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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Interface de 1 fio. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / informática O que é 1 fio? A interface 1-Wire de fio único, desenvolvida no final dos anos 90 pela Dallas Semiconductor Corp., é regulamentada por desenvolvedores para uso em três áreas de aplicação principais:
Se a primeira aplicação é amplamente conhecida no mercado mundial e há muito tempo é merecidamente popular, e a segunda fornece com sucesso a capacidade de reorganizar facilmente as funções de componentes semicondutores com um pequeno número de pinos externos produzidos pela Dallas Semiconductor Corp., então os sistemas de automação baseados em um barramento 1-Wire ainda não receberam o devido reconhecimento. Anteriormente, esta situação era determinada por um conjunto extremamente limitado de componentes para organização de aplicações na área de automação. Porém, recentemente há cada vez mais relatos e exemplos específicos do uso da interface 1-Wire em diversas áreas, cada vez mais desenvolvedores demonstram interesse por esta tecnologia, que está associada, antes de tudo, a uma expansão significativa. da gama de componentes de fio único. Então, o que há de especial nesse padrão de rede? Com efeito, como meio de transmissão de informações através de uma linha de fio único, na maioria das vezes é possível utilizar um cabo telefônico normal e, portanto, a velocidade de troca neste caso não é alta. Porém, se você analisar cuidadosamente a maioria dos objetos que requerem automação, então para mais de 60% deles a velocidade máxima de serviço de 15,4 Kbps será mais do que satisfatória. E outras vantagens do 1-Wire, como:
Princípios básicos 1-Wire-net é uma rede de informação que utiliza uma linha de dados e uma retornável (ou barro) o fio. Assim, para implementar o ambiente de troca desta rede, podem ser utilizados cabos disponíveis contendo pares trançados não blindados de uma categoria ou outra, e até mesmo fio telefônico comum. Ao instalar esses cabos, eles não requerem nenhum equipamento especial, e o comprimento máximo de uma linha de fio único é limitado pelos desenvolvedores a 300 m. A base da arquitetura das redes 1-Wire é uma topologia de barramento comum, quando cada dispositivo é conectado diretamente a um único backbone, sem quaisquer conexões em cascata ou ramificações. Neste caso, a estrutura de rede com um conduzindo ou mestre e numerosos seguidores. Embora existam várias técnicas específicas para organizar a operação de sistemas de fio único no modo multimaster. A configuração de qualquer rede 1-Wire pode ser alterada arbitrariamente durante sua operação, sem interferir na operação e desempenho de todo o sistema como um todo, desde que essas alterações cumpram os princípios básicos de organização de um barramento monofilar. Este recurso é alcançado devido à presença no protocolo de interface 1-Wire de um comando especial para busca de dispositivos escravos (Pesquisar ROM), que permite identificar rapidamente novos participantes na troca de informações. A velocidade de processamento padrão para tal comando é de aproximadamente 75 nós de rede por segundo.
Devido à presença de um endereço individual exclusivo em qualquer dispositivo equipado com uma versão de rede de uma interface 1-Wire (a ausência de correspondências de endereço para dispositivos já produzidos pela Dallas Semiconductor Corp. é garantida pelo próprio fabricante), tal rede tem um espaço de endereço quase ilimitado. Ao mesmo tempo, cada um dos dispositivos de fio único está imediatamente pronto para uso como parte de uma rede de 1 fio, sem quaisquer modificações adicionais de hardware e software. Componentes de fio único são dispositivos semicondutores com clock automático, a base para a troca de informações entre eles é o controle das mudanças na duração dos intervalos de tempo dos sinais de pulso em um ambiente de fio único e sua medição. A transmissão do sinal para a interface 1-Wire é assíncrona e half-duplex, e todas as informações que circulam na rede são percebidas pelos assinantes como comandos ou como dados. Os comandos de rede são gerados pelo mestre e fornecem várias opções para pesquisar e endereçar dispositivos escravos, determinar a atividade na linha mesmo sem endereçar diretamente componentes individuais, controlar a troca de dados na rede, etc.
A velocidade padrão da rede 1-Wire, que é de 15,4 Kbps, foi escolhida, em primeiro lugar, para garantir a máxima confiabilidade na transmissão de dados em longas distâncias e, em segundo lugar, levando em consideração a velocidade dos tipos de microcontroladores mais utilizados, que deve ser usado principalmente na implementação de barramentos mestres de fio único. Este valor da taxa de câmbio pode ser reduzido a qualquer valor possível introduzindo um atraso forçado entre a transmissão de bits de dados individuais para a linha (alongamento dos intervalos de tempo do protocolo). Ou é aumentado mudando para um modo de troca acelerado especial (velocidade Overdrive - até 125 Kbps), que é permitido para certos tipos de componentes de fio único em uma linha de comunicação de curta distância e alta qualidade que não está sobrecarregada com outros dispositivos.
