Датчики с шиной i wire

Бытует мнение, что шина 1-wire является ненадежной, имеет слабую помехозащищенность и плохо подходит для домашней автоматизации. С позиции собственного опыта, исходя из результатов достаточно продолжительной эксплуатации 1-wire в качестве основной шины для передачи данных в системе Умного Дома, я могу сделать некоторые выводы и поделиться рекомендациями.

В качестве мастеров, а их, напомню, в системе может быть несколько, используется фирменный адаптер DS9490R производства фирмы Maxim. В адаптере применена схема с активной подтяжкой линии, что увеличивает надежность и скорость работы шины. Простые адаптеры с резистором для подтяжки в этом смысле работают с линией менее эффективно.
Для соединения элементов сети используется кабель «витая пара», UTP 5 категории с одножильными проводниками. В некоторых местах использован экранированный кабель.
Чтобы облегчить построение сети и дальнейшие манипуляции с ней, все модули выполнены в корпусе сдвоенной телефонной розетки. Это позволяет использовать дешевые коннекторы RJ-11 и простейший инструмент для обжатия коннекторов.

В текущий момент моя сеть насчитывает 21 элемент:

Длина главного сегмента сети: 120 метров
Длина второго сегмента сети: 40 метров

Все датчики температуры подключены по схеме с использованием паразитного питания и не используют линию питания в кабеле.
1-wire сеть уложена вплотную с силовыми проводами 220В, перекрещивается с ними, обвивается вокруг них. Во многих местах кабели Ethernet, телефон, 1-wire, 220В стянуты вместе хомутами.
Один из температурных датчиков DS1820, установленный в подвале закреплен прямо на вводном электрическом кабеле 220В/380В с толщиной жилы 10 мм2. Максимальный ток, протекающий по электрическим проводам, находящимся в непосредственном контакте с шиной 1-wire достигает 45А.
Все исполнительные ключи, а также некоторые термодатчики находятся в непосредственной близости к компьютерной технике, бесперебойнику, котельному оборудованию (некоторые насосы потребляют до 250Вт, а Grundfos MQ — 1кВт) без учета стартовых токов.

Несколько слов об отводах от шины. Теоретически, чем короче отвод, тем лучше, но некоторые температурные датчики в моей сети, использующие паразитное питание, подключены отводом длиной 1,5 метра! И это никак не сказывается на надежности работы и доступности компонента в сети. Однако злоупотреблять длиной отводов все же не стоит.

Распространено мнение, что электрические приборы могут негативно воздействовать на работу шины. Я не заметил никакого существенного влияния пылесосов, электроинструмента, насосов, бытовой и компьютерной техники на корректную работу шины 1-wire. Это, впрочем, не означает, что никакого влияния нет. Возможно, влияние есть, но каких-то значительных сбоев в работе сети с негативными последствиями я за все время эксплуатации не заметил.

Существуют рассуждения о том, что грозы и прочие атмосферные явления, а также положение звезд и созвездий, солнечный ветер и еще бог весть что нарушают работу шины 1-wire. Мой конкретный опыт говорит о том, что никакого нарушения нет.

Но вместо того, чтобы рассказывать о том, что в моем случае не влияет на работу сети, я лучше расскажу о том, с чем в действительности столкнулся. Ради эксперимента я решил заменить участок шины длиной около 3 метров прямым кабелем, где провода не свиты, как в UTP. Этот кабель положил как и все остальные рядом с электрическими проводами. Сеть работала, но очень редко по непонятным причинам все то, что находилось после этой вставки исчезало из видимости. Удаление кабеля на метр от всех остальных проводов исправляло ситуацию. Замена вставки на UTP полностью решило проблему.

Таким образом, могу сделать следующие рекомендации по монтажу шины в 1-wire в доме.

• Использование в качестве мастера DS9490R
• Использование кабеля UTP 5 cat (крайне желательно экранированного, FTP или STP)
• Обжатие в коннекторе RJ-11 только парных (свитых) проводов
• Обеспечение заземления экрана шины
• Использование максимально коротких отводов от шины в случае крайней необходимости
• Использование для питания модулей стабилизированного напряжения

Несколько слов об экранированном кабеле. Сам по себе экран уже снижает межкабельные наводки, но для эффективной защиты от помех экран нужно заземлить. Существует два различных подхода к заземлению экрана кабельных систем. Первый подход подразумевает заземление с обоих концов кабеля. Этот подход к заземлению улучшает характеристики помехозащищенности, но увеличивает риск образования так называемых «контурных» токов. Второй подход предлагает заземлять шину только в одной точке. Такая система проще, но и менее надежна с точки зрения защиты от помех.

