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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Interfaccia a 1 filo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Компьютеры Cos'è 1 filo? L'interfaccia a filo singolo 1-Wire, sviluppata alla fine degli anni '90 da Dallas Semiconductor Corp., è regolamentata dagli sviluppatori per l'utilizzo in tre aree applicative principali:
Se la prima applicazione è ampiamente conosciuta sul mercato mondiale ed è stata a lungo meritatamente popolare, e la seconda offre con successo la possibilità di riconfigurare facilmente le funzioni dei componenti a semiconduttore con un piccolo numero di pin esterni prodotti da Dallas Semiconductor Corp., allora i sistemi di automazione basati su bus 1-Wire non hanno ancora ricevuto un adeguato riconoscimento. In precedenza, questa situazione era determinata da un insieme estremamente limitato di componenti per l'organizzazione delle applicazioni nel campo dell'automazione. Tuttavia, recentemente ci sono state sempre più segnalazioni ed esempi specifici di utilizzo dell'interfaccia 1-Wire in vari campi, sempre più sviluppatori stanno mostrando interesse per questa tecnologia, che è principalmente dovuta a una significativa espansione della gamma di single-wire componenti. Quindi cosa c'è di speciale in questo standard di rete? Infatti, come mezzo per trasmettere informazioni su una linea unifilare, è molto spesso possibile utilizzare un cavo telefonico convenzionale e, quindi, il tasso di cambio in questo caso non è elevato. Tuttavia, se analizziamo attentamente la maggior parte degli oggetti che richiedono l'automazione, allora per oltre il 60% di essi la velocità massima di servizio di 15,4 Kbps sarà più che soddisfacente. E altri vantaggi di 1-Wire come:
Principi di base 1-Wire-net è una rete informativa che utilizza una linea dati e una restituibile (o di terra) il cavo. Pertanto, per implementare l'ambiente di scambio di questa rete, possono essere utilizzati cavi disponibili contenenti doppini intrecciati non schermati di una categoria o dell'altra, e anche normali cavi telefonici. Tali cavi durante la loro posa non richiedono attrezzature speciali e la limitazione della lunghezza massima di una linea a filo singolo è regolata dagli sviluppatori a livello di 300 m. La base dell'architettura delle reti 1-Wire è la topologia di un bus comune, quando ciascuno dei dispositivi è collegato direttamente a un'unica dorsale, senza collegamenti in cascata o diramazioni. In questo caso, la struttura di rete con uno leader o maestro e numeroso seguaci. Sebbene esistano numerosi metodi specifici per organizzare il funzionamento di sistemi a filo singolo in modalità multimaster. La configurazione di qualsiasi rete 1-Wire può cambiare arbitrariamente durante il suo funzionamento, senza interferire con l'ulteriore funzionamento e le prestazioni dell'intero sistema nel suo insieme, se durante questi cambiamenti vengono osservati i principi di base dell'organizzazione di un bus a filo singolo. Questa possibilità è ottenuta grazie alla presenza nel protocollo dell'interfaccia 1-Wire di un apposito comando per la ricerca dei dispositivi slave (Cerca ROM), che consente di identificare rapidamente nuovi partecipanti allo scambio di informazioni. La velocità di elaborazione standard per tale comando è di circa 75 nodi di rete al secondo.
A causa della presenza di un indirizzo individuale univoco in qualsiasi dispositivo dotato di una versione di rete dell'interfaccia 1-Wire (l'assenza di una corrispondenza di indirizzo per i dispositivi mai prodotti da Dallas Semiconductor Corp. è garantita dal produttore stesso), tale rete ha uno spazio di indirizzi quasi illimitato. Allo stesso tempo, ciascuno dei dispositivi single-wire è immediatamente pronto per l'uso come parte di una rete 1-Wire, senza ulteriori modifiche hardware e software. I componenti a filo singolo sono dispositivi a semiconduttore autoregolati, lo scambio di informazioni tra i quali si basa sul controllo della variazione della durata degli intervalli di tempo dei segnali di impulso in un mezzo a filo singolo e sulla loro misurazione. La segnalazione per l'interfaccia 1-Wire è asincrona e half-duplex e tutte le informazioni che circolano nella rete sono percepite dagli abbonati o come comandi o come dati. I comandi di rete sono generati dal master e forniscono varie opzioni per trovare e indirizzare i dispositivi slave, determinare l'attività sulla linea anche senza indirizzamento diretto dei singoli componenti, controllare lo scambio di dati sulla rete, ecc.
La velocità standard della rete 1-Wire, pari a 15,4Kbps, è stata scelta, in primo luogo, tenendo conto della massima affidabilità di trasmissione dei dati su lunghe distanze e, in secondo luogo, tenendo conto della velocità delle tipologie di microcontrollori più diffuse , che dovrebbe essere utilizzato principalmente quando si implementano bus master a filo singolo. Questo valore del tasso di cambio può essere ridotto a qualsiasi valore possibile introducendo un ritardo forzato tra la trasmissione dei singoli bit di dati alla linea (allungamento dei time slot del protocollo). O aumentato passando a una speciale modalità di scambio accelerato (velocità Overdrive - fino a 125 Kbps), consentita per alcuni tipi di componenti a filo singolo su una linea di comunicazione di alta qualità a breve distanza non sovraccaricata da altri dispositivi.