Ao implementar uma interface de fio único, são usados níveis lógicos CMOS/TTL padrão, e a maioria dos componentes de fio único pode ser alimentada por uma fonte externa com uma tensão operacional na faixa de 2,8 V a 6,0 V. Uma alternativa ao uso de energia externa é o chamado mecanismo de energia parasita, cujo efeito é usar cada um dos componentes escravos da linha de 1 fio de pulsos de energia elétrica transmitidos através do barramento de dados, que é acumulado por uma capacidade especial embutido no dispositivo.Além disso, componentes individuais redes de fio único podem usar o modo de energia do barramento de dados, quando a energia é fornecida ao receptor diretamente do mestre por meio da linha de comunicação e a troca de informações na rede é interrompida à força.
Talvez a qualidade mais atraente da tecnologia 1-Wire seja a excepcional facilidade de configuração, depuração e manutenção de uma rede de praticamente qualquer configuração construída de acordo com este padrão. Na verdade, para começar, tudo que você precisa é de qualquer computador pessoal, um adaptador de linha de 1 fio barato e um adaptador distribuído gratuitamente pela Dallas Semiconductor Corp. Programas iButton Viewer. Com este pequeno número de componentes, o controle e o gerenciamento de uma rede de quase qualquer complexidade, construída com base em componentes padrão de fio único, podem ser organizados literalmente em poucos minutos. O programa iButton Viewer, neste caso, permite, com o máximo conforto para o desenvolvedor, identificar qualquer um dos dispositivos escravos monofio da linha e verificar totalmente a exatidão de seu funcionamento como parte da rede configurada. Organização de líderes Certos tipos de adaptadores que permitem que qualquer computador pessoal funcione como mestre de rede de 1 fio são produzidos pela própria Dallas Semiconductor Corp. Estes incluem adaptadores para uma porta paralela tipo DS1410E, para uma porta COM tipo DS9097E e DS9097U, para uma porta USB tipo DS9490R. Esses dispositivos possuem diferentes funcionalidades e recursos de design, o que proporciona ao desenvolvedor a máxima liberdade de escolha na hora de projetar. E se o usuário tiver um pouco de habilidade na criação de equipamentos eletrônicos, é fácil montar de forma independente o circuito de um adaptador de rede simples de 1 fio para um computador a partir de um pequeno número de componentes eletrônicos disponíveis.
Freqüentemente, o mestre de um barramento de fio único não é um computador, mas um simples microcontrolador universal. Para organizar sua interface com uma rede 1-Wire, são utilizados vários métodos de software e hardware. Desde o mais simples, quando o programa de controle do controlador implementa totalmente o protocolo de interface 1-Wire em um de seus pinos bidirecionais funcionais associados a uma linha de fio único, até opções que liberam recursos significativos do controlador através do uso de chips especializados para interface com um Rede de 1 fio. Esses microcircuitos são conectados ao processador, que desempenha o papel de barramento mestre de fio único, por meio de nós periféricos de entrada/saída que fazem parte de qualquer microcontrolador universal. Por exemplo, o DS1481 foi projetado para ser conectado diretamente aos pinos de função de comunicação paralela do controlador. E para organizar um sistema mestre de fio único baseado em microcontroladores com fonte de alimentação de 3 volts, são fornecidos microcircuitos DS1482 passivos, que coordenam com os níveis de sinal de uma rodovia padrão de 1 fio. Se o mestre de linha de fio único precisar ser organizado com base em um nó de interface serial UART de microcontrolador padrão, o chip DS2480B será usado e o chip DS2490 adaptará a linha de fio único para operar a partir do nó de interface UBS integrado. Ambos os microcircuitos implementam o chamado mecanismo programável para puxar ativamente o barramento de dados de 1 fio, o que garante transmissão de sinal de alta qualidade em longas linhas problemáticas e aumenta a capacidade de carga do mestre em termos do número de dispositivos escravos que ele atende. A propósito, a maioria dos adaptadores para computadores pessoais mencionados acima também são construídos com base em microcircuitos semelhantes. Além disso, tendo em conta as peculiaridades dos ambientes operacionais Windows modernos, a utilização destes componentes específicos, que são essencialmente máquinas digitais controladas através de uma interface serial, fornece serviço em grande escala de linhas de fio único em tempo real. Ao construir sistemas microprocessadores completos e complexos que têm falta de tempo de computador para implementar o protocolo 1-Wire, a ideia mais racional é atribuir uma tarefa separada de manutenção de uma linha de fio único a uma unidade especial de um VLSI customizado ou semipersonalizado. , para posterior interface de tal máquina digital, através do backbone do sistema, diretamente com o nó principal do processador. Dallas Semiconductor Corp. até desenvolveu um conjunto de recomendações para organizar tal nó chamado DS1WM, que foi implementado, entre outras coisas, por especialistas da Xilinx Inc. na forma de um exemplo prático completo para matrizes ajustáveis programáveis das famílias Virtex e Spartan. Além disso, a Dallas Semiconductor Corp., que também é conhecida como fornecedora de controladores clones MCS51 de alta velocidade, produz um microcontrolador de comunicações especializado DS80C400, que contém uma máquina de suporte ao protocolo de 1 fio embutida no chip com a capacidade de implementar um pull ativo mecanismo de subida.