Важной особенностью технологии 1-wire является терпимость к ошибкам монтажа и всякого рода нештатным ситуациям. В целях эксперимента я вывел шину на улицу и подключил к ней температурный датчик в корпусе телефонной розетки. Более того, в целях лучшей конвекции воздуха я проделал в корпусе множество отверстий. Пылевлагозащищенность получившегося устройства немногим превышала ноль. Датчик подключался кабелем UTP.

Спустя два года пребывания на улице датчик исчез из сети

Вскрытие показало легкий налет коррозии на датчике. Смахнув зеленый налет отверткой я повесил датчик снова. Датчик появился в сети и работает до сих пор. Этот пример показывает устойчивость шины и ее компонентов к различного рода внешним проблемам, однако пример нельзя расценивать как руководство к действию. Для уличного применения необходимо тем или иным образом герметизировать чип и подключение к 1-wire.

Автор: Andrey_B
Любое использование материалов сайта возможно только с разрешения автора и с обязательным указанием источника.

Видео:55. Знакомство с интерфейсом 1-wire (Урок 46. Теория)Скачать

Добавить комментарий:

Сортировка комментариев: Последние сверху | Первые сверху

2019-06-22 21:09:59 | Andrey_B
Олег, сейчас вся автоматика в моем доме построена на базе модулей MegaD. На сайте об этих модулях написано очень много. Для опроса датчиков используется как 1-wire, так и I2C. Все работает хорошо и стабильно. На нашем форуме много раз обсуждалось, почему бывают сбои в работе цифровых шин. Полистайте форум.

2019-06-21 09:41:59 | Олег
Андрей, добрый день!
Статье уже почти 10 лет! Можете немного прокомментировать, какие еще проблемы были с сетью 1-wire за это время. Или наоборот, все работало все 10 лет и больше ничего не ломалось ? Пытаюсь выбрать недорогую шину для разнородных датчиков, думаю унифицировать обвязкой под 1-wire, нужна удаленность — десятки метров. Но вот собрал недавно термостат, к нему подключено пара датчиков ds18b20 с паразитным питанием, длина линии максимум метров 10, так вот на дисплее периодически абракадабра появляется (типа -0.1), пока правда не разбирался отчего, но сразу закрались сомнения.

2017-11-16 11:56:23 | Andrey_B
Владимир, UTP для дома — это нормально. Конечно, при наличии экрана его желательно заземлять. Без заземления экран большой роли не играет и в домашних условиях вряд ли мешает.

2017-11-16 08:18:22 | Владимир
Витая пара без экрана — это очень плохо? А то в интернете расходятся мнения по поводу того, что лучше: UTP или STP/FTP для квартиры. Говорят, что нормального заземления всё равно нет. а экранированный не заземлённый кабель это ещё хуже, чем не экранированный. Есть какие-нибудь авторитетные источники по этому поводу?

2017-10-23 12:06:21 | Andrey_B
Евгений, да никак особенно не настраивается. «-u all» и все устройства с двух адаптеров видны в одном списке.

2017-10-23 01:28:56 | Евгений
А как в owfs настраивается считывание данных с двух разных USB?

2016-11-17 11:05:35 | Сергей
«в RJ-11 обжимаются свитые пары, которые используются под GND и DATA. По одному проводу на контакт.» — т.е. из 4-х проводов, допустим, цветные подключаются к GND и DATA датчика температуры, а куда подключить парные половины витой пары (полуцветные)? И почти такой же вопрос относительно подключения экрана (если кабель экранированный) , возможно ли их подключение на линию GND (с одной или двух сторон) или это не так?

2014-10-17 01:44:18 | Кирилл
Извините за прошлый комментарий, нашел ответ на другой странице, что это Microsoft Visio. Спасибо за Ваш сайт! Второй год с Вами, открыл для себя много нового!

2014-10-17 01:37:36 | Кирилл
Подскажи, пожалуйста, в какой программе вы чертите такие схемы, которая на первой картинке? Хочу начертить подобное, не могу понять что за программу. Буду очень благодарен)

2014-09-24 11:30:04 | Andrey_B
Герасим, извините, не совсем уловил сути вопроса.
На «горячую» любой 1-wire датчик заменить можно. Работа сети или сегментов сети во время замены зависит от того, как именно датчик подключен. Что касается ПО, то датчик имеет уникальный идентификатор и новый датчик необходимо «прописывать» в ПО.

2014-09-23 20:43:44 | Герасим
Судя по вашему фото , контакты датчика окислились. У меня такая проблема, они окислились и один контакт коррозия возле самого основания датчика съела. Так вот вопросы можно ли в системе умный дом датчик заменить на ‘гарячую’ так сказать без прошивки в ПО?
Благодарен за ответ.