L'interfaccia a filo singolo utilizza livelli logici CMOS/TTL standard e la maggior parte dei componenti a filo singolo può essere alimentata da una sorgente esterna con una tensione operativa compresa tra 2,8 V e 6,0 V. Un'alternativa all'uso dell'alimentazione esterna è il cosiddetto meccanismo di alimentazione parassita, "la cui azione è quella di utilizzare ciascuno dei componenti slave della linea 1-Wire di energia elettrica di impulsi trasmessi sul bus dati, che viene accumulato da una speciale capacità incorporata nel dispositivo.Inoltre, le reti a filo singolo dei singoli componenti possono utilizzare la modalità di alimentazione del bus dati, quando l'energia al ricevitore arriva direttamente dal master tramite la linea di comunicazione, mentre lo scambio di informazioni nella rete viene forzatamente fermato.
Forse la qualità più attraente della tecnologia 1-Wire è l'eccezionale facilità di impostazione, debug e manutenzione di una rete di quasi tutte le configurazioni costruite secondo questo standard. Infatti, per iniziare, qualsiasi personal computer, un economico adattatore 1-Wire-line e un Dallas Semiconductor Corp. Software iButton Viewer. Con questo numero ridotto di componenti, il controllo e la gestione di una rete di quasi qualsiasi complessità, costruita sulla base di componenti standard a filo singolo, viene organizzato letteralmente in pochi minuti. Il programma iButton Viewer, in questo caso, permette, con la massima comodità per lo sviluppatore, di identificare uno qualsiasi dei dispositivi monofilari slave presenti sulla linea e di verificarne integralmente la correttezza del suo funzionamento nell'ambito della rete configurata. Organizzazione di conduzione Tipi separati di adattatori che consentono a qualsiasi personal computer di essere dotato della capacità di fungere da rete 1-Wire principale sono prodotti dalla stessa Dallas Semiconductor Corp.. Questi includono adattatori per porta parallela tipo DS1410E, per porta COM tipo DS9097E e DS9097U, per porta USB tipo DS9490R. Questi dispositivi hanno varie funzionalità e caratteristiche di design, che offrono al progettista la massima libertà di progettazione. E il fatto che l'utente abbia poche competenze nella creazione di apparecchiature elettroniche rende facile autoassemblare il circuito del più semplice adattatore di rete 1-Wire per un computer da un piccolo numero di componenti elettronici disponibili.
Spesso non è un computer a fungere da master di un bus unifilare, ma un semplice microcontrollore universale. Vari metodi software e hardware vengono utilizzati per organizzare la sua interfaccia con una rete 1-Wire. Dal più semplice, quando il programma di controllo del controllore implementa integralmente il protocollo di interfaccia 1-Wire su una delle sue uscite bidirezionali funzionali associate ad una linea unifilare, alle opzioni che consentono di liberare notevoli risorse del controllore, grazie all'utilizzo di strumenti specializzati Chip di interfaccia di rete a 1 filo. Tali microcircuiti sono collegati al processore, che svolge il ruolo di bus master a filo singolo, tramite nodi di input / output periferici che fanno parte di qualsiasi microcontrollore universale. Ad esempio, il dispositivo DS1481 è progettato per essere collegato direttamente alle uscite della funzione di scambio parallelo del controller. E per l'organizzazione del master di un sistema unifilare basato su microcontrollori con alimentazione a 3 volt, vengono forniti microcircuiti DS1482 passivi che eseguono l'abbinamento con i livelli di segnale di una linea 1-Wire standard. Se il master della linea a filo singolo deve essere organizzato sulla base di un nodo di interfaccia seriale UART microcontrollore standard, viene utilizzato il chip DS2480B e il chip DS2490 adatta la linea a filo singolo per funzionare dal nodo di interfaccia UBS integrato. Entrambi i microcircuiti implementano il cosiddetto meccanismo programmabile per il pull-up attivo del bus dati 1-Wire, che fornisce una trasmissione del segnale di alta qualità su lunghe linee problematiche e un aumento della capacità di carico del master in termini di numero di slave dispositivi che serve. A proposito, anche la maggior parte degli adattatori per personal computer sopra menzionati sono costruiti sulla base di tali microcircuiti. Inoltre, tenendo conto delle peculiarità dei moderni ambienti operativi Windows, l'utilizzo di questi particolari componenti, che sono essenzialmente automi digitali a controllo seriale, fornisce un servizio di linea unifilare in tempo reale su vasta scala. Quando si costruiscono complessi sistemi a microprocessore completi che hanno una carenza di tempo del computer per l'implementazione del protocollo 1-Wire, l'idea più razionale è quella di assegnare un compito separato di manutenzione di una linea a filo singolo a un nodo speciale di un servizio personalizzato o semi- VLSI personalizzato, per il successivo accoppiamento di tale macchina digitale attraverso una dorsale di sistema, direttamente con il nodo del processore principale. Dallas Semiconductor Corp. ha persino sviluppato una serie di raccomandazioni per l'organizzazione di un tale nodo chiamato DS1WM, che è stato implementato, tra le altre cose, dagli specialisti di Xilinx Inc. come case study completo per le matrici sintonizzabili programmabili delle famiglie Virtex e Spartan. Inoltre, Dallas Semiconductor Corp., noto anche come fornitore di controller ad alta velocità del clone MCS51, rilascia un microcontrollore di comunicazione specializzato DS80C400, che contiene una macchina di supporto del protocollo 1-Wire integrata nel chip con la capacità di implementare un meccanismo di pull-up attivo.