A direção associada ao uso de computadores de bolso (ou PDA (Personal Digital Assistant)) das plataformas populares PalmOS, Handspring e WinCE/PocketPC para manutenção de componentes de fio único, incluindo aqueles que operam como parte de redes de 1 fio, também parece bastante promissor. Ao mesmo tempo, para conectar o PDA a um barramento de fio único, são utilizados adaptadores de porta serial especializados, que se caracterizam pelo baixo consumo e são construídos com base em soluções de circuito que utilizam os chips de interface mencionados acima com um 1- Linha de arame. Esta abordagem é atualmente a mais racional ao organizar sistemas 1-Wire autônomos e móveis. O problema de preparar software para controlar o mestre de linha ao atender redes de 1 fio também não parece insolúvel. por Dallas Semiconductor Corp. iButton TMEX SDK é um pacote de desenvolvimento de software profissional distribuído gratuitamente, que é uma ferramenta universal para programadores profissionais, que simplifica muito o processo de criação de programas para manutenção de dispositivos de fio único conectados por meio de tipos padrão de adaptadores a computadores pessoais equipados com sistema operacional Windows . Ele contém um conjunto de drivers e utilitários depurados para implementar um protocolo 1-Wire em grande escala. O iButton TMEX SDK usa uma API de software padronizada especial como interface para interação com o desenvolvedor. Além disso, do servidor FTP da campanha Dallas Semiconductor Corp. Vários exemplos de implementação do protocolo 1-Wire para alguns dos tipos mais populares de microprocessadores estão disponíveis gratuitamente, bem como bibliotecas prontas de módulos de software funcionais de interface de fio único para várias plataformas de software. Componentes de fio único acionados
Os componentes escravos de fio único contendo uma interface de 1 fio estão disponíveis em dois tipos diferentes. Seja em caixas MicroCAN, semelhantes em aparência a uma bateria de disco metálico, ou em caixas convencionais para montagem em uma placa de circuito impresso. O case MicroCAN é oco por dentro. Desempenha a função de proteger o cristal semicondutor do microcircuito monofio nele contido, que está conectado ao mundo exterior apenas através de duas metades da caixa, isoladas uma da outra, que são essencialmente placas de contato para conexão de um monofio. linha. Como regra, os dispositivos iButton são fornecidos em caixas semelhantes de “tablets”. Os componentes destinados ao uso em redes 1-Wire são embalados em caixas plásticas utilizadas na fabricação de transistores e circuitos integrados. Essa abordagem é explicada pelo fato de que, diferentemente dos dispositivos iButton, os dispositivos de fio único para redes de 1 fio geralmente possuem mais de dois pinos. Além dos pinos necessários para a troca de dados em uma rodovia de fio único, eles possuem pinos adicionais necessários para fornecer energia e organizar circuitos externos conectando tais dispositivos a objetos de automação, por exemplo, sensores ou atuadores. Os componentes escravos de fio único mais simples incluem o número de série de silício DS2401 (ou uma versão modificada deste dispositivo com fonte de alimentação externa DS2411) e a chave eletrônica DS2405, controlada por meio de uma interface de 1 fio. O primeiro desses dispositivos é frequentemente usado como uma etiqueta eletrônica que permite identificar o estado de, por exemplo, uma chave mecânica que comuta a linha de dados de uma interface de fio único. Usando o DS2405, você pode executar remotamente funções simples de comutação de equipamentos externos, alterando o estado da chave controlada em relação ao condutor de retorno da linha de 1 fio.
No entanto, os componentes escravos mais populares, com base nos quais talvez seja implementado o maior número de aplicações, são certamente os termômetros digitais do tipo DS18S20 (mais conhecido pela designação do dispositivo DS1820 descontinuado, que não é mais produzido, mas tem conseguiu se tornar uma marca internacional). As vantagens desses termômetros digitais do ponto de vista da organização rodoviária, em comparação com quaisquer outros sensores de temperatura integrais, bem como boas características metrológicas e boa imunidade a ruídos, os colocam em primeiro lugar na construção de sistemas de controle de temperatura multiponto na faixa de -55°C a +125° COM.
