому популярність таких пристроїв настільки велика по всьому світу, що фірма Dallas Semiconductor Corp. була змушена розпочати виробництво спеціалізованого набору мікросхем WS-1, який включає комплект однопровідних компонентів, мінімально необхідний для побудови такої станції. А повну комплектацію подібних систем для численних користувачів з усього світу, включаючи плати для самостійного збирання, сертифіковані механічні та конструкційні елементи виконує фірма AAG Electronica LLC.

Досить перспективною областю, в якій повною мірою використовуються переваги технології 1-Wire-мереж, і якій особливо багато уваги приділяє кампанія Dallas Semiconductor Corp. є менеджментом автономних хімічних джерел струму - акумуляторних батарей. Під менеджментом тут розуміється, насамперед, сувора та повна ідентифікація джерел енергії, збереження в пам'яті кожного окремого вбудованого в батарею електронного пристрою особливостей її виготовлення та індивідуальних технічних характеристик, найбільш повний моніторинг їх основних експлуатаційних параметрів протягом усього терміну служби, а також формування коректного керуючого впливу, пов'язаного з відновленням заряду автономного джерела енергії, що обслуговується.

Від правильного менеджменту та знання історії експлуатації батареї багато в чому залежить вибір алгоритму її повторного заряду, що безпосередньо з ефективністю використання та терміном служби багатьох типів акумуляторів. Для цього кожна батарея багатоелементних енергетичних конструкцій (особливо для мобільних пристроїв та засобів безперебійного живлення) забезпечується індивідуальним однопровідним компонентом, перетворюючись по суті на інтелектуальний системний елемент автономного живлення. Цілий ряд мікросхем, що випускаються фірмою, пов'язаний із цим напрямком. Dallas Semiconductor Corp. сьогодні домінує над ринком інтелектуальних систем обслуговування автономних джерел харчування, сповідуючи у своїй новий комплексний мережевий підхід до проблеми менеджменту енергетичних елементів. При цьому, використовуються 1-Wire-рішення, що дозволяють організувати багатоточкову шину обслуговування пристроїв менеджменту та управління зарядом, що дає можливість супроводжувати не лише окремі джерела енергії, але й цілі батареї, складені з багатьох окремих подібних елементів. Більш того, подібні пристрої здатні забезпечити не тільки ідентифікацію або найпростіший температурний контроль акумуляторів, але й повномасштабний моніторинг основних параметрів (напруга, струм, розряд, контроль короткого замикання і т.д.) протягом усього часу експлуатації. Результати, накопичені такими приладами, зберігаються у вбудованій енергонезалежній пам'яті або у вигляді гістограми (DS2436), або у вигляді масиву послідовних "відліків прив'язаних" до тимчасових міток (DS2438).

Наразі кампанія Dallas Semiconductor Corp. випускає цілий ряд прецизійних кристалів для моніторингу, менеджменту, захисту та управління відновленням заряду автономних джерел живлення різних типів і призначень (DS2720, DS2740, DS2751, DS2770 і т.д.). До них, у тому числі, належать кристали сімейства DS276#, які на відміну від інших модифікацій подібних пристроїв, що вимагають зовнішньої обв'язки з використанням прецизійних та стабільних пасивних компонентів, забезпечують більш високу точність при контролі струму, що витрачається контрольованою батареєю. Це досягається, в тому числі, за рахунок вбудованої резистивної каліброваної схеми (шунта), виконаної за спеціальною напівпровідниковою технологією, а також завдяки наявності в складі подібних приладів спеціального апаратно-програмного механізму попереднього калібрування.

Обмеження та сполучення з промисловими мережами

Безумовно, 1-Wire-мережі мають свою нішу для застосування під час побудови систем автоматизації. Безглуздо всерйоз використовувати їх для передачі великих масивів інформації, при побудові, наприклад, систем відеоспостереження або швидкісного обміну, пов'язаних з обслуговуванням швидких процесів, або порівнювати можливості однопровідних мереж з такими потужними мережевими промисловими інтерфейсами, як ProfiBus, FeldBus, LonWorks, CAN, Industrial Internet і т.д. Можна навіть сформулювати основні на сьогоднішній день обмеження для застосування систем на базі однопровідних 1-Wire-мереж в області автоматизації:

• необхідність безперервної тимчасової синхронізації або синхронної роботи окремих пристроїв у мережі (ця проблема може бути вирішена введенням у структуру шини мережі додаткової лінії передачі сигналу загальної синхронізації)
• низька швидкість обміну інформацією, і як наслідок неможливість високої динаміки при обслуговуванні швидких процесів у режимі реального часу (якщо контрольований швидкий процес є відносно нетривалим, локальний мікроконтролер у складі однопровідної шини може обслужити його, зберігши результуючі дані в буферній пам'яті, а потім вже здійснити їх передачу безпосередньо до майстра)
• складність у реалізації мультимайстерного режиму роботи мережі (спеціалізований розгалужувач 1-Wire-мереж DS2409 вирішує проблему конфліктів між кількома провідними на одній однопровідній шині).