Molto promettente è anche la direzione legata all'utilizzo dei computer palmari (o PDA (Personal Digital Assistant)) delle popolari piattaforme PalmOS, Handspring e WinCE/PocketPC per la manutenzione di componenti single-wire, inclusi quelli che operano come parte di reti 1-Wire . Allo stesso tempo, per collegare il PDA a un bus a filo singolo, vengono utilizzati adattatori per porte seriali specializzati, caratterizzati da un basso consumo e basati su soluzioni circuitali che utilizzano i chip di interfaccia 1-Wire-line sopra menzionati. È questo approccio che è attualmente il più razionale quando si organizzano sistemi 1-Wire autonomi e mobili. Anche il problema di predisporre il software per la gestione del master di linea al servizio di reti 1-Wire non sembra essere irrisolvibile. Dallas Semiconductor Corp. iButton TMEX SDK, un pacchetto software per sviluppatori professionali, è distribuito gratuitamente, che è uno strumento universale per programmatori professionisti, che semplifica notevolmente il processo di creazione di programmi per la manutenzione di dispositivi a filo singolo collegati tramite tipi standard di adattatori a personal computer dotati di Windows sistema operativo. Contiene una serie di driver e utilità sottoposti a debug per l'implementazione di un protocollo 1-Wire completo. Il pacchetto iButton TMEX SDK utilizza una speciale API di programmazione standardizzata come ambiente per l'interazione con lo sviluppatore. Inoltre, dal server fttp della campagna Dallas Semiconductor Corp. Sono disponibili gratuitamente numerosi esempi di implementazione del protocollo 1-Wire per alcuni dei tipi più diffusi di microprocessori, nonché librerie già pronte di moduli software funzionali di interfaccia a filo singolo per varie piattaforme software. Componenti a filo singolo pilotati
I componenti slave a filo singolo contenenti un'interfaccia 1-Wire sono disponibili in due stili diversi. O in contenitori MicroCAN, simili nell'aspetto a una batteria a disco in metallo, o in contenitori convenzionali per montaggio su PCB. La custodia MicroCAN è vuota all'interno. Svolge la funzione di proteggere il cristallo semiconduttore di un microcircuito a filo singolo in esso contenuto, che è collegato al mondo esterno solo attraverso due metà della custodia, isolate l'una dall'altra, che sono essenzialmente piazzole per il collegamento di un filo singolo linea. Di norma, i dispositivi iButton vengono forniti in tali custodie "tablet". I componenti destinati all'uso nelle reti 1-Wire sono confezionati in custodie di plastica utilizzate per realizzare transistor e circuiti integrati. Questo approccio è spiegato dal fatto che, a differenza dei dispositivi iButton, i dispositivi a filo singolo per reti 1-Wire hanno spesso più di due uscite. Oltre alle uscite necessarie per lo scambio di dati su una linea unifilare, dispongono di uscite aggiuntive necessarie per fornire loro alimentazione e organizzare circuiti esterni che collegano tali dispositivi con oggetti di automazione, come sensori o attuatori. I componenti slave a filo singolo più semplici sono il numero di serie in silicio DS2401 (o una versione modificata alimentata esternamente di questo dispositivo, il DS2411) e il dongle controllato a 2405 filo DS1. Il primo di questi dispositivi viene spesso utilizzato come tag elettronico che consente di identificare lo stato, ad esempio, di un interruttore meccanico che commuta la linea dati di un'interfaccia a filo singolo. Utilizzando il DS2405 è possibile implementare da remoto le più semplici funzioni di commutazione di apparecchiature esterne modificando lo stato del tasto comandato relativo al conduttore di ritorno della linea 1-Wire.
Tuttavia, i componenti pilotati più popolari, con forse il maggior numero di applicazioni, sono di gran lunga i termometri digitali di tipo DS18S20 (meglio noto come DS1820 fuori produzione, che non è più in produzione, ma è riuscito a diventare un marchio internazionale). I vantaggi di questi termometri digitali dal punto di vista dell'organizzazione dell'autostrada, rispetto a qualsiasi altro sensore di temperatura integrato, nonché buone caratteristiche metrologiche e buona immunità al rumore, li portano all'avanguardia nella costruzione di controlli di temperatura multipunto sistemi nella gamma da -55°С a +125° CON.
