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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK 1-Wire-Schnittstelle. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Computer Was ist 1-Wire? Die Single-Wire-1-Wire-Schnittstelle, die Ende der 90er Jahre von Dallas Semiconductor Corp. entwickelt wurde, wird von Entwicklern für den Einsatz in drei Hauptanwendungsbereichen reguliert:
Wenn die erste Anwendung auf dem Weltmarkt weithin bekannt ist und sich seit langem zu Recht großer Beliebtheit erfreut und die zweite erfolgreich die Möglichkeit bietet, die Funktionen von Halbleiterkomponenten mit einer kleinen Anzahl externer Pins von Dallas Semiconductor Corp. einfach neu anzuordnen, dann Automatisierungssysteme basierend auf einem 1-Wire-Bus haben bisher keine entsprechende Anerkennung erhalten. Bisher war diese Situation durch einen äußerst begrenzten Satz an Komponenten zur Organisation von Anwendungen im Bereich der Automatisierung bestimmt. Allerdings gibt es in letzter Zeit immer mehr Berichte und konkrete Beispiele für den Einsatz der 1-Wire-Schnittstelle in den unterschiedlichsten Bereichen, immer mehr Entwickler zeigen Interesse an dieser Technologie, die vor allem mit einer deutlichen Erweiterung verbunden ist Bereich der Single-Wire-Komponenten. Was ist das Besondere an diesem Netzwerkstandard? Tatsächlich ist es als Medium zur Übertragung von Informationen über eine Eindrahtleitung am häufigsten möglich, ein normales Telefonkabel zu verwenden, und daher ist die Austauschgeschwindigkeit in diesem Fall nicht hoch. Wenn Sie jedoch die meisten Objekte, die eine Automatisierung erfordern, sorgfältig analysieren, wird die maximale Servicegeschwindigkeit von 60 Kbit/s für mehr als 15,4 % von ihnen mehr als zufriedenstellend sein. Und weitere Vorteile von 1-Wire, wie zum Beispiel:
Grundlagen 1-Wire-Net ist ein Informationsnetzwerk, das eine Datenleitung und eine Datenleitung verwendet wiederkehrend (oder irden) das Kabel. Um die Austauschumgebung dieses Netzwerks zu implementieren, können verfügbare Kabel mit ungeschirmten verdrillten Adernpaaren der einen oder anderen Kategorie und sogar gewöhnliche Telefonkabel verwendet werden. Für die Verlegung solcher Kabel sind keine besonderen Geräte erforderlich und die maximale Länge einer Eindrahtleitung wird von den Entwicklern auf 300 m begrenzt. Die Grundlage der Architektur von 1-Wire-Netzwerken ist eine gemeinsame Bustopologie, bei der jedes Gerät direkt mit einem einzelnen Backbone verbunden ist, ohne Kaskadenverbindungen oder Verzweigungen. In diesem Fall ist die Netzwerkstruktur mit einem führen oder Meister und zahlreich Anhänger. Allerdings gibt es eine Reihe spezifischer Techniken, um den Betrieb von Single-Wire-Systemen im Multimaster-Modus zu organisieren. Die Konfiguration jedes 1-Wire-Netzwerks kann während seines Betriebs beliebig geändert werden, ohne den weiteren Betrieb und die Leistung des gesamten Systems als Ganzes zu beeinträchtigen, sofern diese Änderungen den Grundprinzipien der Organisation eines Single-Wire-Busses entsprechen. Diese Funktion wird durch das Vorhandensein eines speziellen Befehls zur Suche nach Slave-Geräten im 1-Wire-Schnittstellenprotokoll erreicht (ROM durchsuchen), wodurch Sie schnell neue Teilnehmer am Informationsaustausch identifizieren können. Die Standardverarbeitungsgeschwindigkeit für einen solchen Befehl beträgt ~75 Netzwerkknoten pro Sekunde.
Aufgrund des Vorhandenseins einer eindeutigen individuellen Adresse in jedem Gerät, das mit einer Netzwerkversion einer 1-Wire-Schnittstelle ausgestattet ist (das Fehlen von Adressübereinstimmungen für Geräte, die jemals von Dallas Semiconductor Corp. hergestellt wurden, wird vom Hersteller selbst garantiert), ist ein solches Netzwerk vorhanden ein nahezu unbegrenzter Adressraum. Gleichzeitig ist jedes der Single-Wire-Geräte ohne weitere Hardware- und Software-Änderungen sofort als Teil eines 1-Wire-Netzwerks einsatzbereit. Eindrahtkomponenten sind selbsttaktende Halbleiterbauelemente. Die Grundlage für den Informationsaustausch zwischen ihnen ist die Steuerung von Änderungen in der Dauer von Zeitintervallen von Impulssignalen in einer Eindrahtumgebung und deren Messung. Die Signalübertragung für die 1-Wire-Schnittstelle erfolgt asynchron und halbduplex, und alle im Netzwerk zirkulierenden Informationen werden von den Teilnehmern entweder als Befehle oder als Daten wahrgenommen. Netzwerkbefehle werden vom Master generiert und bieten verschiedene Möglichkeiten, Slave-Geräte zu suchen und anzusprechen, die Aktivität auf der Leitung auch ohne direkte Ansprache einzelner Komponenten zu ermitteln, den Datenaustausch im Netzwerk zu steuern usw.
Die Standardgeschwindigkeit des 1-Wire-Netzwerks von 15,4 Kbit/s wurde zum einen gewählt, um eine maximale Zuverlässigkeit der Datenübertragung über große Entfernungen zu gewährleisten, und zum anderen unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit der am weitesten verbreiteten Mikrocontrollertypen, die sollte hauptsächlich bei der Implementierung von Single-Wire-Bus-Mastern verwendet werden. Dieser Wert des Wechselkurses kann durch Einführung einer erzwungenen Verzögerung zwischen der Übertragung einzelner Datenbits auf die Leitung (Streckung der Protokollzeitschlitze) auf jeden möglichen Wert reduziert werden. Oder sie wird erhöht, indem in einen speziellen beschleunigten Austauschmodus (Overdrive-Geschwindigkeit – bis zu 125 Kbit/s) umgeschaltet wird, der für bestimmte Arten von Eindrahtkomponenten auf einer hochwertigen Kommunikationsleitung mit kurzer Distanz, die nicht mit anderen überlastet ist, zulässig ist Geräte.
