Обзор шины 1-WIRE для создания умного дома

.

1-Wire это двунаправленная шина связи для устройств с низкой скоростью передачи данных (15,4 Кбит/с, в режиме overdrive 125 Кбит/с), в которой данные передаются по двум проводам, заземление и питание+данные.Иногда используют отдельный провод питания. Разработана корпорацией Dallas Semiconductor, является её зарегистрированной торговой маркой.

Топология такой сети называется общая шина. Сеть устройств 1-Wire со связанным основным устройством названа «MicroLan», тоже является торговой маркой Dallas Semiconductor.

Режим передачи данных по шине 1-Wire – полудуплексный: мастер и ведомые устройства передают данные по очереди.

Обмен информацией по шине 1-Wire происходит следующим образом. Инициатором обмена является ведущее устройство, которым в большинстве случаев является микроконтроллер. Каждая транзакция через интерфейс 1-Wire начинается с того, что мастер передает импульс сброса «Reset Pulse» в линию 1-Wire. Для этого он переводит напряжение в шине на низкий уровень и удерживает его в этом состоянии в течение 480 мкс.

Далее мастер отпускает шину, подтягивающий резистор возвращает напряжение к высокому логическому уровню. Ведомые устройства, обнаружив сигнал Reset по его окончании передают сигнал – Presence. Это сигнал низкого уровня длительностью 100–200 мс. Так же устройство может передавать сигнал Presence и без импульса Reset в слечае его подключения к шине. Интерфейс 1-Wire предусматривает «горячее» подключение — отключение устройства.

Информационный обмен по шине происходит под управлением мастера. После передачи импульса Presence устройство 1-Wire готово к приему команд.

Для обмена информацией по шине 1-Wire применяются специальные команды. Число комманд для каждого типа устройств различно. Но есть так называемые ROM-команды которые поддерживают все 1-Wire устройства.

Устройства в сети знают длину каждой команды. Формат команд такой – идентификатор команды (1байт), за которым следуют данные. Каждое устройство 1-Wire имеет уникальный 64-разрядный идентификатор (ID). ID состоит из 8-разрядного кода семейства, который идентифицирует тип устройства и поддерживаемые им функции, 48-разрядного серийного номера и 8-битного поля кода CRC-8.

<>Передачу команд инициирует мастер. Он отмечает командой Reset начало нового цикла транзакций и получив подтверждение, выбирает устройство специальной командой MATCH ROM, передавая ее идентификатор и 64 бита ID адресуемого устройства.

Ведомое устройство с данным ID получив такую команд ожидает новых команд от мастера, а все остальные остаются в пассивном состоянии до следующей команды Reset. Если в системе одно устройство то можно не передавать ID используя команду SKIP ROM. В данном случае ведомое устройство считает себя выбранным без получения адреса.

Мастер выбрал устройство для взаимодействия и начинает процесс управления и обмена данными с этим устройством. Для этого используются команды, которые специфичны для каждого типа устройств.

Перед началом работы с устройством, мастер должен получить его ID.

Протокол 1-Wire

В случае применения в системе только одного ведомого устройства, можно использовать команду READ ROM в ответ на которую устройство передает свой 64-битный адрес.

Для обмена информацией используются тайм-слоты: один тайм-слот соответствует одному биту информации. В начале каждого таймслота мастер переводит линию в нулевой уровень. Если мастер хочет передать 0, он должен удерживает напряжение на низком уровне 60 мкс. При передачеединицы мастер удерживает нулевое напряжение 5–6 мкс, а затем отпускает линию и выжидает примерно 60 мкс до начала формирования следующего тайм-слота. Передача данных начинается с младшего бита и далее происходит уже в виде байтов.Осуществляется вычисление циклической контрольной суммы которая служит для гарантированного обеспечения целостности передаваемых данных.

Данные значения временных интервалов соответствуют стандартной скорости передачи данных, в режиме overdrive эти интервалы соответственно уменьшаются. Подача Reset Pulse в процессе передачи данных инициирует процедуру безусловного прекращения обмена информацией.

Конфигурация сети 1-Wire может меняться в процессе работы. При этом эксплуатация системы не нарушается, только важно соблюдать принципы организации однопроводной шины. Данная возможность достигается благодаря присутствию в протоколе 1-Wire команды поиска ведомых устройств, которая позволяет определять участников обмена информацией. Выполнение такой команды составляет примерно 70 узлов сети в секунду.

1-Wire магистрали.

Протяжённые 1-Wire магистрали имеют с
труктуру, состоящую из трёх проводников:
1. DATA шина данных

2. RET (GND) возвратная шина или провод «земля».

3. EXT_POWER внешнее питание обслуживаемых ведомых абонентов и внешних относительно них цепей датчиков и органов управления.

В зависимости от технологии прокладки кабеля и способа его сопряжения с ведомыми абонентами различают несколько вариантов организации 1-Wire сетей. Каждый из этих способов подразумевает использование специфичной технологии и аксессуаров при реализации магистрали.