Consentono non solo il monitoraggio diretto della temperatura in tempo reale, ma anche grazie alla presenza di una memoria non volatile incorporata delle impostazioni di temperatura, possono fornire una segnalazione prioritaria alla linea sul fatto che un parametro controllato va oltre lo specificato valori. Inoltre, vengono forniti dispositivi più avanzati DS18В20, la cui velocità di conversione è determinata dalla profondità di bit del risultato, programmata dal master di linea direttamente durante la loro manutenzione. Il codice digitale letto da un tale termometro è un risultato diretto del valore di temperatura misurato e non richiede conversioni aggiuntive. E la loro versione non calibrata, ma allo stesso tempo più economica, con la denominazione DS1822, sembra essere la soluzione migliore per gli sviluppatori di sistemi di controllo della temperatura multipunto a basso costo. Per i clienti che utilizzano solo la modalità di alimentazione parassita a filo singolo, la campagna Dallas Semiconductor Corp. produce dispositivi economici a due terminali: DS18S20-PAR, DS18B20-PAR, DS1822-PAR. La società russa Rainbow Technologies ha ricevuto un certificato dallo standard statale della Russia sull'approvazione come strumenti di misura, inclusi i termometri digitali a filo singolo DS1822, DS18B20, DS18S20, DS1920, prodotti da Maxim Integrated Products, Inc., che comprende Dallas Semiconductor Corp. A conferma di questo fatto, esiste un documento in cui si afferma che questi tipi di dispositivi sono registrati nel registro statale degli strumenti di misura con il n. 23169-02 e sono approvati per l'uso nella Federazione Russa.
Un ADC unifilare a quattro canali di tipo DS2450 e un contatore unifilare a due canali abbinato ad una memoria buffer di tipo DS2423 consentono di risolvere i problemi legati alla digitalizzazione dei segnali analogici ea tempo di impulso. Il primo di questi dispositivi risolve essenzialmente il problema di servire fonti di informazioni analogiche nelle reti 1-Wire, che includono la maggior parte dei sensori attualmente prodotti di varie grandezze fisiche (pressione, peso, tensione, umidità, corrente, illuminazione, accelerazione, la stessa temperatura ). , ma in intervalli inaccessibili per la registrazione attraverso l'uso di termometri digitali, ecc.). Il secondo dispositivo può servire con successo molti tipi di sensori di impulsi utilizzati nella tecnologia (vari contatori ottici, sensori di velocità, segnale di uscita da misuratori di portata, sensori di umidità capacitivi inclusi nei circuiti di pilotaggio di generatori di impulsi controllati, contatori di livello di radiazione, integrazione tensione-a- convertitori di frequenza, ecc.). Tuttavia, i "mattoni" più insostituibili alla base delle fondamenta delle reti di automazione a filo singolo sono gli interruttori a transistor indirizzabili doppi universali del tipo DS2406P (la versione moderna dei noti dispositivi DS2407P).
Sulla base di questi dispositivi si possono realizzare molteplici applicazioni e, in primis, centraline di controllo stati logici (livelli) e circuiti di servizio per sensori a contatto pulito, oltre a vari circuiti chiave. È quindi grazie all'utilizzo di questi componenti che si raccolgono informazioni discrete da sensori dislocati geograficamente (monitor porta, teleruttori di posizione valvola, eventuali sensori con uscita SI/NO, come sensori di posizione, passaggio, presenza, incendio e antifurto , ecc.). Dispositivi simili forniscono il controllo della commutazione di qualsiasi tipo di apparecchiatura elettrica che ha due stati operativi: acceso / spento (riscaldatori, condizionatori d'aria, motori, ventilatori, valvole, ecc.). Inoltre, i pin bidirezionali e programmabili individualmente del DS2406P possono essere utilizzati per fornire un'interfaccia seriale lenta tra l'MCU locale e una rete 1-Wire. Nonostante la bassa velocità durante l'implementazione di questo metodo di scambio di informazioni su una rete a filo singolo, quando un bit di dati viene trasmesso in due pacchetti standard, questa soluzione è accettabile e sufficientemente affidabile per un gran numero di applicazioni specifiche. Tuttavia, la Dallas Semiconductor Corp. come "ponte" standard per lo scambio tra eventuali circuiti realizzati su microcontrollori di vario tipo e reti 1-Wire, si consiglia di utilizzare una memoria statica DS2404 a due porte specializzata. Poiché l'array di memoria di questo dispositivo è accessibile sia dal lato del bus unifilare che dal lato dell'interfaccia seriale slave controllata dal microcontrollore, lo scambio di informazioni tra il master di rete e il dispositivo intelligente slave risolve qualsiasi problema locale problema è abbastanza facile. Inoltre, grazie alla presenza nel microcircuito DS2404 di un'unità aggiuntiva di orologio e calendario in tempo reale, è possibile fornire i dati memorizzati dal processore in una matrice di memoria comune con timestamp individuali. Basato sul nodo dell'orologio in tempo reale del cristallo DS2404 di Dallas Semiconductor Corp. sono in fase di produzione altri due componenti molto utili per la realizzazione di impianti di automazione unifilare. Questi sono i dispositivi DS2415 e DS2417. Utilizzando uno di questi dispositivi, puoi organizzare un orologio / calendario economico con un'interfaccia di rete a filo singolo. Inoltre, il secondo dispositivo, grazie alla presenza di un'uscita di interruzione separata nella sua composizione, può anche controllare ulteriormente la commutazione di apparecchiature esterne nel tempo o fornire la sincronizzazione del funzionamento di altri dispositivi con i processi che si verificano sulla linea 1-Wire . Espande in modo significativo le capacità delle reti a filo singolo per il controllo analogico di dispositivi dispersi, compresa l'alimentazione, il potenziometro digitale DS2890 dotato di un'interfaccia di rete a 1 filo. Utilizzando questo dispositivo, è possibile creare un'ampia varietà di sistemi di controllo shockless a distanza, grazie alla possibilità di cambiare agevolmente il segnale di controllo analogico in 256 gradazioni.