Bei der Implementierung einer Single-Wire-Schnittstelle werden Standard-CMOS/TTL-Logikpegel verwendet und die meisten Single-Wire-Komponenten können von einer externen Quelle mit einer Betriebsspannung im Bereich von 2,8 V bis 6,0 V versorgt werden. Eine Alternative zur Verwendung externer Stromversorgung ist der sogenannte parasitäre Stromversorgungsmechanismus, dessen Wirkung darin besteht, dass jede der Slave-Komponenten der 1-Wire-Leitung über den Datenbus übertragene elektrische Energieimpulse nutzt, die von einer speziellen Kapazität akkumuliert werden im Gerät eingebaut. Darüber hinaus können einzelne Komponenten von Eindrahtnetzen den Datenbus-Stromversorgungsmodus nutzen, bei dem dem Empfänger direkt vom Master über die Kommunikationsleitung Energie zugeführt wird und der Informationsaustausch im Netzwerk zwangsweise gestoppt wird.
Die vielleicht attraktivste Eigenschaft der 1-Wire-Technologie ist die außergewöhnlich einfache Einrichtung, Fehlerbehebung und Wartung eines Netzwerks nahezu jeder Konfiguration, das nach diesem Standard aufgebaut ist. Um loszulegen, benötigen Sie lediglich einen PC, einen kostengünstigen 1-Wire-Leitungsadapter und einen kostenlos erhältlichen Adapter von Dallas Semiconductor Corp. iButton Viewer-Programme. Mit dieser geringen Anzahl an Komponenten lässt sich die Steuerung und Verwaltung eines Netzwerks nahezu beliebiger Komplexität, aufgebaut auf Basis von Standard-Single-Wire-Komponenten, buchstäblich innerhalb weniger Minuten organisieren. Das iButton Viewer-Programm ermöglicht in diesem Fall mit maximalem Komfort für den Entwickler, jedes der Slave-Eindrahtgeräte in der Leitung zu identifizieren und die Richtigkeit seiner Funktion als Teil des konfigurierten Netzwerks vollständig zu überprüfen. Organisation des Führens Bestimmte Arten von Adaptern, mit denen jeder Personalcomputer als 1-Wire-Netzwerkmaster fungieren kann, werden von Dallas Semiconductor Corp. selbst hergestellt. Dazu gehören Adapter für einen Parallelport Typ DS1410E, für einen COM-Port Typ DS9097E und DS9097U, für einen USB-Port Typ DS9490R. Diese Geräte verfügen über unterschiedliche Funktionalitäten und Designmerkmale, was dem Entwickler maximale Gestaltungsfreiheit bietet. Und wenn der Benutzer über ein wenig Geschick im Erstellen elektronischer Geräte verfügt, ist es einfach, aus einer kleinen Anzahl verfügbarer elektronischer Komponenten die Schaltung eines einfachen 1-Wire-Netzwerkadapters für einen Computer selbstständig zusammenzustellen.
Der Master eines Single-Wire-Busses ist oft kein Computer, sondern ein einfacher universeller Mikrocontroller. Um seine Schnittstelle mit einem 1-Wire-Netzwerk zu organisieren, werden verschiedene Software- und Hardwaremethoden verwendet. Von der einfachsten Lösung, bei der das Steuerprogramm des Controllers das 1-Wire-Schnittstellenprotokoll vollständig auf einem seiner funktionalen bidirektionalen Pins implementiert, die mit einer Eindrahtleitung verbunden sind, bis hin zu Optionen, die durch die Verwendung spezieller Chips für die Schnittstelle mit a erhebliche Controller-Ressourcen freisetzen 1-Wire-Netzwerk. Solche Mikroschaltungen sind über periphere Eingangs-/Ausgangsknoten, die Teil jedes universellen Mikrocontrollers sind, mit dem Prozessor verbunden, der die Rolle eines Eindraht-Busmasters spielt. Beispielsweise ist der DS1481 für den direkten Anschluss an die parallelen Kommunikationsfunktionspins des Controllers konzipiert. Und um den Master eines Single-Wire-Systems auf Basis von Mikrocontrollern mit 3-Volt-Stromversorgung zu organisieren, werden passive DS1482-Mikroschaltungen mitgeliefert, die auf die Signalpegel einer Standard-1-Wire-Leitung abgestimmt sind. Wenn der Single-Wire-Line-Master auf Basis eines standardmäßigen seriellen UART-Schnittstellenknotens eines Mikrocontrollers organisiert werden muss, wird der DS2480B-Chip verwendet, und der DS2490-Chip passt die Single-Wire-Leitung für den Betrieb über den integrierten UBS-Schnittstellenknoten an. Beide Mikroschaltungen implementieren den sogenannten programmierbaren Mechanismus zum aktiven Hochziehen des 1-Wire-Datenbusses, der eine qualitativ hochwertige Signalübertragung in langen Problemleitungen gewährleistet und die Belastbarkeit des Masters im Hinblick auf die Anzahl der von ihm bedienten Slave-Geräte erhöht. Übrigens basieren auch die meisten der oben genannten Adapter für Personalcomputer auf der Basis ähnlicher Mikroschaltungen. Unter Berücksichtigung der Besonderheiten moderner Windows-Betriebssysteme ermöglicht der Einsatz dieser besonderen Komponenten, bei denen es sich im Wesentlichen um digitale Maschinen handelt, die über eine serielle Schnittstelle gesteuert werden, einen umfassenden Service für Eindrahtleitungen in Echtzeit. Beim Aufbau komplexer kompletter Mikroprozessorsysteme, bei denen die Rechenzeit für die Implementierung des 1-Wire-Protokolls knapp ist, besteht die rationalste Idee darin, einer speziellen Einheit eines kundenspezifischen oder halbkundenspezifischen VLSI eine separate Aufgabe zur Wartung einer Einzeldrahtleitung zuzuweisen , für die anschließende Anbindung einer solchen digitalen Maschine über das System-Backbone direkt an den Hauptprozessorknoten. Dallas Semiconductor Corp. hat sogar eine Reihe von Empfehlungen für die Organisation eines solchen Knotens namens DS1WM entwickelt, die unter anderem von den Spezialisten von Xilinx Inc. umgesetzt wurden. in Form eines vollständigen Praxisbeispiels für programmierbare abstimmbare Matrizen der Virtex- und Spartan-Familien. Darüber hinaus produziert Dallas Semiconductor Corp., das auch als Lieferant von Hochgeschwindigkeits-MCS51-Klon-Controllern bekannt ist, einen speziellen Kommunikations-Mikrocontroller DS80C400, der eine im Chip integrierte 1-Wire-Protokollunterstützungsmaschine mit der Fähigkeit zur Implementierung eines aktiven Pulls enthält -Up-Mechanismus.