При длине магистрали не более 5 метров и при количестве абонентов не более 10 штук можно использовать любой тип кабеля, мастер в данном случае может быть любой с пассивной подтяжкой по питанию.(резистор на питание) До 100 метров и до 100 абонентов рекомендуется использовать витую пару не ниже 3 категории, топология строгая общая шина и мастером должно выступать устройство с активной подтяжкой или требуется использовать специальные схемные решения. До 300 метров и до 200 абонентов, необходимо использовать витую пару не ниже категории 5, топология общая шина без разрыва ствола, мастер как вариант — программная модификация временных слотов 1‑Wire протокола.

Компаниия Maxim Integrated предоставляет свободно распространяемый тестовый программный пакета разработчика OneWireViewer. Возможности программного пакета OneWireViewer, позволяют идентифицировать любой 1-Wire компонент подключённый к 1-Wire магистрали, ведомой компьютером через адаптер, и проверить в полном правильность его функционирования в составе конфигурируемой 1-Wire сети.

Наибольшее применение устройства 1-wire нашли в виде круглых контактных площадок-«таблеток», называемых iButton, многим они знакомы в виде ключей от домофонов. Другой пример использования – это различные датчики, например, датчики температуры из серии DS18B20, DS18S20, DS18S22 и им подобные. Использование всего двух проводов делает достаточно удобным подключение серии датчиков, вместе с тем, в отличие от аналоговых датчиков, показания не зависят от длины провода.

.

1-Wire-net представляет собой информационную сеть, использующую для осуществления цифровой связи одну линию данных и одинвозвратный (или земляной) провод. Таким образом, для реализации среды обмена этой сети могут быть применены доступные кабели, содержащие неэкранированную витую пару той или иной категории, и даже обычный телефонный провод. Такие кабели при их прокладке не требуют наличия какого-либо специального оборудования, а ограничение максимальной длины однопроводной линии регламентировано разработчиками на уровне 300м. Например датчик температуры DS18B20.

Основой архитектуры 1-Wire-сетей, является топология общей шины, когда каждое из устройств подключено непосредственно к единой магистрали, без каких-либо каскадных соединений или ветвлений. При этом в качестве базовой используется структура сети с одним ведущим или мастером и многочисленными ведомыми. Хотя существует ряд специфических приемов организации работы однопроводных систем в режиме мультимастера.

Конфигурация любой 1-Wire-сети может произвольно меняться в процессе ее работы, не создавая помех дальнейшей эксплуатации и работоспособности всей системы в целом, если при этих изменениях соблюдаются основные принципы организации однопроводной шины. Эта возможность достигается благодаря присутствию в протоколе 1-Wire-интерфейса специальной команды поиска ведомых устройств (Поиск ПЗУ), которая позволяет быстро определить новых участников информационного обмена. Стандартная скорость отработки такой команды составляет ~75 узлов сети в секунду.

STM32 + 1-wire. Поиск устройств

Благодаря наличию в составе любого устройства, снабженного сетевой версией 1-Wire-интерфейса, уникального индивидуального адреса (отсутствие совпадения адресов для приборов, когда-либо выпускаемых Dallas Semiconductor Corp., гарантируется самой фирмой-производителем), такая сеть имеет практически неограниченное адресное пространство. При этом, каждый из однопроводных приборов сразу готов к использованию в составе 1-Wire-сети, без каких-либо дополнительных аппаратно-программных модификаций. Однопроводные компоненты являются самотактируемыми полупроводниковыми устройствами, в основе обмена информацией между которыми, лежит управление изменением длительности временных интервалов импульсных сигналов в однопроводной среде и их измерение. Передача сигналов, для 1-Wire-интерфейса, асинхронная и полудуплексная, а вся информация, циркулирующая в сети, воспринимается абонентами либо как команды, либо как данные. Команды сети генерируются мастером и обеспечивают различные варианты поиска и адресации ведомых устройств, определяют активность на линии даже без непосредственной адресации отдельных компонентов, управляют обменом данными в сети и т.д.

Пожалуй, особенно привлекательным качеством технологии 1-Wire является исключительная простота настройки, отладки и обслуживания сети практически любой конфигурации, построенной по этому стандарту.

Использование технологии 1-wire можно посмотреть на примере DS2408 или DS2406p.

Большую роль при построении 1-Wire-сетей играет исполнение однопроводной линии связи. Как правило, такие линии имеют структуру, состоящую из трех основных проводников: DATA — шина данных, RET — возвратный или земляной провод, EXT_POWER — внешнее питание не только обслуживаемых ведомых устройств, но и внешних относительно них цепей датчиков и органов управления. В зависимости от способа прокладки, сопряжения с ведомыми устройствами и используемых при прокладке материалов, в соответствии с ниже следующей Таблицей различают три основных варианта качества организации 1-Wire-сетей, каждый из которых подразумевает использование особой технологии и аксессуаров при реализации линии.