2013-09-26 12:09:29 | Владимир
Интересно увидеть как изменилась схема после разработки и внедрения MegaD-328.

Читайте также: Шина нулевая экф в корпусе

2013-07-09 16:06:44 | Andrey_B
Александр, в данный момент ИК-извещатели подключены к автономному блоку сигнализации CCU6225, который имеет связь с системой только на уровне режима работы. Но в ближайшей перспективе все ИК-извещатели буду подключать к MegaD-328 таким образом, чтобы системы была в курсе того, когда и какой извещатель сработал вне зависимости от режима. То есть планируется, что датчики будут работать не только для охраны, но и для управления освещением и другими системами.

2013-07-09 15:46:22 | Александр
ИК-извещатели, изображенные на вашей схеме, предназначены для управления, например кондиционером? Подключены по 1wire? На чем сделаны?

2012-05-01 19:55:01 | gdr
1 и 3 ноги соединить накоротко.

2012-05-01 13:24:19 | Денис
не могли бы вы уточнить как подключали датчики температуры на паразитное питание?

2012-04-22 23:37:56 | Andrey_B
Сергей, в данный момент у меня да — на одной шине.

2012-04-22 14:36:17 | Сергей
Скажите пожалуйста, а датчики температуры исполнительные модули сидят также все селят на одной шине?

2011-10-11 14:55:12 | Andrey_B
Юрий, в RJ-11 обжимаются свитые пары, которые используются под GND и DATA. По одному проводу на контакт. На фото датчика распаяны все ноги, но в розетке VCC и GND соединены.

2011-10-11 12:35:33 | Юрий
Строю свою сеть. Прокомментируйте, плз поподробнее: 1. «Обжатие в коннекторе RJ-11 только парных (свитых) проводов» — какие пары используете и по сколько проводов на контакт? 2. «Все датчики температуры подключены по схеме с использованием паразитного питания и не используют линию питания в кабеле.» а на фото уличного датчика распаяны все ноги DS 1820?

2011-10-05 21:38:52 | имя
От последней проблемы можно залить ноги далласа и место пайки «китайскими термосоплями». Давно применяю такой метод — довольно надежно. Единственно, этот клей очень не любит прямых солнечных лучей, но это совсем не проблема.

2011-01-13 21:05:04 | exzo
я читаю и балдею: кто-то уже это сделал. мне надо лишь повторить, и это реально. респект за инфу, по мере погружения в тематику буду отписываться более подробно.

2010-12-27 05:37:54 | realproduman
Хорошая информация , много полезного .

Видео:56. Взаимодействие датчиков DS18B20 по шине 1 Wire с микроконтроллером PIC (Урок 47. Теория)Скачать

Протокол 1-Wire

1-Wire – протокол передачи данных в обе стороны по одному проводу.

Данный протокол разработан корпорацией Dallas Semiconductor (сейчас Maxim Integrated) в далёких 90-х, но активно используется и сейчас: именно на 1-Wire работает большинство «таблеток» — домофонных чипов (DS1990A), карточек доступа, а также через 1-Wire общаются популярные датчики температуры (DS18S20 и DS18B20), транзисторные ключи (DS2405, DS2406), программируемые порты ввода-вывода (DS2408), АЦП и ЦАП, часы реального времени (DS2417) и многое другое.

Режим связи в этом протоколе – асинхронный и полудуплексный (об этом подробнее тут), а также «остроконечный» (при отсылке многобайтовых целых передача идёт от младшего байта к старшему).

При этом у нас всегда есть ведущий – одно устройство на шине, которое отсылает команды, и ведомые – устройства, которые эти команды принимают и отвечают на них, если необходимо; каждое из ведомых устройств подключается непосредственно к общей шине.

Ещё раз подчеркнём – на шине может быть только ОДИН ведущий – иначе возникнут конфликты, когда оба ведущих будут тянуть одеяло на себя (на самом деле, есть некоторые приёмы организации сетей 1-Wire в режиме мультимастера – например, с помощью ветвителя сети DS2409 – но в «обычной» жизни все-таки предпочтительней иметь только одного ведущего на шине).

Протокол 1-Wire хорош тем, что не сложен в реализации и требует для связи всего два-три провода (шина данных, земля и при необходимости питание); однако при этом он не лишён и недостатков – этот протокол весьма чувствителен ко времени и к помехам. Также 1-Wire не предназначена для передачи больших объёмов информации и для скоростного обмена данными – максимальная скорость 9600 Бод/с.