Auch die Richtung, die mit der Verwendung von Taschencomputern (oder PDAs (Personal Digital Assistant)) der beliebten Plattformen PalmOS, Handspring und WinCE/PocketPC zur Bedienung von Single-Wire-Komponenten, einschließlich solcher, die in 1-Wire-Netzwerken betrieben werden, verbunden ist, scheint recht zu sein vielversprechend. Gleichzeitig werden zum Anschluss des PDA an einen Single-Wire-Bus spezielle serielle Port-Adapter verwendet, die sich durch geringen Verbrauch auszeichnen und auf der Basis von Schaltungslösungen aufgebaut sind, die die oben genannten Schnittstellenchips mit einem 1- Drahtleitung. Dieser Ansatz ist derzeit der rationalste bei der Organisation autonomer und mobiler 1-Wire-Systeme. Auch das Problem der Vorbereitung einer Software zur Steuerung des Leitungsmasters bei der Wartung von 1-Wire-Netzwerken scheint nicht unlösbar zu sein. von Dallas Semiconductor Corp. iButton TMEX SDK ist ein frei verteiltes professionelles Softwareentwicklungspaket, ein universelles Tool für professionelle Programmierer, das den Prozess der Programmerstellung für die Wartung von Single-Wire-Geräten, die über Standardadaptertypen an PCs mit dem Windows-Betriebssystem angeschlossen sind, erheblich vereinfacht . Es enthält eine Reihe von debuggten Treibern und Dienstprogrammen zur Implementierung eines vollständigen 1-Wire-Protokolls. Das iButton TMEX SDK nutzt eine spezielle standardisierte Software-API als Schnittstelle für die Interaktion mit dem Entwickler. Darüber hinaus vom FTP-Server der Dallas Semiconductor Corp.-Kampagne. Eine Reihe von Beispielen für die Implementierung des 1-Wire-Protokolls für einige der gängigsten Mikroprozessortypen sind frei verfügbar, ebenso wie vorgefertigte Bibliotheken funktionaler Softwaremodule einer Single-Wire-Schnittstelle für verschiedene Softwareplattformen. Angetriebene Single-Wire-Komponenten
Single-Wire-Slave-Komponenten mit 1-Wire-Schnittstelle sind in zwei verschiedenen Ausführungen erhältlich. Entweder in MicroCAN-Gehäusen, die optisch einer Metallscheibenbatterie ähneln, oder in herkömmlichen Gehäusen zur Montage auf einer Leiterplatte. Das MicroCAN-Gehäuse ist innen hohl. Es übernimmt die Funktion, den Halbleiterkristall des darin enthaltenen Eindraht-Mikroschaltkreises zu schützen, der nur über zwei voneinander isolierte Gehäusehälften mit der Außenwelt verbunden ist, bei denen es sich im Wesentlichen um Kontaktpads zum Anschluss eines Eindrahts handelt Linie. In der Regel werden iButton-Geräte in ähnlichen „Tablet“-Hüllen geliefert. Komponenten, die für den Einsatz in 1-Wire-Netzwerken vorgesehen sind, werden in Kunststoffgehäusen verpackt, die zur Herstellung von Transistoren und integrierten Schaltkreisen verwendet werden. Dieser Ansatz erklärt sich dadurch, dass Single-Wire-Geräte für 1-Wire-Netzwerke im Gegensatz zu iButton-Geräten oft über mehr als zwei Pins verfügen. Zusätzlich zu den Pins, die für den Datenaustausch über eine Eindrahtleitung erforderlich sind, verfügen sie über zusätzliche Pins, die für die Stromversorgung und die Organisation externer Schaltkreise erforderlich sind, die solche Geräte mit Automatisierungsobjekten, beispielsweise Sensoren oder Aktoren, verbinden. Zu den einfachsten Single-Wire-Slave-Komponenten gehören die Silizium-Seriennummer DS2401 (oder eine modifizierte Version dieses Geräts mit externer Stromversorgung DS2411) und der elektronische Schlüssel DS2405, der über eine 1-Wire-Schnittstelle gesteuert wird. Das erste dieser Geräte wird häufig als elektronisches Etikett verwendet, mit dem Sie beispielsweise den Zustand eines mechanischen Schalters identifizieren können, der die Datenleitung einer Eindrahtschnittstelle umschaltet. Mit dem DS2405 können Sie einfache Funktionen zum Schalten externer Geräte aus der Ferne ausführen, indem Sie den Zustand der gesteuerten Taste relativ zum Rückleiter der 1-Draht-Leitung ändern.
Die beliebtesten Slave-Komponenten, auf deren Basis vielleicht die meisten Anwendungen umgesetzt werden, sind jedoch sicherlich Digitalthermometer des Typs DS18S20 (besser bekannt unter der Bezeichnung des abgekündigten DS1820-Geräts, das nicht mehr produziert wird, aber bereits hergestellt wurde). gelang es, eine internationale Marke zu werden). Die Vorteile dieser digitalen Thermometer aus Sicht der Straßenorganisation im Vergleich zu allen anderen integrierten Temperatursensoren sowie gute messtechnische Eigenschaften und gute Störfestigkeit machen sie beim Aufbau von Mehrpunkt-Temperaturregelsystemen dieser Reihe an erster Stelle von -55°C bis +125° MIT.