Eles permitem não apenas o monitoramento direto da temperatura em tempo real, mas também, graças à presença de uma memória não volátil integrada de configurações de temperatura, podem fornecer sinalização prioritária à linha sobre o fato de o parâmetro controlado ultrapassar o valores especificados. Além disso, são fornecidos dispositivos DS18B20 mais avançados, cuja velocidade de conversão é determinada pela profundidade de bits do resultado, que é programada pelo mestre de linha diretamente durante seu serviço. O código digital lido nesse termômetro é um resultado direto do valor da temperatura medida e não requer conversões adicionais. E sua versão não calibrada, mas ao mesmo tempo mais barata, designada DS1822, parece ser a solução ideal para desenvolvedores de sistemas de controle de temperatura multiponto baratos. Para consumidores que utilizam apenas o modo parasita de fio único, a Dallas Semiconductor Corp. produz dispositivos econômicos de dois terminais - DS18S20-PAR, DS18B20-PAR, DS1822-PAR. A empresa russa Rainbow Technologies recebeu um certificado do Russian State Standard para aprovação como instrumentos de medição, incluindo termômetros digitais de fio único DS1822, DS18B20, DS18S20, DS1920, fabricados pela Maxim Integrated Products, Inc., que inclui Dallas Semiconductor Corp. Confirmando esse fato, há um documento informando que esses tipos de dispositivos estão registrados no Registro Estadual de Instrumentos de Medição sob o número 23169-02 e são aprovados para uso na Federação Russa.
Um ADC de fio único de quatro canais do tipo DS2450 e um contador de fio único de dois canais combinados com uma memória buffer do tipo DS2423 permitem resolver problemas associados à digitalização de sinais analógicos e de tempo de pulso. O primeiro desses dispositivos resolve essencialmente o problema de manutenção de fontes de informação analógica como parte de redes 1-Wire, que incluem a maioria dos sensores produzidos atualmente de várias grandezas físicas (pressão, peso, tensão, umidade, corrente, iluminação, aceleração, mesma temperatura, mas em faixas inacessíveis para registro através do uso de termômetros digitais, etc.). O segundo dispositivo pode servir com sucesso muitos tipos de sensores de pulso usados em tecnologia (vários contadores ópticos, sensores de velocidade, sinal de saída de medidores de vazão rotativos, sensores capacitivos de umidade incluídos nos circuitos de acionamento de geradores de pulso controlados, medidores de nível de radiação integrando tensão-para- conversores de frequência, etc.). Mesmo assim, os “blocos de construção” mais indispensáveis subjacentes à base das redes de automação de fio único são interruptores universais de transistor endereçáveis duplos do tipo DS2406P (uma versão moderna dos conhecidos dispositivos DS2407P).
Com base nestes dispositivos podem ser implementadas diversas aplicações e, sobretudo, unidades de monitoramento de estados lógicos (níveis) e circuitos de serviço para sensores de contato seco, bem como diversos circuitos chave. Assim, é através da utilização destes componentes que é recolhida informação discreta de sensores geograficamente dispersos (monitores de portas, contactores de posição de válvulas, quaisquer sensores com saída SIM/NÃO, como posição, passagem, presença, alarmes de incêndio e segurança, etc. ...). Dispositivos semelhantes fornecem controle de comutação para qualquer tipo de equipamento de energia que possua dois estados de operação: ligado/desligado (aquecedores, condicionadores de ar, motores, ventiladores, válvulas, etc.). Além disso, os pinos bidirecionais e individualmente programáveis do DS2406P podem ser usados para fornecer uma interface serial lenta entre um microcontrolador local e uma rede de 1 fio. Apesar da baixa velocidade de implementação deste método de troca de informações em uma rede de fio único, quando um bit de dados é transmitido em duas mensagens padrão, esta solução é aceitável e confiável o suficiente para um grande número de aplicações específicas. No entanto, a própria Dallas Semiconductor Corp. Como uma “ponte” padrão de troca entre quaisquer circuitos construídos em microcontroladores de vários tipos e redes de 1 fio, recomenda-se o uso de memória estática especializada de porta dupla DS2404. Como o conjunto de memória deste dispositivo pode ser acessado tanto a partir de um barramento de fio único quanto de uma interface serial escrava controlada por um microcontrolador, a troca de informações entre o mestre da rede e o dispositivo inteligente escravo resolvendo qualquer problema local é bastante fácil. Além disso, graças à presença de um relógio de tempo real adicional e uma unidade de calendário no chip DS2404, é possível fornecer dados armazenados pelo processador em um conjunto de memória comum com carimbos de data/hora individuais. Baseado no nó de relógio em tempo real do cristal DS2404 da Dallas Semiconductor Corp. Estão sendo produzidos mais dois componentes que são muito úteis para a criação de sistemas de automação de fio único. Esses dispositivos são DS2415 e DS2417. Usando qualquer um desses dispositivos, você pode organizar um relógio/calendário barato com uma interface de rede de fio único. Além disso, o segundo dispositivo, devido à presença de um pino de interrupção separado, também pode controlar adicionalmente a comutação horária de equipamentos externos ou garantir a sincronização do funcionamento de outros dispositivos com os processos que ocorrem na linha 1-Wire. O potenciômetro digital DS2890, equipado com uma interface de rede de 1 fio, expande significativamente as capacidades das redes de fio único para controle analógico de equipamentos dispersos, incluindo energia. Usando este dispositivo, você pode criar uma ampla variedade de sistemas de controle remoto sem choque, graças à capacidade de alterar suavemente o sinal de controle analógico em 256 gradações.