Con tutta la varietà di componenti a filo singolo, è ovvio che il più versatile è l'esclusivo DS2408. Si tratta di una porta I/O 1-Wire a otto bit liberamente programmabile individualmente bidirezionale che consente di implementare qualsiasi interfaccia tra un dispositivo esterno di modifica arbitraria e una linea a filo singolo. Questo dispositivo dispone di un'uscita di clock esterno bidirezionale che fornisce il clock hardware per la trasmissione o la ricezione dei dati. L'utilizzo del chip DS2408 consente di fornire il controllo tramite un bus 1-Wire: input/output bidirezionale concentrato su 8 canali indipendenti, driving light-dynamic, indicatori e display a cristalli liquidi di vario tipo, tastiere a matrice di scansione e sensori discreti di vari tipi, e consente inoltre di implementare un'interfaccia veramente completa con vari tipi di microcontrollori, sia in modalità seriale che parallela.
Alcuni componenti delle reti 1-Wire contengono un array di memoria permanente (riempita una sola volta dall'utente) o non volatile di una dimensione o di un'altra. Ciò consente di memorizzare informazioni di servizio particolari relative all'utilizzo di un particolare componente e alle peculiarità del suo utilizzo (identificatore, localizzazione territoriale, coefficienti di calibrazione, dimensioni, impostazioni di default, ecc.) direttamente nel dispositivo unifilare. Grazie a ciò, per organizzare il funzionamento di ogni nuova rete unifilare, non è necessario preparare un software speciale separato, è sufficiente disporre di un programma standard che viene riconfigurato in base alle specifiche di un particolare sistema (ovviamente, se la memoria di tutti i componenti di un sistema 1-Wire viene riempita secondo determinate regole prestabilite). Se durante il funzionamento del sistema è necessario memorizzare quantità aggiuntive di informazioni, lo sviluppatore ha a sua disposizione speciali dispositivi a filo singolo contenenti sia memoria permanente (DS2502/ DS2505/ DS2506) che non volatile (DS2430A/ DS2432/ DS2433) di varie dimensioni.
Alcuni componenti della famiglia iButton in package MicroCAN possono essere utilizzati anche nell'ambito di reti 1-Wire come dispositivi slave unifilari che risolvono problemi specifici di identificazione, accumulo, memorizzazione e trasferimento di informazioni. Ad esempio, per implementare la procedura di identificazione nei sistemi di automazione industriale, è solitamente sufficiente utilizzare i comuni tag elettronici indossabili DS1990A. E il monitoraggio della temperatura multipunto può essere facilmente eseguito da una rete di più dispositivi DS1921# o comunque dispositivi TERMOCHRON, ciascuno dei quali registra i valori di temperatura misurati a determinati intervalli di tempo preimpostati e memorizza le informazioni ricevute in un proprio archivio non volatile memoria, essendo essenzialmente un "registratore a temperatura programmabile". Per risolvere il problema del trasferimento dei dati accumulati da un sistema autonomo 1-Wire verso un personal computer, vengono prodotti diversi dispositivi iButton, che in questo caso svolgono il ruolo dei cosiddetti tablet di trasporto, tra cui principalmente dispositivi di memoria non volatile, compresa la composizione del suo design è una batteria al litio.Si tratta di un'intera serie di tablet "da DS1992 (1Kbps) a DS1996 (64Kbps), e tra questi, ovviamente, una modifica di DS1994 (4Kbps), che contiene inoltre un vero e proprio -time clock node, utile per generare timestamp dei dati archiviati o per organizzare logger di risorse autonomi.
