ГЛАВА 2
ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ И ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве технической основы для осуществления синхронного температурного мониторинга выбраны две технологии, разработанные фирмой Dallas Semiconductor: проводная MicroLAN (Miniature Local Area Network - микролокальная сеть) и беспроводная iButton (Information Button - информационная кнопка). Их роднит единый однопроводный протокол обмена информацией между датчиками и компьютером. Кроме того, они взаимно дополняют друг друга: если с помощью MicroLAN можно организовать компьютерно управляемые сети оперативного мониторинга, то iButton позволяет осуществить накопление информации в неограниченном количестве точек контроля.
В этой главе кратко описываются принцип организации, стандартные свойства и конкретные способы реализации технологий (подробности - в [140-146]).
2.1.Однопроводная технология MicroLAN
MicroLAN представляет собой информационную сеть, использующую для осуществления цифровой связи одну линию данных и один возвратный (или земляной) провод. Таким образом, для реализации среды обмена этой сети могут быть использованы как кабели, содержащие неэкранированную витую пару, так и обычный телефонный провод. Подобные кабели при их прокладке не требуют специального оборудования. Ограничение максимальной длины однопроводной линии, реализуемой без дополнительных вспомогательных устройств (повторителей), регламентировано на уровне 300 м.
Основой архитектуры MicroLAN 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 устройствами.
Конфигурация любой MicroLAN может произвольно меняться в процессе ее работы, не создавая помех дальнейшей эксплуатации и работоспособности всей линии в целом, если при этих изменениях соблюдаются основные принципы организации однопроводной шины. Эта особенность включает и практически важный случай, когда один или несколько датчиков выходят из строя. При этом работоспособность остальной сети не нарушается. Такая возможность достигается благодаря присутствию в протоколе однопроводного интерфейса специальной команды поиска ведомых устройств, которая позволяет быстро определить новых участников информационного обмена или исключить поврежденные. Стандартная скорость отработки такой команды составляет ?75 узлов сети в секунду.
MicroLAN имеет практически неограниченное адресное пространство. При этом каждый из приборов сразу готов к использованию в составе сети, без каких-либо дополнительных аппаратно-программных модификаций. Компоненты однопроводных сетей являются самотактируемыми полупроводниковыми устройствами. Передача сигналов асинхронная и полудуплексная, а вся циркулирующая в сети информация воспринимается абонентами либо как команды, либо как данные. Стандартная скорость работы сети - 16.3Кбит/сек - выбрана с учетом обеспечения максимальной надежности передачи данных на большие расстояния, а также с учетом быстродействия наиболее широко распространенных типов микроконтроллеров, которые в основном должны использоваться при реализации ведущих устройств однопроводной шины.
Циркулирующая в MicroLAN информация передается пакетами. При передаче или приеме пакета информации всегда осуществляется контроль истинности циклическим избыточным кодом (ЦИК). В пакете передаваемых данных содержится 8-битовый или 16-битовый ЦИК. Мастер шины, приняв очередной пакет данных, подсчитывает его ЦИК. Если этот ЦИК совпадает со значением, переданным в пакете, значит, данные приняты верно. В противном случае операция приема повторяется.
Обмен информацией в сети является программно управляемым. Ведущее устройство опрашивает узлы сети и по результатам опроса предпринимает те или другие действия.
Для проведения температурного мониторинга с использованием MicroLAN выбраны датчики температуры DS1820 и DS18B20 фирмы Dallas Semiconductor со следующими характеристиками:
* наличие однопроводного интерфейса, требующего только одной линии связи для коммуникации;
* возможность подключения на одну линию связи большого количества устройств;
* возможность питания от линии данных;
* отсутствие потребления энергии в режиме ожидания;
* возможность энергонезависимых установок пороговых температур;
* наличие специального режима поиска аварийных температур, при котором мастер шины по специальной команде может адресоваться только к тем датчикам, температура которых вышла за установленные пользователем пределы.
* выдача в линию связи значения температуры в виде 9-ти, 10-ти, 11-ти или 12-битового двоичного числа, т. е. с разрешающей способностью 0.5?С, 0.25?С, 0.125?С и 0.0625?С, соответственно;
* время преобразования температуры в код - от 200 мс до 750мс, в зависимости от разрешающей способности;
* диапазон измеряемых температур - от -55?С до +125?С с шагом от 0.0625?С до 0.5?С (DS18B20) и 0.5?С (DS1820);
Датчики имеют в своем составе три основных компонента: 1) 64-битовое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); 2) собственно датчик температуры и 3) энергонезависимые триггеры нижнего и верхнего порогов температур TL и TH. В ПЗУ каждого датчика содержится информация, идентифицирующая этот датчик и позволяющая мастеру шины вычленить из множества подключенных к шине устройств нужное и вести с ним диалог.
Подключение датчиков к шине может производиться как по схеме с активным питанием, когда на выводы питания датчиков подается внешнее напряжение +5В, так и по схеме пассивного питания, при которой эти выводы подключаются к общему проводу, а энергию для работы датчик черпает из линии данных. Во втором случае датчики не могут выполнять операцию преобразования температуры в код (как наиболее энергоемкую) все одновременно - только последовательно. А так как время выполнения этой операции колеблется от 0.2 сек до 0.75 сек (в зависимости от разрешающей способности), то при пассивном питании процесс опроса датчиков си
- Київ+380960830922