Com toda a variedade de componentes de fio único, fica claro que o mais versátil deles é o exclusivo dispositivo DS2408. Esta é uma porta de entrada/saída bit a bit livremente programável individualmente bidirecional de oito bits em um barramento de 1 fio, que permite implementar qualquer interface entre um dispositivo externo de qualquer modificação e uma linha de fio único. Este dispositivo possui um pino de clock externo bidirecional que fornece clock de hardware de dados transmitidos ou recebidos. O uso do chip DS2408 torna possível fornecer controle através de um barramento de 1 fio: entrada/saída bidirecional concentrada em 8 canais independentes, dinâmica de drive, indicadores e displays de cristal líquido de vários tipos, teclados de matriz de varredura e sensores discretos de vários tipos , e também permite implementar interface verdadeiramente em grande escala com vários tipos de microcontroladores, tanto em modo serial quanto paralelo.
Alguns componentes das redes 1-Wire contêm uma matriz de memória permanente (preenchida uma vez pelo usuário) ou não volátil de um tamanho ou de outro. Isso permite armazenar informações de serviço especiais relacionadas ao uso de um componente específico e as características de seu uso (identificador, localização territorial, coeficientes de calibração, dimensão, configurações padrão, etc.) diretamente como parte de um dispositivo de fio único. Graças a isso, para organizar o funcionamento de cada nova rede monofilar, não há necessidade de preparar um software especial separado, basta ter um programa padrão, que é reconfigurado dependendo das especificidades de um determinado sistema (claro, se a memória de todos os componentes do sistema 1-Wire for preenchida de acordo com certas regras estipuladas pré-definidas). Se, durante a operação do sistema, for necessário armazenar quantidades adicionais de informações, o desenvolvedor tem à sua disposição dispositivos especiais de fio único contendo memória permanente (DS2502/ DS2505/ DS2506) e não volátil (DS2430A/ DS2432/ DS2433) de vários tamanhos.
Toda uma gama de componentes da família iButton em caixas MicroCAN também pode ser usada como parte de redes 1-Wire como dispositivos escravos de fio único que resolvem problemas específicos de identificação, acumulação, armazenamento e transferência de informações. Por exemplo, para implementar o procedimento de identificação em sistemas de automação industrial, o uso de etiquetas eletrônicas vestíveis comuns DS1990A geralmente é suficiente. E o monitoramento de temperatura multiponto pode ser facilmente realizado por uma rede de vários dispositivos DS1921# ou outros dispositivos TERMOCHRON, cada um dos quais registra valores de temperatura medidos em determinados intervalos de tempo predeterminados e armazena as informações recebidas em sua própria memória não volátil. , sendo essencialmente um registrador de temperatura “programável”. Para resolver o problema de transferência de dados acumulados por um sistema autônomo 1-Wire para um computador pessoal, são produzidos vários dispositivos iButton, que neste caso desempenham o papel dos chamados tablets de transporte. Tais dispositivos, em primeiro lugar, incluem não- dispositivos de memória volátil, incluindo a composição de seu design é uma bateria de lítio. Esta é toda uma série de tablets "de DS1992 (1Kbit) a DS1996 (64Kbit), e entre eles, claro, está a modificação DS1994 (4Kbit), que contém adicionalmente uma unidade de relógio em tempo real, conveniente para gerar carimbos de data e hora de dados armazenados ou para organizar registradores de recursos autônomos.