Inoltre, dispositivi con memoria cancellabile elettricamente come modifiche EEPROM DS1971 (32 byte), DS1973 (512 byte) e DS1977 (32 Kbyte) possono essere utilizzati per gli stessi scopi. Quando si spostano grandi quantità di informazioni, è conveniente utilizzare il "tablet" di trasporto in combinazione con un adattatore per porta USB del tipo DS9490B, che fornisce un'elevata velocità di trasferimento durante lo scambio di dati tra il dispositivo iButton e un personal computer. Se si tratta solo di risolvere il problema dell'accumulo e dell'archiviazione dei dati in una rete 1-Wire, qualsiasi "tablet" di trasporto di cui sopra può essere facilmente incluso in tale rete. Allo stesso tempo, per collegare i dispositivi nelle custodie MicroCAN ai conduttori di una linea a filo singolo, vengono utilizzati speciali fermi del tipo DS9100 o DS9098P o clip più semplici del tipo DS9094. Dal punto di vista dell'implementazione circuitale di un'interfaccia a filo singolo e della stabilità del funzionamento su linee problematiche, tutti i componenti a filo singolo slave differiscono storicamente l'uno dall'altro, pur essendo suddivisi in gruppi: 1. DS2401, DS2405 - i primi dispositivi con un'interfaccia 1-Wire in custodie di plastica, sono completamente simili nei circuiti ai primi modelli di dispositivi iButton orientati a lavorare su bus corti (fino al 1994), 2. DS1820, DS2407P, DS2450, DS2404, DS2415, DS2417, DS1920, ecc. - la seconda versione, particolarmente orientata al lavoro su lunghe linee (prima del 2000, questi componenti sono ora per lo più fuori produzione), 3. DS18S20, DS18B20, DS1822, DS2438, DS2406P, DS2409, DS2890, DS1973 ecc. - la terza opzione, più resistente alle collisioni sulla dorsale 1-Wire rispetto alla precedente (dal 2000), 4. DS2411, DS2408, DS1921#, DS1977, ecc. - l'ultima versione del circuito di interfaccia 1-Wire più affidabile (dal 2003). Linea di comunicazione e topologia Un ruolo importante nella realizzazione di reti 1-Wire è svolto dall'esecuzione di una linea di comunicazione unifilare. Di norma, tali linee hanno una struttura composta da tre conduttori principali: DATA - bus dati, RET - filo di ritorno o di terra, POTENZA_EST - alimentazione esterna non solo per dispositivi slave asserviti, ma anche per circuiti di sensori e comandi esterni ad essi. In funzione della modalità di posa, dell'interfacciamento con i dispositivi slave e dei materiali utilizzati nella posa, secondo la seguente Tabella, esistono tre principali opzioni qualitative per l'organizzazione di reti 1-Wire, ognuna delle quali implica l'utilizzo di tecnologie e accessori speciali quando implementare la linea.
Spesso, quando si organizzano complesse reti unifilari, per facilitare il cablaggio di una linea di comunicazione, ridurne la lunghezza o ridurre il carico elettrico sulla linea a causa della riduzione dei dispositivi che lavorano contemporaneamente su di essa, è necessario prevedere un albero -like o struttura a trave del bagagliaio, che differisce in modo significativo dalla struttura del bus comune. Per questo vengono utilizzate diramazioni di reti 1-Wire di uno o più livelli. L'elemento principale nella costruzione di tali diramazioni è una chiave indirizzabile convenzionale del tipo DS2406, che fornisce la diramazione grazie alla commutazione del filo di ritorno di una linea a filo singolo, o un interruttore di derivazione DS2409 specializzato che commuta direttamente la linea a 1 filo bus dati. Quest'ultima opzione è più preferibile. i componenti su un ramo disconnesso pilotato da un ramo rimangono sempre attivi. La manutenzione alternata della rete da parte del master di ciascuno dei rami, con gli altri rami disabilitati, consente di aumentare sensibilmente la lunghezza totale della linea ed il numero di dispositivi slave su di essa. Se l'organizzazione di un sistema 1-Wire basato su un personal computer è associata a particolari difficoltà, è ottimale utilizzare un adattatore intelligente per una porta COM del tipo LINK. È implementato sulla base di un microprocessore. Allo stesso tempo, il dispositivo, emulando completamente il funzionamento del popolare adattatore DS9097U prodotto da Dallas Semiconductor Corp. dal lato della porta seriale, e supportando quindi tutto il software precedentemente sviluppato per personal computer, grazie alla propria risorse intellettuali, implementa una modalità preferenziale di funzionamento dei dispositivi unifilari su linee 1-Wire problematiche in un ambiente di interferenza difficile. LINK migliora notevolmente il meccanismo di pull-up attivo sulla linea, che consente di ottenere davvero segnali di scambio ideali con lunghezze di cavo superiori a 300 metri e il numero di componenti a filo singolo accompagnato superiore a 100 pezzi, e l'uso del filtraggio digitale algoritmi del processore del dispositivo migliora notevolmente la resistenza della linea unifilare servita alle interferenze elettromagnetiche. Applicazioni Numerosi fatti parlano del riconoscimento di un bus a filo singolo come standard internazionale e della serietà di questa interfaccia da parte di venerabili sviluppatori e produttori di elettronica. Ad esempio, non esiste praticamente un microcontrollore universale, nella letteratura sulla cui applicazione non verrebbero discussi i metodi per organizzare un master di linea a filo singolo sulla base.