Як видно із зауважень наведених у дужках, навіть ці очевидні для 1-Wire-мереж, труднощі не є непереборними. Більше того, існують підходи, що дозволяють органічно інтегрувати повільні однопровідні територіально розосереджені структури до складу таких продуктивних мереж, як CAN та Industrial Internet. Це можливо завдяки застосуванню спеціальних апаратно-програмних рішень, що реалізуються на базі сучасних мікроконтролерів, а також унікального інструменту кампанії Dallas Semiconductor Corp. - пристрої TINI (Tiny InterNet Interface).

TINI400 - це ціла мікросистема, основою якої є центральний процесор, реалізований на високопродуктивному мережевому мікроконтролері DS80С400, який об'єднує ресурси цілого ряду найбільш поширених мережевих інтерфейсів, як-то: RS232, 1-Wire, CAN 2.0B, Ether паралельної шістнадцятирозрядної синхронної магістралі, а також автономних вузлів для організації стандартних локальних послідовних інтерфейсів I2C та SPI. Крім того, плата TINI400 містить 1Мбайт програмної Flash-пам'яті, 1Мбайт статичного ОЗУ, вузол годинника реального часу, літієву батарею і кремнієвий ідентифікаційний номер. Працює TINI400 під управлінням потужного операційного середовища, яке включає підтримку TCP/IP і віртуальної машини Java, яка ретельно відпрацьована і випробувана ще на моделі TINI попереднього покоління - платі TINI390. Останнє визначається тим, що технологія програмної підтримки для TINI390 протягом кількох років розвивалася фахівцями Dallas Semiconductor Corp. спільно зі співробітниками компанії Sun Microsystems, Inc., будучи повністю відкритим проектом. Такий підхід дозволив мати максимально ефективний зворотний зв'язок із кінцевими користувачами, що допомогло виявити та усунути більшість недоліків програмного забезпечення. І зараз на сайті Dallas Semiconductor Corp. можна знайти всю необхідну документацію та засоби розробки програмного забезпечення, що значно полегшує побудову на базі пристрою TINI локальних однопровідних систем віддаленого контролю та управління, що поєднують переваги швидких та продуктивних, але дорогих та повільних, але дешевих та ефективних інтерфейсів.

У висновку необхідно ще раз відзначити безумовну ефективність та раціональність використання технології 1-Wire при побудові систем автоматизації контролю та управління для різноманітного розосередженого обладнання, коли не потрібна висока швидкість при обслуговуванні, але необхідна суттєва гнучкість та нарощування при не високих витратах на реалізацію.

Публікація: cxem.net

Дивіться інші статті розділу Комп'ютери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Біорозкладний пластир 26.10.2020 Дослідники з Університету Тампере у Фінляндії розробили біорозкладний, прозорий, гнучкий та швидкодіючий терапевтичний пластир із листя фікуса священного. Фахівці прикріпили нанопроводи до скелета листа, а поверхню уклали в прозору стрічку, що біорозкладається. В ортопедії термотерапія використовується зменшення болю, поліпшення кровообігу і зменшення запалення. Також її застосовують при лікуванні артриту, ригідності суглобів, шийного спондильозу та травмах. Традиційні термопластирі часто призводять до опіків, тому що робляться з непрозорих матеріалів і людина не може відстежити реакцію шкіри. Новий пластир створено з урахуванням рослинних компонентів.

Інші цікаві новини:

▪ Модульний ноутбук Framework Laptop

▪ Комплект розробки інтерфейсу камери

▪ Фрактальні антени для розумного одягу

▪ Стрес псує кістки

▪ Ультрабюджетний смартфон Infinix Smart 7 HD

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Відеотехніка. Добірка статей

▪ стаття Швидке нагрівання води в лазні. Поради домашньому майстру

▪ стаття У якого метелика прозорі крила? Детальна відповідь

▪ стаття Випускаючий оператор ефіру. Посадова інструкція

▪ стаття Таймер-вимикач електричного обігрівача Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Вхід високого рівня від автомагнітоли до підсилювача. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024