Sie ermöglichen nicht nur eine direkte Überwachung der Temperatur in Echtzeit, sondern können dank des eingebauten nichtflüchtigen Speichers der Temperatureinstellungen auch eine vorrangige Signalisierung an die Leitung über die Tatsache senden, dass der gesteuerte Parameter über die Norm hinausgeht angegebenen Werte. Außerdem werden fortschrittlichere DS18B20-Geräte geliefert, deren Konvertierungsgeschwindigkeit durch die Bittiefe des Ergebnisses bestimmt wird, die vom Leitungsmaster direkt während ihres Betriebs programmiert wird. Der von einem solchen Thermometer gelesene digitale Code ist ein direktes Ergebnis des gemessenen Temperaturwerts und erfordert keine zusätzlichen Umrechnungen. Und ihre unkalibrierte, aber gleichzeitig günstigere Version mit der Bezeichnung DS1822 scheint die optimale Lösung für Entwickler kostengünstiger Mehrpunkt-Temperiersysteme zu sein. Für Verbraucher, die nur den parasitären Einzeldrahtmodus nutzen, bietet die Dallas Semiconductor Corp. produziert wirtschaftliche Zwei-Terminal-Geräte - DS18S20-PAR, DS18B20-PAR, DS1822-PAR. Das russische Unternehmen Rainbow Technologies hat vom Russian State Standard ein Zertifikat für die Zulassung als Messgeräte erhalten, darunter die Eindraht-Digitalthermometer DS1822, DS18B20, DS18S20, DS1920, hergestellt von Maxim Integrated Products, Inc., zu dem auch Dallas Semiconductor Corp. gehört. Zur Bestätigung dieser Tatsache gibt es ein Dokument, aus dem hervorgeht, dass diese Art von Geräten im staatlichen Messgeräteregister unter der Nummer 23169-02 eingetragen und für den Einsatz in der Russischen Föderation zugelassen sind.
Ein vierkanaliger Single-Wire-ADC vom Typ DS2450 und ein zweikanaliger Single-Wire-Zähler in Kombination mit einem Pufferspeicher vom Typ DS2423 ermöglichen die Lösung von Problemen bei der Digitalisierung von Analog- und Pulszeitsignalen. Das erste dieser Geräte löst im Wesentlichen das Problem der Versorgung analoger Informationsquellen als Teil von 1-Wire-Netzwerken, zu denen die meisten derzeit hergestellten Sensoren für verschiedene physikalische Größen (Druck, Gewicht, Spannung, Feuchtigkeit, Strom, Beleuchtung, Beschleunigung usw.) gehören. die gleiche Temperatur, aber in Bereichen, die für die Registrierung durch den Einsatz digitaler Thermometer usw. nicht zugänglich sind). Второй прибор может с успехом обслуживать многие виды применяемых в технике импульсных сенсоров (различные оптические счетчики, сенсоры количества оборотов, выходной сигнал с расходомеров-вертушек, емкостные датчики влажности, включенные в задающие цепи управляемых генераторов импульсов, счетчики уровня радиации, интегрирующие преобразователи напряжения в частоту usw.). Dennoch sind die unverzichtbarsten „Bausteine“, die der Grundlage von Eindraht-Automatisierungsnetzwerken zugrunde liegen, universelle dual adressierbare Transistorschalter vom Typ DS2406P (eine moderne Version der bekannten DS2407P-Geräte).
Auf Basis dieser Geräte lassen sich zahlreiche Anwendungen realisieren, vor allem Einheiten zur Überwachung logischer Zustände (Pegel) und Serviceschaltungen für Trockenkontaktsensoren sowie diverse Schlüsselschaltungen. Durch den Einsatz dieser Komponenten werden somit diskrete Informationen von geografisch verteilten Sensoren erfasst (Türmonitore, Ventilstellungsschütze, alle Sensoren mit einem JA/NEIN-Ausgang, wie Position, Durchgang, Anwesenheit, Feuer- und Sicherheitsalarme usw.). . .). Ähnliche Geräte ermöglichen die Schaltsteuerung für alle Arten von Energiegeräten, die zwei Betriebszustände haben: Ein/Aus (Heizungen, Klimaanlagen, Motoren, Lüfter, Ventile usw.). Darüber hinaus können die bidirektionalen, individuell programmierbaren Pins des DS2406P verwendet werden, um eine langsame serielle Schnittstelle zwischen einem lokalen Mikrocontroller und einem 1-Wire-Netzwerk bereitzustellen. Trotz der geringen Implementierungsgeschwindigkeit dieser Methode zum Informationsaustausch über ein Eindrahtnetzwerk ist diese Lösung bei der Übertragung eines Datenbits in zwei Standardnachrichten akzeptabel und zuverlässig genug für eine große Anzahl spezifischer Anwendungen. Allerdings ist Dallas Semiconductor Corp. selbst. Als standardmäßige „Brücke“ für den Austausch zwischen beliebigen Schaltkreisen, die auf Mikrocontrollern verschiedener Typen und 1-Wire-Netzwerken basieren, wird die Verwendung des speziellen statischen Dual-Port-Speichers DS2404 empfohlen. Da auf das Speicherarray dieses Geräts sowohl über einen Eindrahtbus als auch über eine von einem Mikrocontroller gesteuerte serielle Slave-Schnittstelle zugegriffen werden kann, ist der Informationsaustausch zwischen dem Netzwerk-Master und dem intelligenten Slave-Gerät zur Lösung lokaler Probleme recht einfach. Darüber hinaus ist es durch das Vorhandensein einer zusätzlichen Echtzeituhr- und Kalendereinheit im DS2404-Chip möglich, vom Prozessor in einem gemeinsamen Speicherarray gespeicherte Daten mit individuellen Zeitstempeln zu versehen. Basierend auf dem Echtzeituhrknoten des DS2404-Kristalls von Dallas Semiconductor Corp. Es werden zwei weitere Komponenten hergestellt, die für die Erstellung von Single-Wire-Automatisierungssystemen sehr nützlich sind. Diese Geräte sind DS2415 und DS2417. Mit jedem dieser Geräte können Sie eine kostengünstige Uhr/einen Kalender mit einer Eindraht-Netzwerkschnittstelle organisieren. Darüber hinaus kann das zweite Gerät aufgrund des Vorhandenseins eines separaten Interrupt-Pins zusätzlich die Zeitschaltung externer Geräte steuern oder die Synchronisierung des Betriebs anderer Geräte mit den auf der 1-Wire-Leitung ablaufenden Prozessen sicherstellen. Das mit einer 2890-Wire-Netzwerkschnittstelle ausgestattete digitale Potentiometer DS1 erweitert die Möglichkeiten von Eindraht-Netzwerken zur analogen Steuerung verteilter Geräte, einschließlich Strom, erheblich. Mit diesem Gerät können Sie dank der Möglichkeit, das analoge Steuersignal in 256 Abstufungen stufenlos zu ändern, eine Vielzahl stoßfreier Fernsteuerungssysteme erstellen.
Bei all der Vielfalt an Single-Wire-Komponenten ist klar, dass das einzigartige DS2408-Gerät das vielseitigste davon ist. Dabei handelt es sich um einen individuell bidirektionalen, frei programmierbaren 1-Bit-Eingangs-/Ausgangsport auf einem 2408-Wire-Bus, mit dem Sie jede beliebige Schnittstelle zwischen einem externen Gerät beliebiger Modifikation und einer Eindrahtleitung implementieren können. Dieses Gerät verfügt über einen bidirektionalen externen Takt-Pin, der die Hardware-Taktung gesendeter oder empfangener Daten ermöglicht. Die Verwendung des DS1-Chips ermöglicht die Steuerung über einen 8-Wire-Bus: konzentrierte bidirektionale Ein-/Ausgabe über XNUMX unabhängige Kanäle, Antriebsdynamik, Flüssigkristallanzeigen und -anzeigen verschiedener Typen, Scan-Matrix-Tastaturen und diskrete Sensoren verschiedener Typen , und ermöglicht Ihnen auch die Implementierung einer wirklich vollwertigen Schnittstelle mit verschiedenen Arten von Mikrocontrollern, sowohl im seriellen als auch im parallelen Modus.
Einige Komponenten von 1-Wire-Netzwerken enthalten eine Reihe permanenter (einmalig vom Benutzer gefüllter) oder nichtflüchtiger Speicher unterschiedlicher Größe. Auf diese Weise können Sie spezielle Serviceinformationen im Zusammenhang mit der Verwendung einer bestimmten Komponente und den Merkmalen ihrer Verwendung (Kennung, territorialer Standort, Kalibrierungskoeffizienten, Abmessungen, Standardeinstellungen usw.) direkt als Teil eines Eindrahtgeräts speichern. Dadurch ist es zur Organisation des Betriebs jedes neuen Single-Wire-Netzwerks nicht erforderlich, separate Spezialsoftware vorzubereiten; es reicht aus, ein Standardprogramm zu haben, das je nach den Besonderheiten eines bestimmten Systems neu konfiguriert wird (natürlich wenn der Speicher aller Komponenten des 1-Wire-Systems nach bestimmten vordefinierten Regeln gefüllt ist). Wenn während des Systembetriebs die Speicherung zusätzlicher Informationsmengen erforderlich ist, stehen dem Entwickler spezielle Single-Wire-Geräte zur Verfügung, die sowohl permanenten (DS2502/DS2505/DS2506) als auch nichtflüchtigen (DS2430A/DS2432/DS2433) Speicher enthalten verschiedene Größen.
Eine ganze Reihe von Komponenten der iButton-Familie im MicroCAN-Gehäuse können auch in 1-Wire-Netzwerken als Slave-Single-Wire-Geräte eingesetzt werden, die spezifische Probleme der Identifizierung, Akkumulation, Speicherung und Übertragung von Informationen lösen. Um beispielsweise das Identifizierungsverfahren in industriellen Automatisierungssystemen zu implementieren, reicht in der Regel die Verwendung gängiger tragbarer elektronischer Tags DS1990A aus. Und eine Mehrpunkt-Temperaturüberwachung kann problemlos durch ein Netzwerk aus mehreren DS1921#-Geräten oder anderen TERMOCHRON-Geräten durchgeführt werden, die jeweils in bestimmten, vorgegebenen Zeitintervallen gemessene Temperaturwerte aufzeichnen und die empfangenen Informationen in einem eigenen nichtflüchtigen Speicher speichern , im Wesentlichen ein „programmierbarer“ Temperaturrekorder.“ Um das Problem der Übertragung der von einem autonomen 1-Wire-System gesammelten Daten auf einen Personalcomputer zu lösen, werden verschiedene iButton-Geräte hergestellt, die in diesem Fall die Rolle sogenannter Transporttabletts spielen. Zu diesen Geräten gehören zunächst nicht- flüchtige Speichergeräte, einschließlich der Zusammensetzung ihres Designs ist eine Lithiumbatterie. Dies ist eine ganze Reihe von Tablets „von DS1992 (1Kbit) bis DS1996 (64Kbit), und darunter natürlich die Modifikation DS1994 (4Kbit), die Enthält zusätzlich eine Echtzeituhreinheit, die zum Generieren von Zeitstempeln gespeicherter Daten oder zum Organisieren autonomer Ressourcenlogger geeignet ist.