Além disso, dispositivos com memória apagável eletricamente, como modificações EEPROM DS1971 (32 bytes), DS1973 (512 bytes) e DS1977 (32 KB) podem ser usados para os mesmos fins. Ao mover grandes quantidades de informações, o “tablet” de transporte é conveniente para usar em conjunto com um adaptador de porta USB tipo DS9490B, que fornece altas velocidades de transferência ao trocar dados entre o dispositivo iButton e um computador pessoal. Se estamos falando apenas de resolver o problema de acumulação e armazenamento de dados em uma rede 1-Wire, qualquer um dos “tablets” de transporte listados acima pode ser facilmente incluído em tal rede. Neste caso, para conectar dispositivos em invólucros MicroCAN a condutores de linha de fio único, são utilizadas travas especiais, como DS9100 ou DS9098P, ou pinças mais simples, como DS9094. Do ponto de vista da implementação do circuito de uma interface de fio único e da estabilidade de operação em linhas problemáticas, todos os componentes escravos de fio único diferem historicamente entre si, sendo divididos em grupos: 1. DS2401, DS2405 - os primeiros dispositivos com interface de 1 fio em caixas plásticas, completamente semelhantes em design de circuito aos primeiros modelos de dispositivos iButton, que eram orientados para trabalhar em barramentos curtos (até 1994), 2. DS1820, DS2407P, DS2450, DS2404, DS2415, DS2417, DS1920, etc. - a segunda versão, especialmente orientada para a operação em linhas longas (até 2000, estes componentes foram praticamente descontinuados), 3. DS18S20, DS18B20, DS1822, DS2438, DS2406P, DS2409, DS2890, DS1973, etc. - a terceira opção, mais resistente a colisões na rodovia 1-Wire em relação à anterior (desde 2000), 4. DS2411, DS2408, DS1921#, DS1977, etc. - a opção mais recente, a de maior sucesso em termos de confiabilidade do circuito de interface 1-Wire (desde 2003). Linha de comunicação e topologia O projeto de uma linha de comunicação de fio único desempenha um papel importante na construção de redes de 1 fio. Via de regra, tais linhas possuem uma estrutura composta por três condutores principais: DADOS - barramento de dados, RET - fio de retorno ou terra, EXT_POWER - fonte de alimentação externa não apenas para os dispositivos escravos atendidos, mas também para sensores externos e circuitos de controle relativos a eles. Dependendo do método de assentamento, do emparelhamento com dispositivos escravos e dos materiais utilizados para o assentamento, de acordo com a tabela a seguir, existem três opções principais de qualidade para a organização de redes 1-Wire, cada uma das quais envolve o uso de tecnologia e acessórios especiais quando implementação da linha.
Muitas vezes, ao organizar redes complexas de fio único, para facilitar a fiação de uma linha de comunicação, reduzindo seu comprimento ou reduzindo a carga elétrica na linha devido à redução de dispositivos trabalhando simultaneamente nela, é necessário fornecer uma árvore -estrutura semelhante ou radial do tronco, significativamente diferente da estrutura do ônibus geral. Para tanto, são utilizadas ramificações de redes 1-Wire de um ou vários níveis. O principal elemento na construção de tais ramais é uma chave endereçável regular do tipo DS2406, que fornece ramificação comutando o fio de retorno de uma linha de fio único, ou um divisor DS2409 especializado, que comuta diretamente os dados da linha de 1 fio ônibus. A última opção é mais preferível porque os componentes do ramal desconectado acionado pelo divisor permanecem sempre no estado ativo. A manutenção alternativa de cada ramificação pelo mestre da rede, com as ramificações restantes desativadas, pode aumentar significativamente o comprimento total da linha e o número de dispositivos escravos nela. Se a organização de um sistema de 1 fio em um computador pessoal estiver associada a dificuldades especiais, é ideal usar um adaptador inteligente para uma porta COM do tipo LINK. É implementado em um microprocessador. Ao mesmo tempo, o dispositivo, emulando completamente do lado da porta serial o funcionamento do popular adaptador DS9097U, fabricado pela Dallas Semiconductor Corp., e assim suportando todos os softwares anteriormente desenvolvidos para computadores pessoais, graças ao seu próprio integrado recursos intelectuais, implementa um modo de operação preferencial para dispositivos de fio único em dispositivos problemáticos de fio 1. Linhas de fio em ambientes de interferência complexa. O LINK melhora repetidamente o mecanismo de pull-up ativo na linha, o que torna possível obter sinais de troca verdadeiramente ideais com comprimentos de cabo superiores a 300 metros e o número de componentes de fio único acompanhados superior a 100 peças, e o uso de digital os algoritmos de filtragem pelo processador do dispositivo melhoram muito a resistência da linha de fio único atendida à interferência eletromagnética. Formulários Inúmeros fatos indicam o reconhecimento do barramento monofilar como padrão internacional e a seriedade dessa interface por parte de veneráveis desenvolvedores e fabricantes de eletrônicos. Por exemplo, praticamente não existe um único microcontrolador universal, na literatura sobre o uso de quais métodos para organizar um mestre de linha de fio único em sua base não seriam discutidos.