Протокол 1-Wire описывает физический, канальный, сетевой и транспортный уровни взаимодействия (см. модель OSI).
На физическом уровне даются описания способов подключения, требования к шине данных и питанию и т.д.
Канальный уровень описывает способы чтения и передачи битов по протоколу.
Сетевой уровень описывает способы адресации к различным устройствам на линии.
Наконец, транспортный уровень описывает функциональные команды, используемые устройствами 1-Wire.

Физический уровень протокола

Физически для организации интерфейса необходимы как минимум линия для данных и «земля»; достаточно часто также для подключения устройств необходима также линия питания, однако некоторые ведомые устройства могут питаться и паразитно – получать «подпитку» через шину данных.

Рисунок 1. Пример подключения ведущего и ведомых устройств по протоколу 1-Wire.

Упрощенный пример подключения шины представлен на рисунке 1: так, у нас есть ведущее устройство и три ведомых, Slave1, Slave2 и Slave3. Шина данных (data) подтянута резистором к питанию и к ней присоединены все четыре устройства; также каждое из устройств подсоединено к земле. Master, Slave2 и Slave3 подключены к питанию (от 3 до 5 В, в зависимости от требований устройств), а устройство Slave1 питается паразитно через шину данных (об этом подробнее ниже).

К слову, о питании – согласно даташиту, шина данных должна быть подтянута к питанию резистором 4.7 кОм, однако данный номинал используется при относительно коротких линиях; если же расстояние между устройствами достаточно велико, то сопротивление резистора можно уменьшить.

Канальный уровень протокола

Обмен информацией ведётся так называемыми временными, или тайм-слотами (60 мкс): один тайм-слот служит для обмена одним битом информации. Данные передаются бит за битом, начиная с младшего бита младшего байта – это, кстати, достаточно часто приводит к ошибкам у новичков – кажется, что нужно передавать данные слева направо, так, как они хранятся в памяти (то есть, следите за словами: кажется, что нужно начинать со старшего бита младшего байта (вы уже запутались, да?) – но нет! При передаче по 1-Wire, например, двухбайтового числа порядок передачи будет таким:
Имеем число 1023410 – в двоичном виде выглядит так: 00100111 11111010₂
В памяти (так как у нас «остроконечный» порядок хранения данных) выглядит так: 11111010 00100111.
А передача по 1-Wire будет выглядеть так:
0→1→0→1→1→1→1→1→1→1→1→0→0→1→0→0
Если вы запутались так же, как и я – самое время выпить чая с шоколадкой и немного утрясти все в голове.

Идём дальше. При обмене информацией ведущий инициирует каждую связь на битном уровне. Это означает, что передача каждого бита, независимо от направления (передача или приём), должна быть инициирована ведущим. Шина данных по умолчанию подтягивается к «единице», поэтому для начала как приёма, так и для передачи ведущий опускает линию в «ноль» на некоторое время.

Внимание: ни ведущий, ни ведомые не выставляют на шине «единицу» — это черевато коротким замыканием: если одно устройство выставит на шине «1», а другое – «0»; поэтому как ведущий, так и ведомый могут использовать только два состояния: «на выход в ноль» и «z-состояние» (на вход без подтяжки). Подтяжка к питанию осуществляется резистором (!).

Рассмотрим 5 основных команд для связи по шине 1-Wire: «Запись 1», «Запись 0», «Чтение», «Сброс» и «Присутствие». При этом на рисунках красным выделено управление линией от ведущего, синим – управление линией от ведомого, черным – освобожденная линия (с помощью подтяжки шина автоматически переходит в «единицу»).

Сигнал «Запись 1». Ведущий устанавливает низкий уровень в течение 1…15 мкс. После этого, в течение оставшейся части временного слота он освобождает шину.

Сигнал «Запись 0». Ведущий формирует низкий уровень в течение не менее 60 мкс, но не дольше 120 мкс.

Сигнал «Чтение». Ведущий устанавливает низкий уровень в течение 1…15 мкс. После этого подчинённый, если хочет передать 0, удерживает шину в низком состоянии до 60 мкс; если же подчинённых хочет передать 1, то он просто освобождает линию. Ведущий обычно сканирует состояние шины по истечении 15 мкс после установки низкого уровня на шине.

Так, ведомый удерживает линию к земле, если хочет передать «0», и просто отпускает линию, если хочет передать «1».
Таким образом при чтении получаем следующие диаграммы.

Сигнал «Чтение при получении 1»:

Сигнал «Чтение при получении 0»:

Основные проблемы, которые возникают при реализации чтения-записи – это проблемы со временем, то есть «невыдерживание», или наоборот, «передерживание» временных задержек при чтении линии. Возникают эти проблемы из-за того, что часто не делают поправку на медленность языков программирования высокого уровня. Особенно это касается различных «дополнительных» функций и ништяков. Подробнее тут

Сигнал «Сброс/присутствие». Здесь временные интервалы импульсов отличаются. Ведущий устанавливает низкий уровень в течение 8 временных слотов (480 мкс), а затем освобождает шину. Данный длительный период низкого состояния называется сигнал «Сброс».
Если на шине присутствует подчинённый, то он должен в течение 60 мкс после освобождения ведущим шины установить низкий уровень длительностью не менее 60 мкс. Данный отклик носит название «Присутствие». Если такой сигнал не обнаруживается, то ведущий должен полагать, что нет подключённых устройств к шине и дальнейшая связь невозможна.
Данная связка сигналов всегда начинает любой обмен информацией между устройствами.
Помимо этого, нужно учитывать, что любое ведомое устройство после получения питания сразу же выдаёт сигнал присутствия.
Сигнал же «Сброс» позволяет ведущему досрочно завершить обмен информацией – например, если датчик температуры передаёт нам всю свою память, а нам нужны только первые два байта, которые содержат значение температуры, то после получения этих двух байт микросхема просто может опустить линию в ноль на нужное количество времени – датчик поймет, что больше ничего пересылать не нужно.

Читайте также: Шипованные шины power grip kc11

О реализации: обычно необходимо запрограммировать микроконтроллер как ведущее устройство, поэтому есть несколько советов: микроконтроллеру стоит генерировать сигналы (опускание шины к земле) чуть больше необходимого минимума по времени, а ответы от ведомых устройств ждать по наихудшим прогнозам – тогда взаимодействие по протоколу будет оптимальным.
При этом ведущему нужно не забывать периодически проверять состояние линии данных — то, что она возвращается в подтянутое состояние с течением времени – а то может возникнуть ситуация, например, что какой-нибудь ведомый сломался и коротит, например, линию в ноль – и в принципе, протокол не проверяет данную проблему сам, ошибки может и не возникнуть – но об этом чуть ниже.

Сетевой и транспортный уровни протокола

Рассмотрим «более высокий» уровень протокола 1-Wire – последовательность действий при взаимодействии ведущего и ведомого, а также основные команды. При этом нужно отметить, все данные, в том числе команды, отсылаются побитно последовательно, начиная с младшего бита.

1. Ведущий посылает на линию сигнал reset («Сброс»). После линия освобождается для «ответных действий». Если на шине присутствует ведомый, то в течение 60 мкс он сообщает о «присутствии».
   Если же ведущий не получает отклика-«присутствия», то он считает, что подключённых к шине устройств нет.
2. Далее следует сетевой уровень протокола: ведущий должен определить, к какому из устройств на шине данных он будет дальше обращаться. Данный выбор обеспечивается отсылкой одной из ROM-команд (длиной в 1 байт), которые работают с уникальными кодами устройств:
   • Search ROM ($F0) – «поиск ROM». Если коды подключённых устройств не известны, то эта команда позволяет ведущему определить их. Подробное описание данной команды представлено ниже.
   • Read ROM ($33) – «чтение ROM» – команда используется, если мы точно знаем, что у нас только одно подчинённое устройство (например, только один датчик температуры или один домофонный ключ), тогда для считки его кода можно не париться с поиском ROM. При получении данной команды все ведомые устройства на шине отсылают свой уникальный код.
   • Skip ROM ($CC) – «пропуск ROM». Это команда используется, когда необходимо дать команду всем устройствам на шине – например, нужно, чтобы все подключённые датчики одновременно считали температуру.
   • Match ROM ($55) – «совпадение ROM». Используется для выбора конкретного подчинённого устройства на шине. После отсылки команды ведущий передаёт 64-разрядный код. По завершении только тому подчинённому устройству, которое приняло свой идентификатор, разрешается отвечать после приёма следующего импульса сброса – остальные же молча ждут импульса сброса.

Так, например, если у нас есть микроконтроллер и DS18S20 – датчик температуры, и мы хотим получить от этого датчика значение температуры, то алгоритм работы будет следующим:

1. МК отсылает импульс сброса
2. Датчик отвечает импульсом приветствия
3. МК отсылает адресную команду «Skip ROM» — так как датчик у нас на линии один, то нам нет необходимости работать с «адресами»
4. МК отсылает функциональную команду «Convert T» — по этой команде датчик температуры начнёт однократное температурное преобразование; результат же этого преобразования будет записан в память датчика
5. МК ждёт, пока датчик закончит преобразование (ведомое устройство никоим образом не может само сообщить, что оно «освободилось», поэтому микроконтроллер просто ждёт время, указанное в даташите)
6. МК отсылает импульс сброса
7. Датчик отвечает импульсом приветствия
8. МК отсылает адресную команду «Skip ROM»
9. МК отсылает функциональную команду «Read Scratchpad» — по этой команде датчик отсылает 9 байт своей памяти
10. МК считывает нужное количество байт (значение температуры содержится в первых двух)
11. При необходимости МК завершает сеанс связи, отсылая импульс сброса