Darüber hinaus können Geräte mit elektrisch löschbarem Speicher wie die EEPROM-Modifikationen DS1971 (32 Byte), DS1973 (512 Byte) und DS1977 (32 KB) für die gleichen Zwecke verwendet werden. Beim Transport großer Informationsmengen lässt sich das Transport-„Tablet“ bequem in Verbindung mit einem USB-Port-Adapter vom Typ DS9490B verwenden, der hohe Übertragungsgeschwindigkeiten beim Datenaustausch zwischen dem iButton-Gerät und einem Personalcomputer ermöglicht. Wenn wir nur über die Lösung des Problems der Sammlung und Speicherung von Daten in einem 1-Wire-Netzwerk sprechen, kann jedes der oben aufgeführten Transport-„Tablets“ problemlos in ein solches Netzwerk eingebunden werden. In diesem Fall werden zum Anschluss von Geräten im MicroCAN-Gehäuse an einadrige Außenleiter spezielle Verriegelungen wie DS9100 oder DS9098P oder einfachere Klemmen wie DS9094 verwendet. Aus Sicht der schaltungstechnischen Umsetzung einer Single-Wire-Schnittstelle und der Stabilität des Betriebs auf Problemleitungen unterscheiden sich alle Slave-Single-Wire-Komponenten historisch gesehen voneinander und werden in Gruppen eingeteilt: 1. DS2401, DS2405 – die ersten Geräte mit einer 1-Wire-Schnittstelle in Kunststoffgehäusen, die im Schaltungsdesign den ersten Modellen von iButton-Geräten völlig ähnlich sind, die auf den Betrieb an kurzen Bussen ausgerichtet waren (bis 1994), 2. DS1820, DS2407P, DS2450, DS2404, DS2415, DS2417, DS1920 usw. - die zweite Version, speziell für den Betrieb auf langen Leitungen ausgerichtet (bis 2000 wurden diese Komponenten größtenteils abgekündigt), 3. DS18S20, DS18B20, DS1822, DS2438, DS2406P, DS2409, DS2890, DS1973 usw. - die dritte Option, widerstandsfähiger gegen Kollisionen auf der 1-Wire-Autobahn im Vergleich zur vorherigen (seit 2000), 4. DS2411, DS2408, DS1921#, DS1977 usw. - die neueste und hinsichtlich der Zuverlässigkeit erfolgreichste Option des 1-Wire-Schnittstellenschaltungsdesigns (seit 2003). Kommunikationsleitung und Topologie Das Design einer Single-Wire-Kommunikationsleitung spielt beim Aufbau von 1-Wire-Netzwerken eine große Rolle. In der Regel haben solche Leitungen einen Aufbau bestehend aus drei Hauptleitern: DATEN - Datenbus, RET - Rückleitung oder Erdungskabel, EXT_POWER - externe Stromversorgung nicht nur der bedienten Slave-Geräte, sondern auch der zugehörigen externen Sensor- und Steuerkreise. Abhängig von der Art der Verlegung, der Kopplung mit Slave-Geräten und den für die Verlegung verwendeten Materialien gibt es gemäß der folgenden Tabelle drei Hauptqualitätsoptionen für die Organisation von 1-Wire-Netzwerken, die jeweils den Einsatz spezieller Technik und Zubehör erfordern Umsetzung der Linie.
Bei der Organisation komplexer Eindrahtnetze ist es häufig erforderlich, einen Baum bereitzustellen, um die Verkabelung einer Kommunikationsleitung zu vereinfachen, ihre Länge zu verringern oder die elektrische Belastung der Leitung aufgrund der Reduzierung der gleichzeitig daran arbeitenden Geräte zu verringern -ähnliche oder radiale Struktur des Rumpfes, die sich deutlich von der Struktur des allgemeinen Busses unterscheidet. Zu diesem Zweck werden Zweige von 1-Wire-Netzwerken auf einer oder mehreren Ebenen verwendet. Das Hauptelement beim Aufbau solcher Verzweigungen ist entweder ein normaler adressierbarer Schlüssel vom Typ DS2406, der die Verzweigung durch Umschalten der Rückleitung einer Eindrahtleitung ermöglicht, oder ein spezieller DS2409-Splitter, der die Daten der Eindrahtleitung direkt umschaltet Bus. Die letzte Option ist vorzuziehen, weil Komponenten auf dem vom Splitter gesteuerten getrennten Zweig bleiben immer im aktiven Zustand. Die abwechselnde Wartung jedes Zweigs durch den Netzwerkmaster, wobei die verbleibenden Zweige deaktiviert sind, kann die Gesamtlänge der Leitung und die Anzahl der darauf befindlichen Slave-Geräte erheblich erhöhen. Wenn die Organisation eines 1-Wire-Systems auf einem PC mit besonderen Schwierigkeiten verbunden ist, ist es am besten, einen intelligenten Adapter für einen COM-Port vom Typ LINK zu verwenden. Es ist auf einem Mikroprozessor implementiert. Gleichzeitig emuliert das Gerät den Betrieb des beliebten DS9097U-Adapters von Dallas Semiconductor Corp. seitens der seriellen Schnittstelle vollständig und unterstützt somit dank seiner eigenen integrierten Software alle zuvor für Personalcomputer entwickelten Software intellektuelle Ressourcen, implementiert einen bevorzugten Betriebsmodus für Single-Wire-Geräte auf problematischen 1-Wire-Geräten. Wire-Leitungen in komplexen Interferenzumgebungen. LINK verbessert den Mechanismus des aktiven Pull-up auf der Leitung immer wieder, was es ermöglicht, bei Kabellängen von mehr als 300 Metern und der Anzahl der angeschlossenen Einzeldrahtkomponenten von mehr als 100 Stück sowie der Verwendung von Digital wirklich ideale Austauschsignale zu erhalten Filteralgorithmen durch den Geräteprozessor verbessern die Widerstandsfähigkeit der versorgten Eindrahtleitung gegenüber elektromagnetischen Störungen erheblich. Anwendungen Zahlreiche Fakten belegen die Anerkennung des Single-Wire-Busses als internationaler Standard und die Seriosität dieser Schnittstelle seitens ehrwürdiger Entwickler und Elektronikhersteller. Beispielsweise gibt es praktisch keinen einzigen universellen Mikrocontroller, dessen Verwendung in der Literatur nicht auf Methoden zur Organisation eines Single-Wire-Line-Masters auf seiner Basis diskutiert würde.
Der konsequenteste Befürworter des Einsatzes der 1-Wire-Netzwerktechnologie im Bereich der Automatisierung ist das amerikanische Unternehmen Embedded Data Systems, LLC (Nachfolger von PointSix, Inc.). Man kann sagen, dass sich diese Kampagne einen Namen gemacht hat, indem sie die Errungenschaften des Eindrahtbusses im Bereich der Automatisierung vorgestellt und gefördert hat. Und das, obwohl der Haupttätigkeitsbereich nicht die Automatisierung von Gewächshäusern und nicht die Schaffung von Brandmeldeanlagen ist, sondern die Entwicklung von Werkzeugen und Systemen zur Wartung von High-Tech-Branchen des Maschinenbaus und der chemischen Industrie und sogar die Schaffung einzigartiger experimenteller und wissenschaftlicher Geräte. Dies wird durch die breite Produktpalette des Unternehmens bestätigt (verschiedene Sonden zur Messung hoher und niedriger Temperaturen, Feuchtigkeits-, Druck- und Säuresensoren mit Sonderfunktionen, spezielle optische Sensoren, Informationserfassungskarten, Schnittstellengeräte mit verschiedenen Analysegeräten und vieles mehr). ) und Jedes der Geräte enthält Elemente der Single-Wire-Technologie.
Zu den vielversprechenden Beispielen im Bereich der Anwendung der 1-Wire-Technologie für die Automatisierung zählen zweifellos die Aktivitäten so namhafter globaler Hersteller wie SYSTRONIX oder AAG Electronica. GMBH.
Eine Reihe kompletter Werkzeuge sowie zahlreiche Anwendungsbeispiele und eine hohe Verkaufsbewertung der gelieferten Produkte lassen uns über den Erfolg und die Nachfrage des Eindraht-Buskonzepts sprechen, mit dem diese Unternehmen eine Vielzahl verteilter Probleme lösen Automatisierungsprobleme.
Ein weiteres Beispiel, das die Leistungsfähigkeit der Single-Wire-Bus-Technologie in der Praxis deutlich demonstriert, ist das Projekt zum Bau vollautomatischer Wetterstationen (1-Wire Weather Station), das gemeinsam von PointSix, Inc., AAG Electronica LLC, Dallas Semiconductor Corp. entwickelt wurde. und Texas Weather Instruments, Inc. Zu Beginn (Mitte der 90er Jahre) entstanden mehrere Versuchssysteme, die auf der Basis eines führenden Personalcomputers mit einem DS9097U-Adapter, dem Herzstück des Komplexes, drei DS18S20-Thermometern zur Temperaturregelung, einem DS2438, aufgebaut waren Mikroschaltung zur Wartung des Luftfeuchtigkeitssensors, eine DS2423-Komponente zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit und 16 elektronische DS2401-Tags zur Bestimmung der Windrichtung. Diese ersten Wettersysteme wurden über einen langen Zeitraum in Texas installiert und erfolgreich getestet. Darüber hinaus waren einige von ihnen mit zusätzlichen Eindrahtlösungen ausgestattet, die die Überwachung von Signalen von Sensoren ermöglichten: Luftdruck, Blitzeinschläge, Niederschlagsmenge auf der Oberfläche, Sonnenaktivität, Bodenfeuchtigkeit usw. Daten von allen Sensoren, die von jedem dieser Systeme aufgezeichnet wurden, gelangten in einen Personalcomputer und wurden über das Internet in Echtzeit an die zentrale Bedienerkonsole übertragen, wo Daten über das Wetter in der Region empfangen und archiviert wurden, die durch die Analyse von Informationen aus mehreren gewonnen wurden geografisch verteilte Stationen. Nach dem erfolgreichen Abschluss des Projekts hat Texas Weather Instruments Inc. Seit einigen Jahren vertreibt das Unternehmen erfolgreich fertige, vollautomatische Wetterstationen, die keinen menschlichen Service erfordern. Darüber hinaus ist die Beliebtheit solcher Geräte weltweit so groß, dass Dallas Semiconductor Corp. war gezwungen, mit der Produktion eines speziellen WS-1-Chipsatzes zu beginnen, der eine Reihe von Einzeldrahtkomponenten enthält, das Minimum, das für den Bau einer solchen Station erforderlich ist. Und das komplette Paket solcher Systeme für zahlreiche Anwender aus aller Welt, einschließlich Platinen zur Selbstmontage, zertifizierten mechanischen und strukturellen Elementen, wird von AAG Electronica LLC durchgeführt. Ein durchaus vielversprechender Bereich, in dem die Vorteile der 1-Wire-Netzwerktechnologie voll ausgeschöpft werden und dem die Kampagne der Dallas Semiconductor Corp. besondere Aufmerksamkeit widmet. ist die Verwaltung autonomer chemischer Energiequellen – wiederaufladbare Batterien. Management bedeutet hier in erster Linie eine strikte und vollständige Identifizierung der Energiequellen, die Speicherung der Herstellungsmerkmale und individuellen technischen Merkmale jedes einzelnen in die Batterie eingebauten elektronischen Geräts im Speicher sowie eine möglichst vollständige Überwachung ihrer wichtigsten Betriebsparameter während ihres gesamten Betriebs gesamte Lebensdauer sowie die Bildung korrekter Steuermaßnahmen im Zusammenhang mit der Wiederherstellung der Ladung der bedienten autonomen Energiequelle.