O defensor mais consistente do uso da tecnologia de rede 1-Wire na área de automação é a empresa americana Embedded Data Systems, LLC (sucessora da PointSix, Inc.). Pode-se dizer que esta campanha se destacou ao apresentar e divulgar as conquistas do barramento monofilar na área de automação. E isto, apesar de a principal área da sua actividade não ser a automatização de estufas e nem a criação de sistemas de alarme de incêndio, mas sim o desenvolvimento de ferramentas e sistemas para a manutenção de ramos de alta tecnologia da engenharia mecânica e da indústria química. , e até mesmo a criação de equipamentos experimentais e científicos únicos. Isto é confirmado pela vasta gama de produtos produzidos pela empresa (diversas sondas para medição de altas e baixas temperaturas, sensores de humidade, pressão e acidez com funções especiais, sensores ópticos especiais, placas de aquisição de informação, dispositivos de interface com diversos equipamentos analíticos e muito mais ) e cada um dos dispositivos contém elementos da tecnologia de fio único.
Exemplos promissores no campo da aplicação da tecnologia 1-Wire para automação incluem, sem dúvida, as atividades de fabricantes globais conhecidos como SYSTRONIX ou AAG Electronica. LLC.
Linhas de ferramentas completas, bem como numerosos exemplos de sua utilização, e um alto índice de vendas dos produtos fornecidos, nos permitem falar do sucesso e da demanda pelo conceito de barramento monofio utilizado por essas empresas para solucionar uma ampla variedade de problemas distribuídos. problemas de automação.
Outro exemplo que demonstra claramente na prática as capacidades da tecnologia de barramento de fio único é o projeto de construção de estações meteorológicas totalmente automáticas (1-Wire Weather Station), que foi desenvolvido em conjunto pela PointSix, Inc., AAG Electronica LLC, Dallas Semiconductor Corp. e Texas Weather Instruments, Inc. No início (em meados dos anos 90), foram criados vários sistemas experimentais, construídos com base num computador pessoal líder com um adaptador DS9097U, que é o coração do complexo, três termómetros DS18S20 que realizam o controlo de temperatura, um DS2438 microcircuito para manutenção do sensor de umidade do ar, um componente DS2423 para determinar a velocidade do vento e 16 etiquetas eletrônicas DS2401 que determinam sua direção. Esses primeiros sistemas meteorológicos foram instalados e testados com sucesso durante um longo período no Texas. Além disso, alguns deles foram equipados com soluções adicionais de fio único que forneciam monitoramento dos sinais dos sensores: pressão barométrica, queda de raios, quantidade de precipitação na superfície, atividade solar, umidade do solo, etc. Os dados de todos os sensores, registados por cada um destes sistemas, entravam num computador pessoal e eram transmitidos via Internet em tempo real para a consola central do operador, onde eram recebidos e arquivados os dados meteorológicos da região, obtidos através da análise de informação de vários estações geograficamente dispersas. Após a conclusão bem-sucedida do projeto, a Texas Weather Instruments Inc. Há vários anos, ela vende com sucesso estações meteorológicas prontas e totalmente automáticas que não requerem manutenção humana. Além disso, a popularidade de tais dispositivos é tão grande em todo o mundo que a Dallas Semiconductor Corp. foi forçada a iniciar a produção de um chipset WS-1 especializado, que inclui um conjunto de componentes de fio único, o mínimo necessário para construir tal estação. E o pacote completo de tais sistemas para inúmeros usuários de todo o mundo, incluindo placas para automontagem, elementos mecânicos e estruturais certificados, é realizado pela AAG Electronica LLC. Uma área bastante promissora na qual as vantagens da tecnologia de rede 1-Wire são plenamente utilizadas e à qual a campanha da Dallas Semiconductor Corp. é o gerenciamento de fontes autônomas de energia química – baterias recarregáveis. Gestão aqui significa, antes de tudo, identificação rigorosa e completa das fontes de energia, armazenando na memória de cada dispositivo eletrônico individual embutido na bateria as características de sua fabricação e características técnicas individuais, o monitoramento mais completo de seus principais parâmetros operacionais ao longo de sua toda a vida útil, bem como a formação correta ação de controle associada à restauração da carga da fonte de energia autônoma atendida.