При этом нужно помнить, что ведомые устройства могут поломаться и, например, опускать линию всегда на 0. Допустим, у нас так закоротило датчик температуры в термостате печки. Тогда, если ведущий не проверит, что линия возвращается в единицу, то вероятна следующая ситуация:

1. МК отсылает импульс сброса
2. Датчик коротит линию на ноль – МК обнаруживает, что есть импульс приветствия
3. МК отсылает адресную команду «Skip ROM» — не проверяя при этом линию, конечно
4. МК отсылает функциональную команду «Convert T» — датчик всё ещё в коме
5. МК ждёт
6. МК отсылает импульс сброса
7. история повторяется, датчик отсылает ноль
8. МК отсылает адресную команду «Skip ROM»
9. МК отсылает функциональную команду «Read Scratchpad»
10. МК считывает нужное количество байт — и получает, естественно, все нули. Даже если мы считываем всю память вместе с CRC, CRC от нуля будет равно нулю – то есть ошибки не произойдет МК конвертирует температуру, получает ноль, отправляет команду нагревать печь. И так до бесконечности!

Выглядит все это довольно печально – и черевато большими проблемами! Так что на протокол полагайся, но сам не плошай.

Вернёмся к алгоритму взаимодействия ведущего и ведомого по протоколу. Как видно, реализовать работу ведущего устройства не так уж сложно – при этом есть как уже готовые библиотеки с кодом, так и аппаратные реализации – например, от той же фирмы Maxim Integrated. Так, например, для AVR-ок написан целый даташит для реализации 1-Wire.

А вот реализовать ведомое устройство не так уж просто – и если библиотеки существуют (например, у нас на сайте), то аппаратных реализаций именно протокола 1-Wire мне не встречалось. Принцип же работы ведомых устройств подробно описан в их документации, обычно в виде блок-схемы.

Паразитное питание

Протокол 1-Wire позволяет ведомым устройствам при необходимости использовать паразитное питание – так, например, если уже есть линия с двумя проводами, или же необходимо удалённое измерение, или, например, в случае системы аутентификации, ведомое устройство (ключ или карточка) не подразумевает подключение питания.

Каждое устройство имеет свои требования к паразитному питанию, но обычно это требование не опускать линию данных в ноль в течение выполнения ведомым определённых функциональных команд.

Например, для датчика температуры DS18S20, использующего протокол 1-Wire, необходимо гарантировать, что на шине данных будет достаточное напряжение при выполнении температурного преобразования или при копировании данных из памяти EEPROM. Согласно даташиту, при этом рекомендуется подтягивать линию данных к питанию с помощью полевого транзистора; на деле же при использовании напряжения +5-+5.5 В микроконтроллеру достаточно просто не опускать шину данных в ноль (в случае именно с датчиком DS18S20 – другие датчики могут потреблять больше тока). Также именно паразитное питание является одной из причин, почему микроконтроллеру стоит передавать сигналы (то есть опускать линию данных в ноль) по минимальному времени – это позволяет устройствам на паразитном питании нормально функционировать.

К слову, не все авторы библиотек заморачиваются данным вопросом – так, при попытке заставить работать датчик DS18S20 на паразитном питании в среде MikroElectronika с использованием библиотеки этой среды датчик просто не получал достаточного питания и не мог нормально «общаться».

Области применения

Существует целый ряд устройств, использующих интерфейс 1-Wire, — так, например, всем известная «таблетка» — домофонный ключ – работает в большинстве случаев именно через данный протокол: микроконтроллер в замке просто спрашивает уникальный код «таблетки», и если этот код содержится в списке разрешённых устройств, микроконтроллер открывает замок.

Помимо всевозможных устройств для идентификации и авторизации (ключи, карточки пропуска), многие датчики – будь то датчики температуры, датчики влажности, освещения и др. – также используют для связи интерфейс 1-Wire. Помимо этого, есть также ряд микросхем для «мониторинга, менеджмента, защиты и управления восстановлением заряда автономных источников питания самых различных типов и назначений».