  Поиск по сайту:

 

По базе:  

 

реклама

 

Мероприятия:

текст еще

Продукция фирмы Maxim: Продукты 1-Wire

DSC выпускает набор специализированных компонентов, предназначенных для построения однопроводной сети. Базовым элементом является адресуемый ключ DS2405, имеющий в своем составе 1-проводный интерфейс, построенный по КМОП — технологии, и управляемый ключ — N — канальный полевой транзистор с открытым стоком. Управление работой адресуемого ключа осуществляется независимо от присутствия в сети других таких же приборов. Применение других компонентов, таких как сдвоенный адресуемый ключ, контроллер двухпортовой памяти, цифровой термометр, часы, счетчики, ветвители сети и др.

Программная реализация протокола 1-wire (iButton, MicroLan) на микроконтроллерах AVR

— расширяет возможности построения сети в промышленных и бытовых приложениях.

Тип Описание Особенности Тип корпуса
DS1822 Цифровой термометр с программируемым разрешением точность 2.0°С TO-92, SOIC-8
DS18B20 Цифровой термометр с программируемым разрешением точность 0.5 С, 24 бит EEPROM TO-92, SOIC-8
DS18S20 Высокоточный цифровой термометр точность 0.5 С, 16 бит EEPROM TO-92, 8- SOIC
DS2401 Кремниевый серийный номер TO-92, SOT-223, CSP
DS2404 Двухпортовое ОЗУ + часы 4096 бит RAM 16- SOIC
DS2405 Адресуемый ключ TO-92, SOT-223, TSOC
DS2406 Сдвоенный адресуемый ключ с памятью 1024 бит EPROM TO-92, TSOC
DS2409 Ветвитель сети TSOC
DS2417 часы реального времени с прерыванием TSOC
DS2422 1-проводной цифровой термометр с функцией сбора данных 512 байт RAM SO-24
DS2423 1-Wire RAM with Counters 4096 бит RAM TSOC
DS2430A 1-Wire EEPROM 256+64 бит EEPROM TO-92, TSOC
DS2431 1-Wire EEPROM 1024 бит EEPROM TO-92, TSOC
DS2433 1-Wire EEPROM 4096 бит EEPROM PR-35, SOIC
DS25LV02
1-Wire EEPROM 1024 бит EEPROM, 2.2В TSOT-23 DS2450 четырехканальный АЦП — SOIC DS2480B драйвер сети — SOIC DS2480B Восьмиканальный мастер интерфейса 1-Wire Интерфейс I2C SOIC DS2490 преобразователь USB в 1-Wire сеть — SOIC-16 DS2502 EPROM с однократной записью 1024 бит EPROM TO-92,SOIC-8, CSP DS2505 EPROM с однократной записью 16384 бит EPROM TO-92, TSOC DS2506 EPROM с однократной записью 65536 бит EPROM PR-35, SOIC DS2740 Высоко точный измеритель заряда Измерение двунаправленного тока с 15 битной точностью µMAX-8 DS2761 Высокопрецизионный контроллер Li+ батареи 16 байт памяти SRAM общего назначения TSSOP-16 DS2770 Контроллер заряда и монитор батареи Измерение температуры с разрешением 0.125°С
16 байт памяти SRAM общего назначения TSSOP-16 DS2890 цифровой потенциометр — TSOC-6, TO-92 DS9502 диод электростатической защиты — TSOC DS9503 диод электростатической защиты с резистором — TSOC

Однопроводная сеть с интерфейсом 1-Wire  может эффективно применяться в системах охранной сигнализации, контроля доступа, сбора и обработки данных, инвентаризации и других.

Используемый интерфейс

Обмен данными с iButton производится через интерфейс 1-Wire, также являющийся фирменной разработкой Dallas Semiconductor. Информация в этом интерфейсе передается по единственному проводнику, то есть шина данных – однопроводная. Питание iButton получают из этого же проводника, заряжая внутренний конденсатор в моменты, когда на шине нет обмена данными. Скорость обмена достаточна для обеспечения передачи данных в момент касания контактного устройства.


Схема организации сетей MicroLAN

Протокол интерфейса 1-Wire обеспечивает возможность работы с множеством iButton, подключенных параллельно к линии данных. Команды интерфейса позволяют определить ID всех iButton, подключенных в данный момент к линии и затем работать с конкретным прибором, переведя остальные в режим ожидания. Управление линией данных и выдачу команд производит ведущее устройство, в качестве которого может использоваться любой микроконтроллер или персональный компьютер (ПК). Для обеспечения целостности данных используется вычисление контрольных кодов, а также аппаратный промежуточный буфер в ОЗУ iButton?. Данные сначала записываются в этот буфер, затем ведущий проверяет их правильность, и только после этого выдает команду ведомому устройству — скопировать их из буфера в основную память.

Для подключения iButton к персональному компьютеру фирмой Dallas Semiconductor выпускаются адаптеры, преобразующие сигналы стандартных портов компьютера (RS232, LPT и USB) в сигналы 1-Wire. Программные драйверы и комплект разработчика iButton TMEX SDK свободно доступны на сайте фирмы, посвященном iButton — www.ibutton.com

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *