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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Interface 1 fil. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / ordinateurs Qu'est-ce qu'un fil ? L'interface monofilaire 1-Wire, développée à la fin des années 90 par Dallas Semiconductor Corp., est réglementée par les développeurs pour une utilisation dans trois principaux domaines d'application :
Si la première application est largement connue sur le marché mondial et a longtemps été populaire à juste titre, et que la seconde offre avec succès la possibilité de reconfigurer facilement les fonctions des composants semi-conducteurs avec un petit nombre de broches externes fabriquées par Dallas Semiconductor Corp., alors les systèmes d'automatisation basés sur le bus 1-Wire n'ont pas encore reçu une reconnaissance adéquate. Auparavant, cette situation était déterminée par un ensemble extrêmement limité de composants pour organiser les applications dans le domaine de l'automatisation. Cependant, récemment, il y a eu de plus en plus de rapports et d'exemples spécifiques d'utilisation de l'interface 1-Wire dans divers domaines, de plus en plus de développeurs s'intéressent à cette technologie, ce qui est principalement dû à une expansion significative de la gamme d'interfaces monofilaires. Composants. Quelle est donc la particularité de cette norme de réseau ? En effet, comme support de transmission d'informations sur une ligne monofilaire, il est le plus souvent possible d'utiliser un câble téléphonique classique et, par conséquent, le taux d'échange dans ce cas n'est pas élevé. Cependant, si nous analysons attentivement la majorité des objets nécessitant une automatisation, alors pour plus de 60% d'entre eux le taux de service maximum de 15,4 Kbps sera plus que satisfaisant. Et d'autres avantages de 1-Wire tels que :
Les principes de base 1-Wire-net est un réseau d'information qui utilise une ligne de données et une consigné (ou terre) le fil. Ainsi, pour mettre en œuvre l'environnement d'échange de ce réseau, des câbles disponibles contenant des paires torsadées non blindées d'une catégorie ou d'une autre, et même du fil téléphonique ordinaire, peuvent être utilisés. De tels câbles lors de leur pose ne nécessitent aucun équipement spécial, et la limitation de la longueur maximale d'une ligne monofilaire est réglementée par les développeurs au niveau de 300 m. La base de l'architecture des réseaux 1-Wire est la topologie d'un bus commun, lorsque chacun des appareils est connecté directement à un seul backbone, sans connexions en cascade ni branches. Dans ce cas, la structure du réseau avec un de premier plan ou maître et nombreux suiveurs. Bien qu'il existe un certain nombre de méthodes spécifiques pour organiser le fonctionnement des systèmes monofilaires en mode multimaître. La configuration de tout réseau 1-Wire peut changer arbitrairement pendant son fonctionnement, sans interférer avec le fonctionnement et les performances de l'ensemble du système dans son ensemble, si les principes de base de l'organisation d'un bus monofilaire sont respectés lors de ces changements. Cette possibilité est obtenue grâce à la présence dans le protocole de l'interface 1-Wire d'une commande spéciale pour rechercher des dispositifs esclaves (Recherche ROM), ce qui vous permet d'identifier rapidement de nouveaux participants à l'échange d'informations. La vitesse de traitement standard pour une telle commande est d'environ 75 nœuds de réseau par seconde.
En raison de la présence d'une adresse individuelle unique dans tout appareil équipé d'une version réseau de l'interface 1-Wire (l'absence de correspondance d'adresse pour les appareils jamais fabriqués par Dallas Semiconductor Corp. est garantie par le fabricant lui-même), un tel réseau a un espace d'adressage presque illimité. Dans le même temps, chacun des appareils monofilaires est immédiatement prêt à être utilisé dans le cadre d'un réseau 1-Wire, sans aucune modification matérielle et logicielle supplémentaire. Les composants monofilaires sont des dispositifs semi-conducteurs auto-cadencés, dont l'échange d'informations est basé sur le contrôle de la variation de la durée des intervalles de temps des signaux impulsionnels dans un milieu monofilaire et leur mesure. La signalisation pour l'interface 1-Wire est asynchrone et semi-duplex, et toutes les informations circulant dans le réseau sont perçues par les abonnés soit comme des commandes, soit comme des données. Les commandes réseau sont générées par le maître et offrent diverses options pour rechercher et adresser les appareils esclaves, déterminer l'activité sur la ligne même sans adressage direct des composants individuels, contrôler l'échange de données sur le réseau, etc.
La vitesse standard du réseau 1-Wire, qui est de 15,4 Kbps, a été choisie, d'une part, en tenant compte de la fiabilité maximale de la transmission de données sur de longues distances, et, d'autre part, en tenant compte de la vitesse des types de microcontrôleurs les plus utilisés. , qui doit être principalement utilisé lors de la mise en œuvre de maîtres de bus unifilaires. Cette valeur du taux d'échange peut être réduite à n'importe quelle valeur possible en introduisant un délai forcé entre la transmission des bits de données individuels à la ligne (étirement des créneaux temporels du protocole). Ou augmenté en passant à un mode d'échange accéléré spécial (vitesse Overdrive - jusqu'à 125 Kbps), qui est autorisé pour certains types de composants monofilaires sur une courte distance, ligne de communication de haute qualité non surchargée avec d'autres appareils.