La società americana Embedded Data Systems, LLC (successore di PointSix, Inc.) sta difendendo in modo più coerente la linea sull'uso della tecnologia di rete 1-Wire nel campo dell'automazione. Si può affermare che questa campagna si è fatta un nome introducendo e promuovendo le conquiste del bus unifilare nel campo dell'automazione. E questo, nonostante il fatto che l'area principale della sua attività non sia l'automazione delle serre e non la creazione di sistemi di allarme antincendio, ma lo sviluppo di strumenti e sistemi per la manutenzione dei rami high-tech dell'ingegneria meccanica e dell'industria chimica e persino la creazione di attrezzature sperimentali e scientifiche uniche. Ciò è confermato dalla più ampia gamma di prodotti realizzati dall'azienda (diverse sonde per la misura di alte e basse temperature, sensori di umidità, pressione e acidità con funzioni speciali, sensori ottici speciali, schede di raccolta informazioni, dispositivi di interfaccia con varie apparecchiature analitiche, e molto altro), e ciascuno dei dispositivi contiene elementi di tecnologia a filo singolo.
Esempi promettenti nel campo dell'applicazione della tecnologia 1-Wire per l'automazione, ovviamente, includono le attività di noti produttori globali come SYSTRONIX o AAG Electronica. LLC.
Le linee di strumenti completi, oltre a numerosi esempi del loro utilizzo, e l'elevato indice di vendita dei prodotti forniti, indicano il successo e l'importanza del concetto di bus unifilare utilizzato da queste aziende per risolvere un'ampia varietà di problemi di automazione distribuita .
Un altro esempio che dimostra chiaramente le possibilità della tecnologia bus a filo singolo nella pratica è il progetto per la costruzione di stazioni meteorologiche completamente automatiche (1-Wire Weather Station), sviluppato congiuntamente da PointSix, Inc., AAG Electronica LLC, Dallas Semiconductor Corp. e Texas Weather Instruments, Inc. All'inizio (a metà degli anni '90), sono stati creati diversi sistemi sperimentali basati su un personal computer leader con un adattatore DS9097U, che è il cuore del complesso, da tre termometri DS18S20 che eseguono il controllo della temperatura, un microcircuito DS2438 per la manutenzione un sensore di umidità dell'aria, un componente DS2423 per determinare la velocità del vento e 16 etichette elettroniche DS2401 che ne determinano la direzione. Questi primi sistemi meteorologici sono stati installati e testati con successo durante il funzionamento a lungo termine nello stato del Texas. Inoltre, alcuni di essi sono stati dotati di ulteriori soluzioni monofilari che garantivano il controllo dei segnali provenienti dai sensori: pressione barometrica, scariche di fulmini, precipitazioni in superficie, attività solare, umidità del suolo, ecc. I dati provenienti da tutti i sensori, registrati da ciascuno di questi sistemi, sono stati ricevuti da un personal computer e trasmessi via Internet in tempo reale alla console centrale dell'operatore, dove sono stati ricevuti e archiviati i dati meteorologici della regione, ottenuti attraverso l'analisi di informazioni da diverse stazioni dislocate territorialmente. Dopo il completamento con successo del Texas Weather Instruments Inc. Già da diversi anni commercia con successo stazioni meteorologiche completamente automatiche già pronte che non richiedono manutenzione umana. Inoltre, la popolarità di tali dispositivi è così grande in tutto il mondo che Dallas Semiconductor Corp. è stato costretto ad avviare la produzione di un chipset WS-1 specializzato, che include una serie di componenti a filo singolo, il minimo richiesto per costruire una stazione del genere. Un set completo di tali sistemi per numerosi utenti di tutto il mondo, comprese schede per l'autoassemblaggio, elementi meccanici e strutturali certificati, è realizzato da AAG Electronica LLC. Un'area piuttosto promettente in cui i vantaggi della tecnologia di rete 1-Wire sono pienamente sfruttati ea cui la campagna Dallas Semiconductor Corp. presta particolare attenzione. è la gestione di fonti di energia chimiche autonome - batterie. Gestione qui significa, prima di tutto, l'identificazione rigorosa e completa delle fonti di energia, l'archiviazione nella memoria di ogni singolo dispositivo elettronico integrato nella batteria delle sue caratteristiche costruttive e delle singole caratteristiche tecniche, il monitoraggio più completo dei loro principali parametri operativi durante l'intera vita utile, nonché la formazione corretta azione di controllo associata al ripristino della carica della fonte energetica autonoma servita.