Уникальные коды устройств 1-Wire

Пару слов об уникальных кодах устройств, с которыми и работают ROM-команды. Каждое «одноварное» устройство имеет свой 64-хбитный код, состоящий из трёх частей:

Младший байт – это код семейства, к которому относится устройство, 6 следующих байт – уникальный в семействе серийный номер, ну и наконец, старший байт – это CRC, который служит для проверки правильности приёма всего кода. Так, например, на родных даллосовских (сейчас максимовских) «таблетках» часть уникального кода – а именно, 48-битный серийный номер – пишется на металле в шестнадцатиричном виде (все дружно посмотрели на свои домофонные ключи).

Рассмотрим подробнее, какие коды семейств устройств 1-Wire бывают:

NV RAM – Non-Volatile Random-Access Memory (энергонезависимое ОЗУ)
PROM – Programmable Read-Only Memory (однократно программируемое ПЗУ)
EEPROM – Electrically Erasable Programmable Random-Access Memory (электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ)

Про команду Search ROM (F0h):

По мотивам статьи Чернова Геннадия.
Если ведущий не знает серийный номер устройств, подключенных к шине, то существует возможность идентифицировать коды ROM каждого устройства – для этого необходимо использовать команду «Search ROM» [F0h]. Эта команда действует как команда «Read ROM», объединенная с командой «Match ROM».

Процесс идентификации кодов ROM ведомых устройств выглядит так:

После формирования мастером команды «Search ROM» все устройства посылают на шину значение своего младшего бита; при этом сначала в течение одного такта ведомыми посылается «прямое» значение бита, а в течение следующего такта – «обратное» (логическое НЕ, дополнение) значение этого же бита.
Тогда мастер может считать следующие последовательности:

• «01» — если у всех ведомых устройств младший бит равен «0» (сначала они отсылают «0», потом = «1»)
• «10» — если у всех ведомых устройств младший бит равен «1»
• «00» — если есть так называемый конфликт – у некоторых устройств младший бит равен «1», у остальных – «0». Тогда при передаче «прямого» значения устройства с «0» опускают линию, при передаче «обратного» — устройства с «1» также опускают линию.

Далее мастер в следующем временном слоте отсылает «0» или «1», таким образом определяя, с какими устройствами дальше будет общаться – все устройства, у которых младший бит не соответствует биту, сформированному мастером на этом этапе, перейдут в состояние ожидания и будут находиться в нём, пока не получат импульс сброса. Затем происходят аналогичные 63 цикла чтения-выбора, пока, наконец, ведущее устройство не определит код ROM одного из подчинённых устройств и не обратится к нему.
Для мастера каждая стадия выбора состоит из двух тайм-слотов чтения и одного тайм-слота записи.

Разберем работу команды «Search ROM» на примере.

Пусть на шине установлено четыре ведомых устройства со следующими значениями кодов:
устройство 1: xxxxxx10101100
устройство 2: xxxxxx01010101
устройство 3: xxxxxx10101111
устройство 4: xxxxxx10001000
для упрощения символом «x» заменены старшие биты и показаны только младшие восемь битов

Поиск младшего бита происходит следующим образом:

1. Ведущее устройство начинает последовательность инициализации – формирует импульс сброса; ведомые устройства отвечают импульсами присутствия.
2. Ведущее устройство формирует команду «Search ROM».
3. Ведущее устройство читает два бита с шины. Сначала каждое ведомое устройство ответит, помещая значение первого бита, соответствующего его данным ROM. Устройства 1 и 4 поместят «0» на шину, то есть, они установят на шине низкий уровень. Устройства 2 и 3 сформируют «1», позволяя на линии оставаться в высоком уровне. Результат – «логическое И» всех устройств на линии; поэтому мастер читает 0.
   Следует отметить, что с тех пор, как ведущий послал команду «Search ROM», все ведомые устройства отвечают одновременно.
   Далее мастер читает следующий бит. Все устройства помещают на шину дополнение их первого бита. Устройства 1 и 4 сформируют «1»; устройства 2 и 3 сформируют «0». Таким образом, на шине будет состояние логического «0». Мастер снова читает «0» при формировании дополнительного кода первого информационного разряда ROM (чтение дает «00» — состояние разрядных конфликтов). Это говорит ведущему устройству, что есть устройства на шине содержащие в первом бите как «0», так и «1».
   Если бы все устройства имели «0» в этой позиции двоичного разряда, чтение дало бы результат «01«; если бы позиция двоичного разряда содержала во всех устройства «1» результат был бы «10«.
4. Ведущее устройство решает далее анализировать устройства с нулём в младшем бите — формирует запись «0» на шину. Эта операция переводит устройства 2 и 3 (содержащие в этом разряде «1») в пассивное состояние, оставляя только устройства 1 и 4 для участия в процессе поиска.
5. Мастер выполняет еще два чтения и получает «01». Это говорит, что все активные устройства имеют 0 в этой позиции двоичного разряда их ROM.
6. Мастер тогда пишет 0, чтобы сохранить устройства 1 и 4 активными.
7. Мастер выполняет два чтения и получает «00». Это снова указывает, что у устройств на линии в этом разряде есть как «1», так и «0.
8. Мастер снова пишет 0. Это деактивирует устройство 1, оставляя устройство 4 единственным активным элементом.
9. Следующие чтения до конца ROM не будут давать состояние разрядных конфликтов. Отсутствие разрядных конфликтов до конца цикла поиска говорит, что происходит чтение ROM только одного активного элемента. Прочитав следующий бит, мастер снова посылает этот бит, чтобы сохранить устройство активным. Как только все биты ROM устройства известны и последний бит снова послан Главным устройством, устройство готово принять функциональную команду (для обмена информацией).
10. Ведущее устройство должно изучить данные ROM других устройств. Поэтому оно запускает следующую последовательность Поиска ROM, повторяя шаги 1-7.
11. B самой старшей позиции двоичного разряда, где ведущее устройство писало «0» в первом проходе (шаг 8), оно теперь пишет «1». Это снимает выделение устройства 4, оставляя теперь устройство 1 активным.
12. Как в шаге 9, следующие чтения до конца ROM не будет давать состояние разрядным конфликтам. Этим заканчивается второй Поиск ROM, где мастер считывает содержание ROM другого устройства.
13. Ведущее устройство должно изучить данные ROM других устройств. Поэтому оно запускает следующую последовательность Поиска ROM, повторяя шаги 1-3.
14. Во втором проходе в наивысшей степени позиция двоичного разряда, где мастер отсылал «0» в первом проходе (шаг 4), теперь он пишет «1». Это снимает выделение устройств 1 и 4, оставляя устройства 2 и 3 активными.
15. Ведущее устройство считывает «00» — разрядный конфликт.
16. Мастер отсылает «0». Это снимает выделение устройства 3, оставляя устройство 2 как единственное активное устройство.
17. Как в шаге 9, следующие чтения до конца ROM не будет показывать разрядным конфликтам. Этим заканчивается третий Поиск ROM.
18. Ведущее устройство должно изучить данные ROM других устройств. Поэтому оно запускает следующую последовательность Поиска ROM, повторяя шаги 13 — 15.
19. В самой высокой позиции двоичного разряда, где мастер отсылал «0» (шаг 16), теперь он отсылает «1». Это снимает выделение устройства 2, оставляя устройство 3 активным.
20. Как в шаге 17, следующие чтения до конца ROM не будут показывать разрядным конфликтам. Это заканчивает четвертый Поиск ROM.

Иными словами, в процессе поиска ROM мы строим одно или два двоичных дерева размером 64 (длина кода ROM), с корнями в виде значений младшего бита и листьями в виде значений старшего байта кода ROM.
Время, требуемое для считывания содержания одного ROM (без учёта процессорного времени мастера) = 960 мкс + (8 + 3*64) *61 мкс =13.16 мс.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  💥 Видео

  Работа с 1-wire ds18b20. Примеры проектов.Скачать

  

  Лекция 309. 1-wire интерфейсСкачать

  

  #11 - Подключение датчиков 1-Wire, Siensor D107 и настройка данных с шины CAN-LOGСкачать

  

  DS2413 - двухканальный I/O с шиной 1-WireСкачать

  

  USB - 1-wire конвертер. Подключение датчиков температуры DS18B20 по USB.Скачать

  

  Подключение нескольких устройств, датчиков по I2C (АйТуСи) шинеСкачать

  

  1 Wire Подключение датчиков температурыСкачать

  

  Как подключить и пользоваться датчиками температуры шины 1-Wire?Скачать

  

  Датчик температуры 1-Wire. Модель DS18B20. Производитель Module electronic. Умный дом.Скачать

  

  IoT#2.3 датчики. ПодключениеСкачать

  

  Система контроля давления в шинах. Калибровка, сброс ошибки датчика шин Рено АрканаСкачать

  

  1-Wire ScannerСкачать

  

  Опрос дискретных входов по шине 1-wire. Длина шины 300 метровСкачать

  

  Датчик атмосферного давления BMP180. Передача данных по шине 1-wire.Скачать

  

  Регистрация датчиков давления шин на Прадо 150 2020 г. в.Скачать

  

  Программирование МК ESP32. Урок 37. RMT. 1-Wire. Инициализация. Часть 1Скачать

  

  1-wire датчик температура - влажность THC1-2Скачать

  

  Программирование МК STM32. Урок 94. DS18B20. Несколько датчиков на одной шине. Часть 1Скачать