L'interface monofilaire utilise des niveaux logiques CMOS/TTL standard, et la plupart des composants monofilaires peuvent être alimentés à partir d'une source externe avec une tension de fonctionnement allant de 2,8 V à 6,0 V. Une alternative à l'utilisation de l'alimentation externe est le mécanisme d'alimentation dit parasite, "dont l'action est d'utiliser chacun des composants esclaves de la ligne 1-Wire d'énergie électrique d'impulsions transmises sur le bus de données, qui est accumulée par une capacité spéciale intégrée à l'appareil.De plus, les réseaux monofilaires de composants individuels peuvent utiliser le mode d'alimentation du bus de données, lorsque l'énergie vers le récepteur provient directement du maître via la ligne de communication, tandis que l'échange d'informations dans le réseau est arrêté de force.
La qualité la plus attrayante de la technologie 1-Wire est peut-être la facilité exceptionnelle de configuration, de débogage et de maintenance d'un réseau de presque toutes les configurations construites selon cette norme. En effet, pour commencer, n'importe quel ordinateur personnel, un adaptateur de ligne 1-Wire peu coûteux et un Dallas Semiconductor Corp. distribué gratuitement. Logiciel iButton Viewer. Avec ce petit nombre de composants, le contrôle et la gestion d'un réseau de presque n'importe quelle complexité, construit sur la base de composants standard à un fil, s'organisent littéralement en quelques minutes. Le programme iButton Viewer, dans ce cas, permet, avec un maximum de confort pour le développeur, d'identifier l'un des appareils monofilaires esclaves sur la ligne et de vérifier intégralement l'exactitude de son fonctionnement dans le cadre du réseau configuré. Organisation de la direction Des types d'adaptateurs distincts qui permettent à tout ordinateur personnel d'être doté de la capacité de servir de réseau maître 1-Wire sont produits par Dallas Semiconductor Corp. lui-même. Ceux-ci incluent des adaptateurs pour le port parallèle de type DS1410E, pour le port COM de type DS9097E et DS9097U, pour le port USB de type DS9490R. Ces appareils ont diverses fonctionnalités et caractéristiques de conception, ce qui offre au concepteur une liberté de conception maximale. Et le fait que l'utilisateur ait peu de compétences dans la création d'équipements électroniques facilite l'auto-assemblage du circuit de l'adaptateur réseau 1-Wire le plus simple pour un ordinateur à partir d'un petit nombre de composants électroniques disponibles.
Souvent, ce n'est pas un calculateur qui fait office de maître d'un bus unifilaire, mais un simple microcontrôleur universel. Diverses méthodes logicielles et matérielles sont utilisées pour organiser son interface avec un réseau 1-Wire. Du plus simple, lorsque le programme de contrôle du contrôleur implémente entièrement le protocole d'interface 1-Wire sur l'une de ses sorties bidirectionnelles fonctionnelles associées à une ligne monofilaire, aux options qui permettent de libérer des ressources importantes du contrôleur, grâce à l'utilisation de Puces d'interface réseau 1-Wire. De tels microcircuits sont connectés au processeur, qui joue le rôle de bus monofilaire maître, via des nœuds d'entrée / sortie périphériques qui font partie de tout microcontrôleur universel. Par exemple, le dispositif DS1481 est conçu pour être connecté directement aux sorties de la fonction d'échange parallèle du contrôleur. Et pour l'organisation du maître d'un système à un seul fil basé sur des microcontrôleurs avec une alimentation de 3 volts, des microcircuits passifs DS1482 sont fournis qui effectuent la correspondance avec les niveaux de signal d'une ligne à 1 fil standard. Si le maître de ligne monofilaire doit être organisé sur la base d'un nœud d'interface série UART de microcontrôleur standard, la puce DS2480B est utilisée et la puce DS2490 adapte la ligne monofilaire pour qu'elle fonctionne à partir du nœud d'interface UBS intégré. Les deux microcircuits implémentent le mécanisme dit programmable pour tirer activement le bus de données du bus de données 1-Wire, qui fournit une transmission de signal de haute qualité dans les longues lignes problématiques et une augmentation de la capacité de charge du maître en termes de nombre d'esclaves appareils qu'il dessert. Soit dit en passant, la plupart des adaptateurs pour ordinateurs personnels mentionnés ci-dessus sont également construits sur la base de tels microcircuits. De plus, compte tenu des particularités des environnements d'exploitation Windows modernes, l'utilisation de ces composants particuliers, qui sont essentiellement des automates numériques contrôlés en série, fournit un service de ligne monofilaire en temps réel à grande échelle. Lors de la construction de systèmes de microprocesseurs complets complexes qui manquent de temps informatique pour mettre en œuvre le protocole 1-Wire, l'idée la plus rationnelle est d'attribuer une tâche distincte de maintenance d'une ligne monofilaire à un nœud spécial d'un VLSI personnalisé ou semi-personnalisé. , pour l'appairage ultérieur d'une telle machine numérique à travers un backbone système, directement avec le noeud principal du processeur. Dallas Semiconductor Corp. a même développé un ensemble de recommandations pour l'organisation d'un tel nœud appelé DS1WM, qui a été mis en œuvre, entre autres, par les spécialistes de Xilinx Inc.. comme étude de cas complète pour les matrices accordables programmables des familles Virtex et Spartan. De plus, Dallas Semiconductor Corp., qui est également connu comme fournisseur de contrôleurs à grande vitesse du clone MCS51, lance un microcontrôleur de communication spécialisé DS80C400, qui contient une machine de support de protocole 1-Wire intégrée dans la puce avec la possibilité de mettre en œuvre un mécanisme de traction actif.
La direction associée à l'utilisation d'ordinateurs portables (ou PDA (assistant numérique personnel)) des plates-formes populaires PalmOS, Handspring et WinCE/PocketPC pour la maintenance des composants monofilaires, y compris ceux fonctionnant dans le cadre de réseaux 1-Wire, est également très prometteuse. . Dans le même temps, pour connecter le PDA à un bus monofilaire, des adaptateurs de port série spécialisés sont utilisés, qui se caractérisent par une faible consommation et sont basés sur des solutions de circuit utilisant les puces d'interface 1-Wire-line mentionnées ci-dessus. C'est cette approche qui est actuellement la plus rationnelle pour organiser des systèmes 1-Wire autonomes et mobiles. Le problème de la préparation du logiciel de gestion du maître de ligne lors de la desserte des réseaux 1-Wire ne semble pas non plus insoluble. Dallas Semiconductor Corp. iButton TMEX SDK, un progiciel de développement professionnel, est distribué gratuitement, qui est un outil universel pour les programmeurs professionnels, ce qui simplifie grandement le processus de création de programmes pour l'entretien des appareils à fil unique connectés via des types d'adaptateurs standard aux ordinateurs personnels équipés de Windows système opérateur. Il contient un ensemble de pilotes et d'utilitaires débogués pour implémenter un protocole 1-Wire à grande échelle. Le package iButton TMEX SDK utilise une API de programmation standardisée spéciale comme environnement pour interagir avec le développeur. De plus, depuis le serveur fttp de la campagne Dallas Semiconductor Corp. Un certain nombre d'exemples d'implémentation de protocole 1-Wire pour certains des types de microprocesseurs les plus populaires sont disponibles gratuitement, ainsi que des bibliothèques prêtes à l'emploi de modules logiciels fonctionnels d'interface à un seul fil pour diverses plates-formes logicielles. Composants monofilaires pilotés
Les composants esclaves monofilaires contenant une interface 1-Wire sont disponibles en deux styles différents. Soit dans des boîtiers MicroCAN, d'apparence similaire à une batterie à disque métallique, soit dans des boîtiers à montage sur circuit imprimé conventionnels. Le boîtier MicroCAN est creux à l'intérieur. Il remplit la fonction de protection du cristal semi-conducteur d'un microcircuit monofilaire qu'il contient, qui n'est connecté au monde extérieur que par deux moitiés isolées l'une de l'autre du boîtier, qui sont essentiellement des plots pour connecter un circuit monofilaire. doubler. En règle générale, les appareils iButton sont fournis dans de tels étuis "tablette". Les composants destinés à être utilisés dans les réseaux 1-Wire sont conditionnés dans des boîtiers en plastique utilisés pour fabriquer des transistors et des circuits intégrés. Cette approche s'explique par le fait que, contrairement aux dispositifs iButton, les dispositifs monofilaires pour les réseaux 1-Wire ont souvent plus de deux sorties. Outre les sorties nécessaires à l'échange de données sur une ligne monofilaire, ils disposent de sorties supplémentaires nécessaires pour les alimenter et organiser les circuits externes reliant ces appareils à des objets d'automatisation, tels que des capteurs ou des actionneurs. Les composants esclaves monofilaires les plus simples sont le numéro de série en silicium DS2401 (ou une version modifiée à alimentation externe de cet appareil, le DS2411) et le dongle contrôlé DS2405 1-Wire. Le premier de ces dispositifs est souvent utilisé comme étiquette électronique qui vous permet d'identifier l'état, par exemple, d'un interrupteur mécanique commutant la ligne de données d'une interface à un seul fil. À l'aide du DS2405, vous pouvez mettre en œuvre à distance les fonctions les plus simples de commutation d'équipements externes en modifiant l'état de la clé contrôlée par rapport au conducteur de retour de la ligne 1-Wire.
Cependant, les composants entraînés les plus populaires, avec peut-être le plus grand nombre d'applications, sont de loin les thermomètres numériques de type DS18S20 (mieux connus sous le nom de DS1820 abandonné, qui n'est plus en production mais est devenu une marque internationale). Les avantages de ces thermomètres numériques du point de vue de l'organisation de l'autoroute, par rapport à tout autre capteur de température intégré, ainsi que de bonnes caractéristiques métrologiques et une bonne immunité au bruit, les placent au premier plan lors de la construction d'un contrôle de température multipoint systèmes dans la plage de -55°С à +125° AVEC.
Ils permettent non seulement une surveillance directe de la température en temps réel, mais aussi grâce à la présence d'une mémoire non volatile intégrée des réglages de température, ils peuvent fournir une signalisation prioritaire à la ligne sur le fait qu'un paramètre contrôlé dépasse la valeur spécifiée valeurs. En outre, des appareils plus avancés DS18В20 sont fournis, dont la vitesse de conversion est déterminée par la profondeur de bits du résultat, qui est programmée directement par le maître de ligne lors de leur maintenance. Le code numérique lu à partir d'un tel thermomètre est le résultat direct de la valeur de température mesurée et ne nécessite pas de conversions supplémentaires. Et leur version non calibrée, mais en même temps moins chère, sous la désignation DS1822, semble être la meilleure solution pour les développeurs de systèmes de contrôle de température multipoints à faible coût. Pour les clients utilisant uniquement le mode d'alimentation monofilaire parasite, la campagne Dallas Semiconductor Corp. produit des appareils économiques à deux terminaux - DS18S20-PAR, DS18B20-PAR, DS1822-PAR. La société russe Rainbow Technologies a reçu un certificat de la norme nationale de Russie sur l'approbation en tant qu'instruments de mesure, y compris les thermomètres numériques à un fil DS1822, DS18B20, DS18S20, DS1920, fabriqués par Maxim Integrated Products, Inc., qui comprend Dallas Semiconductor Corp. Pour confirmer ce fait, il existe un document indiquant que ces types d'appareils sont enregistrés dans le registre national des instruments de mesure sous le numéro 23169-02 et sont approuvés pour une utilisation dans la Fédération de Russie.
Un CAN monofilaire à quatre voies de type DS2450 et un compteur monofilaire à deux voies associés à une mémoire tampon de type DS2423 permettent de résoudre les problèmes liés à la numérisation des signaux analogiques et temporels. Le premier de ces dispositifs résout essentiellement le problème de la maintenance des sources d'informations analogiques dans les réseaux 1-Wire, qui incluent la plupart des capteurs actuellement produits de diverses grandeurs physiques (pression, poids, tension, humidité, courant, éclairement, accélération, la même température ), mais dans des plages inaccessibles à l'enregistrement grâce à l'utilisation de thermomètres numériques, etc.). Le deuxième dispositif peut servir avec succès de nombreux types de capteurs d'impulsions utilisés dans la technologie (divers compteurs optiques, capteurs de vitesse, signal de sortie des débitmètres, capteurs d'humidité capacitifs inclus dans les circuits de commande des générateurs d'impulsions contrôlées, compteurs de niveau de rayonnement, intégration tension-à- convertisseurs de fréquence, etc.). Néanmoins, les "blocs de construction" les plus irremplaçables qui sous-tendent les fondations des réseaux d'automatisation à un seul fil sont les commutateurs universels à transistors adressables doubles de type DS2406P (la version moderne des dispositifs bien connus DS2407P).
Sur la base de ces dispositifs, de nombreuses applications peuvent être mises en œuvre et, tout d'abord, des unités de contrôle des états logiques (niveaux) et des circuits de service pour les capteurs à contact sec, ainsi que divers circuits clés. Ainsi, c'est grâce à l'utilisation de ces composants que des informations discrètes sont collectées à partir de capteurs dispersés géographiquement (moniteurs de porte, contacteurs de position de vanne, tous capteurs avec une sortie OUI / NON, tels que les capteurs de position, de passage, de présence, d'incendie et d'alarme antivol , etc.). Des dispositifs similaires permettent de contrôler la commutation de tout type d'équipement électrique ayant deux états de fonctionnement: marche / arrêt (chauffages, climatiseurs, moteurs, ventilateurs, vannes, etc.). De plus, les broches bidirectionnelles programmables individuellement du DS2406P peuvent être utilisées pour fournir une interface série lente entre le MCU local et un réseau 1-Wire. Malgré le faible débit de mise en oeuvre de ce mode d'échange d'informations sur un réseau unifilaire, lorsqu'un bit de données est transmis dans deux paquets standards, cette solution est acceptable et suffisamment fiable pour un grand nombre d'applications spécifiques. Cependant, la Dallas Semiconductor Corp. en tant que "pont" standard pour l'échange entre tous les circuits construits sur des microcontrôleurs de différents types et des réseaux 1-Wire, il est recommandé d'utiliser une mémoire statique DS2404 à deux ports spécialisée. Étant donné que la matrice mémoire de cet appareil est accessible à la fois du côté du bus unifilaire et du côté de l'interface série esclave contrôlée par le microcontrôleur, l'échange d'informations entre le maître du réseau et l'appareil intelligent esclave résout tout problème local. problème est assez facile. De plus, du fait de la présence dans le microcircuit DS2404 d'une unité supplémentaire d'horloge temps réel et de calendrier, il est possible de fournir les données stockées par le processeur dans un plan mémoire commun avec des horodatages individuels. Basé sur le nœud d'horloge en temps réel du cristal DS2404 de Dallas Semiconductor Corp. deux autres composants sont en cours de production, très utiles pour la construction de systèmes d'automatisation à un seul fil. Il s'agit des appareils DS2415 et DS2417. En utilisant l'un de ces appareils, vous pouvez organiser une horloge / calendrier bon marché avec une interface réseau à un seul fil. De plus, le deuxième appareil, en raison de la présence d'une sortie d'interruption séparée dans sa composition, peut également contrôler en plus la commutation d'équipements externes dans le temps ou assurer la synchronisation du fonctionnement d'autres appareils avec les processus se produisant sur la ligne 1-Wire . Étend considérablement les capacités des réseaux monofilaires pour le contrôle analogique des équipements dispersés, y compris la puissance, le potentiomètre numérique DS2890 équipé d'une interface réseau 1-Wire. À l'aide de cet appareil, vous pouvez créer une grande variété de systèmes de contrôle à distance sans choc, grâce à la possibilité de modifier en douceur le signal de contrôle analogique en 256 gradations.
Avec toute la variété de composants monofilaires, il est évident que le plus polyvalent d'entre eux est l'unique DS2408. Il s'agit d'un port d'E/S 1 fil individuellement bidirectionnel à huit bits librement programmable qui vous permet d'implémenter n'importe quelle interface entre un périphérique externe de modification arbitraire et une ligne à un fil. Cet appareil possède une sortie d'horloge externe bidirectionnelle qui fournit une horloge matérielle pour la transmission ou la réception de données. L'utilisation de la puce DS2408 permet d'assurer le contrôle via un bus 1-Wire : entrées/sorties bidirectionnelles localisées sur 8 voies indépendantes, pilotage dynamique de la lumière, indicateurs et afficheurs à cristaux liquides de divers types, claviers matriciels à balayage et capteurs discrets de différents types, et vous permet également de mettre en œuvre une interface véritablement complète avec différents types de microcontrôleurs, à la fois en mode série et parallèle.
Certains composants des réseaux 1-Wire contiennent un tableau de mémoire permanente (remplie une fois par l'utilisateur) ou non volatile d'une taille ou d'une autre. Cela vous permet de stocker des informations de service spéciales liées à l'utilisation d'un composant particulier et aux particularités de son utilisation (identifiant, localisation territoriale, coefficients d'étalonnage, dimension, paramètres par défaut, etc.) directement dans l'appareil monofilaire. Grâce à cela, pour organiser le fonctionnement de chaque nouveau réseau monofilaire, il n'est pas nécessaire de préparer un logiciel spécial séparé, il suffit d'avoir un programme standard qui est reconfiguré en fonction des spécificités d'un système particulier (bien sûr, si la mémoire de tous les composants d'un système 1-Wire est remplie conformément à certaines règles stipulées prédéfinies). Si, pendant le fonctionnement du système, il est nécessaire de stocker des quantités supplémentaires d'informations, le développeur dispose de dispositifs spéciaux à un fil contenant à la fois une mémoire permanente (DS2502/ DS2505/ DS2506) et une mémoire non volatile (DS2430A/ DS2432/ DS2433). de différentes tailles.
Un certain nombre de composants de la famille iButton dans les packages MicroCAN peuvent également être utilisés dans le cadre de réseaux 1-Wire en tant que dispositifs esclaves monofilaires qui résolvent des problèmes spécifiques d'identification, d'accumulation, de stockage et de transfert d'informations. Par exemple, pour mettre en œuvre la procédure d'identification dans les systèmes d'automatisation industrielle, il suffit généralement d'utiliser des étiquettes électroniques portables communes DS1990A. Et la surveillance multipoint de la température peut être facilement effectuée par un réseau de plusieurs appareils DS1921 # ou autrement appareils TERMOCHRON, chacun d'entre eux enregistre les valeurs de température mesurées à certains intervalles de temps prédéfinis et stocke les informations reçues dans son propre non volatile mémoire, étant essentiellement un « magnétophone à température programmable ». Pour résoudre le problème du transfert de données accumulées par un système 1-Wire autonome vers un ordinateur personnel, divers dispositifs iButton sont produits, qui jouent dans ce cas le rôle de tablettes dites de transport.Ces dispositifs comprennent principalement des dispositifs de mémoire non volatile, y compris la composition de sa conception est une batterie au lithium. Il s'agit de toute une série de tablettes "de DS1992 (1Kbps) à DS1996 (64Kbps), et parmi elles, bien sûr, une modification de DS1994 (4Kbps), qui contient en outre un vrai -nœud d'horloge, pratique pour générer des horodatages de données stockées ou pour organiser des enregistreurs de ressources autonomes.