La scelta di un algoritmo di ricarica della batteria dipende in gran parte dalla corretta gestione e dalla conoscenza della storia del funzionamento della batteria, che è direttamente correlata all'efficienza d'uso e alla durata di molti tipi di batterie. Per fare ciò, ciascuna delle batterie delle strutture energetiche multielemento (soprattutto per dispositivi mobili e gruppi di continuità) viene fornita con un singolo componente a filo singolo, trasformandosi essenzialmente in un elemento di sistema intelligente di alimentazione autonoma. Numerosi microcircuiti prodotti dall'azienda sono associati a questa direzione. Dallas Semiconductor Corp. oggi domina il mercato dei sistemi di servizi intelligenti per le fonti di energia autonome, professando un nuovo approccio di rete integrata al problema della gestione degli elementi energetici. Allo stesso tempo vengono utilizzate soluzioni 1-Wire, che consentono di organizzare un bus multipunto per l'assistenza ai dispositivi di gestione e controllo della carica, che consente di accompagnare non solo le singole fonti di energia, ma anche intere batterie composte da tanti elementi simili separati. Inoltre, tali dispositivi sono in grado di fornire non solo l'identificazione o il più semplice controllo della temperatura delle batterie, ma anche il monitoraggio su vasta scala dei loro parametri principali (tensione, corrente, scarica, controllo del cortocircuito, ecc.) Durante l'intero periodo di funzionamento. I risultati accumulati da tali dispositivi vengono memorizzati nella memoria non volatile incorporata sotto forma di istogramma (DS2436) o sotto forma di matrice di letture sequenziali collegate a timestamp (DS2438).
Attualmente, la Dallas Semiconductor Corp. produce una gamma di cristalli di precisione per il monitoraggio, la gestione, la protezione e il controllo del recupero di carica di alimentatori autonomi di vario tipo e scopo (DS2720, DS2740, DS2751, DS2770, ecc.). Questi includono, tra l'altro, i cristalli della famiglia DS276#, che, a differenza di altre modifiche di dispositivi simili che richiedono tubazioni esterne utilizzando componenti passivi precisi e stabili, forniscono una maggiore precisione nel controllo della corrente consumata dalla batteria monitorata. Ciò si ottiene, tra l'altro, grazie al circuito resistivo calibrato integrato (shunt) realizzato secondo una speciale tecnologia dei semiconduttori, nonché grazie alla presenza di uno speciale meccanismo di pre-calibrazione hardware-software nella composizione di tale dispositivi. Limitazioni e interfacciamento con reti industriali Naturalmente, le reti 1-Wire hanno una propria nicchia per l'utilizzo nei sistemi di automazione degli edifici. Non ha senso utilizzarli seriamente per trasmettere grandi quantità di informazioni, quando si costruiscono, ad esempio, sistemi di videosorveglianza o scambi ad alta velocità relativi alla manutenzione di processi veloci, o per confrontare le capacità delle reti a filo singolo con una rete industriale così potente interfacce come ProfiBus, FeldBus, LonWorks, CAN, Industrial Internet, ecc. È persino possibile formulare le principali restrizioni per oggi per l'uso di sistemi basati su reti 1-Wire unifilari nel campo dell'automazione:
Come si può vedere dalle osservazioni riportate tra parentesi, anche queste evidenti difficoltà per le reti 1-Wire non sono insormontabili. Inoltre, ci sono approcci che consentono l'integrazione organica di strutture lente a filo singolo geograficamente disperse in reti produttive come CAN e Internet industriale. Ciò è possibile attraverso l'uso di speciali soluzioni hardware e software implementate sulla base di moderni microcontrollori, nonché uno strumento di campagna unico Dallas Semiconductor Corp.. - Dispositivi TINI (Piccola interfaccia Internet). TINI400 è un intero microsistema basato su un processore centrale, implementato su un microcontrollore di rete ad alte prestazioni DS80C400, che combina le risorse di una serie di interfacce di rete più comuni, come: RS232, 1-Wire, CAN 2.0B, Ethernet, per non parlare della possibilità di utilizzare un backbone sincrono parallelo a sedici bit, nonché nodi autonomi per l'organizzazione di interfacce I2C e SPI seriali locali standard. Inoltre, la scheda TINI400 contiene 1 MB di memoria di programma Flash, 1 MB di SRAM, un nodo di clock in tempo reale, una batteria al litio e un numero di identificazione del silicio. Il TINI400 esegue un potente ambiente operativo che include il supporto per TCP/IP e Java Virtual Machine, che è stato accuratamente sviluppato e testato sulla precedente generazione di TINI, la scheda TINI390. Quest'ultimo è determinato dal fatto che la tecnologia di supporto software per TINI390 è stata sviluppata nel corso degli anni da Dallas Semiconductor Corp. insieme ai dipendenti di Sun Microsystems, Inc., pur essendo un progetto completamente aperto. Questo approccio ci ha permesso di ottenere il feedback più efficace dagli utenti finali, che ha contribuito a identificare ed eliminare la maggior parte delle carenze del software. E ora sul sito web di Dallas Semiconductor Corp. è possibile trovare tutta la documentazione necessaria e gli strumenti di sviluppo software, che facilitano notevolmente la costruzione di sistemi di monitoraggio e controllo remoti locali unifilari basati sul dispositivo TINI, combinando i vantaggi di veloce e produttivo, ma costoso, e lento, ma economico e interfacce efficienti. In conclusione, è necessario rilevare ancora una volta l'assoluta efficienza e razionalità dell'utilizzo della tecnologia 1-Wire nei sistemi di automazione di controllo e gestione degli edifici per una varietà di apparecchiature disperse, quando non è richiesta una manutenzione ad alta velocità, ma sono richieste flessibilità e scalabilità significative a bassi costi di implementazione. Pubblicazione: cxem.net
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