Die Wahl des Ladealgorithmus hängt weitgehend von der richtigen Verwaltung und Kenntnis der Betriebsgeschichte der Batterie ab, die in direktem Zusammenhang mit der Nutzungseffizienz und Lebensdauer vieler Batterietypen steht. Zu diesem Zweck wird jede der Batterien mehrzelliger Energiestrukturen (insbesondere für mobile Geräte und unterbrechungsfreie Stromversorgungen) mit einer einzelnen Einzeldrahtkomponente ausgestattet und so zu einem intelligenten Systemelement der autonomen Stromversorgung. Mit diesem Bereich sind eine ganze Reihe von Mikroschaltungen des Unternehmens verbunden. Dallas Semiconductor Corp. dominiert heute den Markt intelligenter Wartungssysteme für autonome Stromversorgungen und vertritt gleichzeitig einen neuen integrierten Netzwerkansatz für das Problem der Verwaltung von Energieelementen. Gleichzeitig wird mit 1-Wire-Lösungen ein Multipoint-Bus zur Bedienung von Verwaltungs- und Ladesteuergeräten organisiert, der es ermöglicht, nicht nur einzelne Energiequellen, sondern ganze Batterien, die aus vielen einzelnen gleichartigen Elementen bestehen, zu warten. Darüber hinaus sind solche Geräte nicht nur in der Lage, Batterien zu identifizieren oder einfach die Temperatur zu kontrollieren, sondern auch deren Hauptparameter (Spannung, Strom, Entladung, Kurzschlusskontrolle usw.) während der gesamten Betriebszeit vollständig zu überwachen. Die von solchen Geräten gesammelten Ergebnisse werden im eingebauten nichtflüchtigen Speicher entweder in Form eines Histogramms (DS2436) oder in Form eines Arrays aufeinanderfolgender Messwerte, die mit Zeitstempeln verknüpft sind (DS2438), gespeichert.
Die Kampagne der Dallas Semiconductor Corp. läuft derzeit. produziert eine Reihe von Präzisionskristallen für die Überwachung, Verwaltung, den Schutz und die Ladewiederherstellungssteuerung autonomer Stromversorgungen verschiedener Typen und Zwecke (DS2720, DS2740, DS2751, DS2770 usw.). Dazu gehören unter anderem Quarze der DS276#-Familie, die im Gegensatz zu anderen Modifikationen ähnlicher Geräte, die eine externe Verkabelung mit präzisen und stabilen passiven Komponenten erfordern, eine höhere Genauigkeit bei der Überwachung des von der gesteuerten Batterie verbrauchten Stroms bieten. Dies wird unter anderem durch einen eingebauten kalibrierten Widerstandskreis (Shunt) erreicht, der mit spezieller Halbleitertechnologie hergestellt wird, sowie durch das Vorhandensein eines speziellen Hardware-Software-Vorkalibrierungsmechanismus in solchen Geräten. Einschränkungen und Schnittstellen zu industriellen Netzwerken Natürlich haben 1-Wire-Netzwerke ihre Nische für den Einsatz in Gebäudeautomationssystemen. Es macht keinen Sinn, sie ernsthaft für die Übertragung großer Informationsmengen zu nutzen, beispielsweise beim Aufbau von Videoüberwachungssystemen oder Hochgeschwindigkeitsaustauschsystemen, die mit der Bedienung schneller Prozesse verbunden sind, oder die Fähigkeiten von Eindrahtnetzen mit solchen leistungsstarken Industrienetzen zu vergleichen Schnittstellen wie ProfiBus, FeldBus, LonWorks, CAN, Industrial Internet usw. Es lassen sich sogar die aktuellen Haupteinschränkungen für den Einsatz von Systemen auf Basis von Single-Wire-1-Wire-Netzwerken im Bereich der Automatisierung formulieren:
Wie aus den Kommentaren in Klammern hervorgeht, sind selbst diese offensichtlichen Schwierigkeiten für 1-Wire-Netzwerke nicht unüberwindbar. Darüber hinaus gibt es Ansätze, die es ermöglichen, langsame, einadrige, geografisch verteilte Strukturen nahtlos in so produktive Netzwerke wie CAN und das Industrial Internet zu integrieren. Dies ist durch den Einsatz spezieller Hardware- und Softwarelösungen auf Basis moderner Mikrocontroller sowie eines einzigartigen Tools aus der Kampagne der Dallas Semiconductor Corp. möglich. - TINI-Geräte (Winzige Internetschnittstelle). TINI400 ist ein komplettes Mikrosystem, dessen Basis ein Zentralprozessor ist, der auf einem Hochleistungs-Netzwerk-Mikrocontroller DS80С400 implementiert ist, der die Ressourcen einer Reihe der gängigsten Netzwerkschnittstellen vereint, wie zum Beispiel: RS232, 1-Wire, CAN 2.0B , Ethernet, ganz zu schweigen von der Möglichkeit der Verwendung eines parallelen 2-Bit-Synchronbusses sowie autonomer Knoten zur Organisation standardmäßiger lokaler serieller Schnittstellen I400C und SPI. Darüber hinaus enthält das TINI1-Board 1 MB Software-Flash-Speicher, 400 MB SRAM, eine Echtzeituhrbaugruppe, eine Lithiumbatterie und eine Silizium-ID. TINI390 arbeitet unter einer leistungsstarken Betriebsumgebung, die Unterstützung für TCP/IP und die Java Virtual Machine umfasst, die sorgfältig auf dem TINI-Modell der vorherigen Generation – der TINI390-Karte – entwickelt und getestet wurde. Letzteres wird durch die Tatsache bestimmt, dass die Softwareunterstützungstechnologie für TINIXNUMX über mehrere Jahre von Spezialisten der Dallas Semiconductor Corp. entwickelt wurde. zusammen mit Mitarbeitern von Sun Microsystems, Inc., wobei es sich um ein völlig offenes Projekt handelt. Dieser Ansatz ermöglichte es uns, das effektivste Feedback der Endbenutzer zu erhalten, was uns dabei half, die meisten Mängel der Software zu identifizieren und zu beseitigen. Und jetzt auf der Website der Dallas Semiconductor Corp. Hier finden Sie alle erforderlichen Dokumentations- und Softwareentwicklungstools, die den Aufbau lokaler Eindraht-Fernüberwachungs- und -steuerungssysteme auf Basis des TINI-Geräts erheblich erleichtern und die Vorteile von schnell und produktiv, aber teuer und langsam, aber billig kombinieren effektive Schnittstellen. Abschließend muss noch einmal auf die unbedingte Effizienz und Rationalität des Einsatzes der 1-Wire-Technologie beim Aufbau automatisierter Überwachungs- und Steuerungssysteme für eine Vielzahl verteilter Geräte hingewiesen werden, wenn keine hohe Geschwindigkeit bei der Wartung, aber erhebliche Flexibilität und Skalierbarkeit erforderlich sind bei geringem Implementierungsaufwand erforderlich. Veröffentlichung: cxem.net
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