De plus, les appareils à mémoire effaçable électriquement tels que les modifications EEPROM DS1971 (32 octets), DS1973 (512 octets) et DS1977 (32 Ko) peuvent être utilisés aux mêmes fins. Lors du déplacement de grandes quantités d'informations, il est pratique d'utiliser la "tablette" de transport en conjonction avec un adaptateur de port USB de type DS9490B, qui offre un taux de transfert élevé lors de l'échange de données entre l'appareil iButton et un ordinateur personnel. Si nous parlons uniquement de résoudre le problème de l'accumulation et du stockage des données dans un réseau 1-Wire, n'importe laquelle des "tablettes" de transport ci-dessus peut être facilement incluse dans un tel réseau. Dans le même temps, pour connecter des appareils dans des boîtiers MicroCAN aux conducteurs d'une ligne monofilaire, des verrous spéciaux de type DS9100 ou DS9098P sont utilisés, ou des clips plus simples de type DS9094. Du point de vue de la mise en œuvre du circuit d'une interface unifilaire et de la stabilité de fonctionnement sur les lignes problématiques, tous les composants monofilaires esclaves diffèrent historiquement les uns des autres, tout en étant divisés en groupes : 1. DS2401, DS2405 - les premiers appareils avec une interface 1-Wire dans des boîtiers en plastique, sont complètement similaires dans les circuits aux premiers modèles d'appareils iButton qui étaient orientés pour fonctionner sur des bus courts (jusqu'en 1994), 2. DS1820, DS2407P, DS2450, DS2404, DS2415, DS2417, DS1920, etc. - la deuxième version, spécialement orientée pour travailler sur des lignes longues (avant 2000, ces composants sont aujourd'hui majoritairement abandonnés), 3. DS18S20, DS18B20, DS1822, DS2438, DS2406P, DS2409, DS2890, DS1973 etc. - la troisième option, plus résistante aux collisions sur le backbone 1-Wire par rapport à la précédente (depuis 2000), 4. DS2411, DS2408, DS1921#, DS1977, etc. - la dernière version du circuit d'interface 1-Wire le plus fiable (depuis 2003). Ligne de communication et topologie Un rôle important dans la construction de réseaux 1-Wire est joué par l'exécution d'une ligne de communication à un seul fil. En règle générale, ces lignes ont une structure composée de trois conducteurs principaux: DONNEES - bus de données, RET - fil de retour ou de masse, EXT_POWER - alimentation externe non seulement pour les dispositifs esclaves desservis, mais également pour les circuits de capteurs et de commandes qui leur sont externes. En fonction de la méthode de pose, de l'interfaçage avec les dispositifs esclaves et des matériaux utilisés pour la pose, conformément au tableau suivant, il existe trois principales options de qualité pour l'organisation des réseaux 1-Wire, chacune impliquant l'utilisation d'une technologie et d'accessoires spéciaux lorsque mise en œuvre de la ligne.
Souvent, lors de l'organisation de réseaux monofilaires complexes, afin de faciliter le câblage d'une ligne de communication, de réduire sa longueur ou de réduire la charge électrique sur la ligne en raison de la réduction des appareils travaillant simultanément dessus, il est nécessaire de prévoir un arbre -comme ou structure de poutre du tronc, qui diffère considérablement de la structure du bus commun. Pour cela, des branches de réseaux 1-Wire d'un ou plusieurs niveaux sont utilisées. L'élément principal dans la construction de telles branches est soit une clé adressable conventionnelle de type DS2406, qui fournit une dérivation due à la commutation du fil de retour d'une ligne monofilaire, soit un commutateur de dérivation DS2409 spécialisé qui commute directement la ligne 1-Wire bus de données. Cette dernière option est plus préférable. les composants sur une branche déconnectée pilotée par une branche restent toujours actifs. La maintenance alternée du réseau par le maître de chacune des branches, avec les autres branches désactivées, permet d'augmenter significativement la longueur totale de la ligne et le nombre d'équipements esclaves sur celle-ci. Si l'organisation d'un système 1-Wire basé sur un ordinateur personnel est associée à des difficultés particulières, il est plus optimal d'utiliser un adaptateur intelligent pour un port COM de type LINK. Il est implémenté sur la base d'un microprocesseur. Dans le même temps, l'appareil, émulant entièrement le fonctionnement de l'adaptateur populaire DS9097U fabriqué par Dallas Semiconductor Corp. du côté du port série, et prenant ainsi en charge tous les logiciels précédemment développés pour les ordinateurs personnels, grâce à son propre ressources intellectuelles, met en œuvre un mode de fonctionnement préférentiel des appareils monofilaires sur des lignes problématiques 1- Filaires dans un environnement de brouillage difficile. LINK améliore considérablement le mécanisme de pull-up actif sur la ligne, ce qui vous permet d'obtenir vraiment des signaux d'échange idéaux avec des longueurs de câble de plus de 300 mètres et le nombre de composants monofilaires accompagnés supérieurs à 100 pièces, et l'utilisation du filtrage numérique algorithmes par le processeur de l'appareil améliore considérablement la résistance de la ligne monofilaire desservie aux interférences électromagnétiques. Applications De nombreux faits parlent de la reconnaissance d'un bus unifilaire comme norme internationale et du sérieux de cette interface de la part de vénérables développeurs et fabricants d'électronique. Par exemple, il n'y a pratiquement pas de microcontrôleur universel, dans la littérature sur l'application duquel les méthodes d'organisation d'un maître de ligne monofilaire sur sa base ne seraient pas discutées.