A escolha do algoritmo de recarga depende em grande parte do gerenciamento adequado e do conhecimento do histórico operacional da bateria, que está diretamente relacionado à eficiência de uso e vida útil de diversos tipos de baterias. Para isso, cada uma das baterias de estruturas de energia multicelulares (especialmente para dispositivos móveis e fontes de alimentação ininterruptas) é equipada com um componente individual de fio único, transformando-se essencialmente em um elemento de sistema inteligente de fonte de alimentação autônoma. Toda uma gama de microcircuitos produzidos pela empresa está associada a esta área. Dallas Semiconductor Corp. hoje domina o mercado de sistemas inteligentes de manutenção para fontes de alimentação autônomas, ao mesmo tempo que professa uma nova abordagem de rede integrada para o problema de gerenciamento de elementos de energia. Ao mesmo tempo, soluções 1-Wire são utilizadas para organizar um barramento multiponto para manutenção de dispositivos de gerenciamento e controle de carga, o que permite manter não apenas fontes de energia individuais, mas também baterias inteiras compostas por muitos elementos individuais semelhantes. Além disso, tais dispositivos são capazes de fornecer não apenas identificação ou simples controle de temperatura das baterias, mas também monitoramento em escala real de seus principais parâmetros (tensão, corrente, descarga, controle de curto-circuito, etc.) durante todo o tempo de operação. Os resultados acumulados por tais dispositivos são armazenados na memória não volátil incorporada na forma de um histograma (DS2436) ou na forma de uma matriz de leituras sequenciais ligadas a carimbos de data/hora (DS2438).
A campanha da Dallas Semiconductor Corp. está em andamento. produz uma linha de cristais de precisão para monitoramento, gerenciamento, proteção e controle de restauração de carga de fontes de alimentação autônomas de diversos tipos e finalidades (DS2720, DS2740, DS2751, DS2770, etc.). Estes incluem, entre outras coisas, cristais da família DS276#, que, ao contrário de outras modificações de dispositivos semelhantes que requerem fiação externa usando precisão e componentes passivos estáveis, proporcionam maior precisão no monitoramento da corrente consumida pela bateria controlada. Isto é conseguido, entre outras coisas, devido a um circuito resistivo calibrado integrado (shunt), feito com tecnologia especial de semicondutores, bem como devido à presença de um mecanismo especial de pré-calibração de hardware-software em tais dispositivos. Limitações e interface com redes industriais É claro que as redes 1-Wire têm seu nicho para uso em sistemas de automação predial. Não faz sentido usá-los seriamente para transmitir grandes quantidades de informações, ao construir, por exemplo, sistemas de vigilância por vídeo ou troca de alta velocidade associada à manutenção de processos rápidos, ou comparar as capacidades de redes de fio único com redes industriais tão poderosas. interfaces como ProfiBus, FeldBus, LonWorks, CAN, Internet Industrial, etc. É ainda possível formular as principais limitações atuais para a utilização de sistemas baseados em redes monofio 1-Wire na área de automação:
Como pode ser visto nos comentários entre parênteses, mesmo essas dificuldades óbvias para redes de 1 fio não são intransponíveis. Além disso, existem abordagens que tornam possível integrar perfeitamente estruturas lentas, de fio único e geograficamente dispersas em redes produtivas como CAN e a Internet Industrial. Isto é possível através do uso de soluções especiais de hardware e software implementadas com base em microcontroladores modernos, bem como de uma ferramenta exclusiva da campanha Dallas Semiconductor Corp. - Dispositivos TINI (Interface de Internet minúscula). TINI400 é um microssistema completo, cuja base é um processador central implementado em um microcontrolador de rede de alto desempenho DS80C400, que combina os recursos de uma série de interfaces de rede mais comuns, como: RS232, 1-Wire, CAN 2.0B , Ethernet, sem falar na possibilidade de utilização de barramento síncrono paralelo de dezesseis bits, além de nós autônomos para organização de interfaces seriais locais padrão I2C e SPI. Além disso, a placa TINI400 contém 1 MB de memória Flash de software, 1 MB de SRAM, um conjunto de relógio em tempo real, uma bateria de lítio e um ID de silício. O TINI400 opera sob um poderoso ambiente operacional, que inclui suporte para TCP/IP e a máquina virtual Java, que foi cuidadosamente desenvolvida e testada no modelo TINI da geração anterior - a placa TINI390. Este último é determinado pelo fato de que a tecnologia de suporte de software para TINI390 foi desenvolvida ao longo de vários anos por especialistas da Dallas Semiconductor Corp. junto com funcionários da Sun Microsystems, Inc., sendo um projeto totalmente aberto. Esta abordagem permitiu-nos obter o feedback mais eficaz dos utilizadores finais, o que ajudou a identificar e eliminar a maioria das deficiências do software. E agora no site da Dallas Semiconductor Corp. você encontra toda a documentação necessária e ferramentas de desenvolvimento de software, o que facilita muito a construção de sistemas locais de monitoramento e controle remoto de fio único baseados no dispositivo TINI, combinando as vantagens de rápido e produtivo, mas caro, e lento, mas barato e interfaces eficazes. Concluindo, é necessário observar mais uma vez a eficiência e racionalidade incondicional do uso da tecnologia 1-Wire na construção de sistemas de monitoramento e controle de automação para diversos equipamentos distribuídos, quando não é necessária alta velocidade durante a manutenção, mas flexibilidade e escalabilidade significativas são necessária a baixos custos de implementação. Publicação: cxem.net
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