La société américaine Embedded Data Systems, LLC (successeur de PointSix, Inc.) défend le plus systématiquement la ligne sur l'utilisation de la technologie de réseau 1-Wire dans le domaine de l'automatisation. On peut dire que cette campagne s'est fait un nom en présentant et en promouvant les réalisations du bus unifilaire dans le domaine de l'automatisation. Et ce, malgré le fait que le domaine principal de son activité n'est pas l'automatisation des serres ni la création de systèmes d'alarme incendie, mais le développement d'outils et de systèmes pour l'entretien des branches de haute technologie de l'ingénierie mécanique et de l'industrie chimique. , et même la création d'équipements expérimentaux et scientifiques uniques. Ceci est confirmé par la plus large gamme de produits fabriqués par l'entreprise (une variété de sondes pour mesurer les températures élevées et basses, des capteurs d'humidité, de pression et d'acidité avec des fonctions spéciales, des capteurs optiques spéciaux, des cartes de collecte d'informations, des dispositifs d'interface avec divers équipements d'analyse, et bien plus encore), et chacun des appareils contient des éléments de technologie monofilaire.
Des exemples prometteurs dans le domaine de l'application de la technologie 1-Wire pour l'automatisation incluent bien sûr les activités de fabricants mondiaux bien connus tels que SYSTRONIX ou AAG Electronica. LLC.
Les gammes d'outils complets, ainsi que de nombreux exemples de leur utilisation, et la cote de vente élevée des produits fournis, indiquent le succès et la pertinence du concept de bus unifilaire utilisé par ces entreprises pour résoudre une grande variété de problèmes d'automatisation distribuée. .
Un autre exemple qui démontre clairement les possibilités de la technologie de bus monofilaire dans la pratique est le projet de construction de stations météorologiques entièrement automatiques (1-Wire Weather Station), qui a été développé conjointement par PointSix, Inc., AAG Electronica LLC, Dallas Semiconductor Corp. et Texas Weather Instruments, Inc. Au début (au milieu des années 90), plusieurs systèmes expérimentaux ont été créés sur la base d'un ordinateur personnel de pointe avec un adaptateur DS9097U, qui est le cœur du complexe, à partir de trois thermomètres DS18S20 qui effectuent le contrôle de la température, un microcircuit DS2438 pour l'entretien un capteur d'humidité de l'air, un composant DS2423 pour déterminer la vitesse du vent et 16 étiquettes électroniques DS2401 qui déterminent sa direction. Ces premiers systèmes météorologiques ont été installés et testés avec succès lors d'un fonctionnement à long terme dans l'État du Texas. De plus, certains d'entre eux étaient équipés de solutions supplémentaires monofilaires qui assuraient le contrôle des signaux des capteurs : pression barométrique, décharges de foudre, précipitations en surface, activité solaire, humidité du sol, etc. Les données de tous les capteurs, enregistrées par chacun de ces systèmes, ont été reçues par un ordinateur personnel et transmises via Internet en temps réel à la console centrale de l'opérateur, où les données météorologiques de la région ont été reçues et archivées, obtenues grâce à l'analyse de informations provenant de plusieurs stations territorialement dispersées. Après la réussite du Texas Weather Instruments Inc. Depuis plusieurs années déjà, elle commercialise avec succès des stations météorologiques entièrement automatiques prêtes à l'emploi qui ne nécessitent pas d'entretien humain. De plus, la popularité de ces appareils est si grande dans le monde que Dallas Semiconductor Corp. a été contraint de lancer la production d'un chipset spécialisé WS-1, qui comprend un ensemble de composants à un seul fil, le minimum requis pour construire une telle station. Un ensemble complet de tels systèmes pour de nombreux utilisateurs du monde entier, y compris des cartes à monter soi-même, des éléments mécaniques et structurels certifiés, est réalisé par AAG Electronica LLC. Un domaine assez prometteur dans lequel les avantages de la technologie de réseau 1-Wire sont pleinement exploités, et auquel la campagne Dallas Semiconductor Corp. accorde une attention particulière. est la gestion des sources d'énergie chimiques autonomes - batteries. La gestion signifie ici, tout d'abord, l'identification stricte et complète des sources d'énergie, le stockage dans la mémoire de chaque appareil électronique intégré à la batterie de ses caractéristiques de fabrication et de ses caractéristiques techniques individuelles, le contrôle le plus complet de leurs principaux paramètres de fonctionnement tout au long de toute la durée de vie, ainsi que la formation d'une action de contrôle correcte associée à la restauration de la charge de la source d'énergie autonome desservie.
Le choix d'un algorithme de recharge de batterie dépend en grande partie de la bonne gestion et de la connaissance de l'historique de fonctionnement de la batterie, qui est directement lié à l'efficacité d'utilisation et à la durée de vie de nombreux types de batteries. Pour ce faire, chacune des batteries des structures énergétiques multi-éléments (en particulier pour les appareils mobiles et les alimentations sans coupure) est alimentée par un composant monofilaire individuel, se transformant essentiellement en un élément de système intelligent d'alimentation autonome. Un certain nombre de microcircuits fabriqués par la société sont associés à cette direction. Dallas Semiconductor Corp. domine aujourd'hui le marché des systèmes de service intelligents pour les sources d'énergie autonomes, tout en professant une nouvelle approche de réseau intégré au problème de la gestion des éléments énergétiques. Dans le même temps, des solutions 1-Wire sont utilisées, qui permettent d'organiser un bus multipoint pour l'entretien des dispositifs de gestion et de contrôle de la charge, ce qui permet d'accompagner non seulement des sources d'énergie individuelles, mais également des batteries entières composées de nombreux éléments similaires distincts. De plus, de tels dispositifs sont capables de fournir non seulement l'identification ou le contrôle de température le plus simple des batteries, mais également une surveillance à grande échelle de leurs principaux paramètres (tension, courant, décharge, contrôle des courts-circuits, etc.) pendant toute la durée de fonctionnement. Les résultats accumulés par de tels dispositifs sont stockés dans la mémoire non volatile intégrée soit sous forme d'histogramme (DS2436) soit sous forme d'un tableau de lectures séquentielles liées à des horodatages (DS2438).
Actuellement, Dallas Semiconductor Corp. produit une gamme de cristaux de précision pour la surveillance, la gestion, la protection et le contrôle de la récupération de charge des alimentations autonomes de différents types et usages (DS2720, DS2740, DS2751, DS2770, etc.). Ceux-ci incluent, entre autres, les cristaux de la famille DS276 #, qui, contrairement à d'autres modifications d'appareils similaires qui nécessitent une tuyauterie externe utilisant des composants passifs de précision et stables, offrent une plus grande précision dans le contrôle du courant consommé par la batterie surveillée. Ceci est réalisé, entre autres, grâce au circuit résistif calibré intégré (shunt) réalisé selon une technologie spéciale de semi-conducteur, ainsi qu'à la présence d'un mécanisme spécial de pré-calibrage matériel-logiciel dans la composition de tels dispositifs. Limitations et interfaçage avec les réseaux industriels Bien sûr, les réseaux 1-Wire ont leur propre créneau pour une utilisation dans les systèmes d'automatisation des bâtiments. Cela n'a aucun sens de les utiliser sérieusement pour transmettre de grandes quantités d'informations, lors de la construction, par exemple, de systèmes de vidéosurveillance ou d'échanges à haut débit liés à la maintenance de processus rapides, ou pour comparer les capacités des réseaux monofilaires avec un réseau industriel aussi puissant. interfaces comme ProfiBus, FeldBus, LonWorks, CAN, Industrial Internet, etc. Il est même possible de formuler les principales restrictions d'aujourd'hui à l'utilisation de systèmes basés sur des réseaux monofilaires 1-Wire dans le domaine de l'automatisation :
Comme le montrent les remarques entre parenthèses, même ces difficultés évidentes pour les réseaux 1-Wire ne sont pas insurmontables. De plus, il existe des approches qui permettent d'intégrer organiquement des structures lentes à fil unique géographiquement dispersées dans des réseaux productifs tels que CAN et Internet industriel. Ceci est réalisable grâce à l'utilisation de solutions matérielles et logicielles spéciales mises en œuvre sur la base de microcontrôleurs modernes, ainsi que d'un outil de campagne unique de Dallas Semiconductor Corp. - Appareils TINI (Petite interface Internet). TINI400 est un microsystème complet basé sur un processeur central, implémenté sur un microcontrôleur réseau haute performance DS80C400, qui combine les ressources d'un certain nombre d'interfaces réseau les plus courantes, telles que : RS232, 1-Wire, CAN 2.0B, Ethernet, sans parler de la possibilité d'utiliser un backbone synchrone parallèle à seize bits, ainsi que des nœuds autonomes pour organiser des interfaces I2C et SPI série locales standard. De plus, la carte TINI400 contient 1 Mo de mémoire de programme Flash, 1 Mo de SRAM, un nœud d'horloge en temps réel, une batterie au lithium et un numéro d'identification au silicium. Le TINI400 exécute un environnement d'exploitation puissant qui inclut la prise en charge de TCP/IP et de la machine virtuelle Java, qui a été soigneusement développée et testée sur la génération précédente de TINI, la carte TINI390. Ce dernier est déterminé par le fait que la technologie de support logiciel pour TINI390 a été développée au fil des ans par Dallas Semiconductor Corp. avec les employés de Sun Microsystems, Inc., tout en étant un projet complètement ouvert. Cette approche nous a permis d'avoir les commentaires les plus efficaces des utilisateurs finaux, ce qui a permis d'identifier et d'éliminer la plupart des lacunes logicielles. Et maintenant sur le site Web de Dallas Semiconductor Corp. vous pouvez trouver toute la documentation et les outils de développement de logiciels nécessaires, ce qui facilite grandement la construction de systèmes locaux de surveillance et de contrôle à distance monofilaires basés sur le dispositif TINI, combinant les avantages de la rapidité et de la productivité, mais de la lenteur, mais bon marché et interfaces efficaces. En conclusion, il est nécessaire de noter une fois de plus l'efficacité et la rationalité absolues de l'utilisation de la technologie 1-Wire dans les systèmes de contrôle et d'automatisation de gestion des bâtiments pour une variété d'équipements dispersés, lorsqu'une maintenance à grande vitesse n'est pas requise, mais qu'une flexibilité et une évolutivité importantes sont requises. à de faibles coûts de mise en œuvre. Publication : cxem.net
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