НТЛ Элин

НТЛ "ЭлИн" и 1‑Wire

Наличие на нашем сайте отдельного раздела, посвящённого технологии 1‑Wire, вовсе не означает, что мы абсолютизируем этот метод построения систем автоматизации. 1‑Wire‑интерфейс рассматривается нами на равных с любыми другими интерфейсами, которые часто ничуть не хуже, а по некоторым характеристикам значительно лучше 1‑Wire. Действительно, глупо тягаться по скорости обмена с WorldFIP, а по надежности в условиях сильных помех с CAN. Однако нам представляется, что у 1‑Wire‑сетей, предложенных компанией Dallas Semiconductor, есть своя особая немаловажная ниша в области автоматизации. То, что такая ниша существует, связано, прежде всего, с функциональностью того набора электронных компонентов, которые предлагает компанией Maxim Integrated для поддержки 1‑Wire‑технологии (см. раздел «Компоненты»). Действительно, ни одной другой компании на сегодня не удалось создать более простого, дешёвого и функционального способа многоточечного мониторинга температуры в диапазоне от ‑55°С до +125°С, по сравнению с использованием 1‑Wire‑сетей цифровых термометров DS18#2#. Такими же преимуществами обладают системы контроля состояния распределённых дискретных датчиков и системы управления включением/выключением исполнительных органов, реализованные на базе 1‑Wire‑компонентов DS2406P, DS2413P и DS2408. И это не единственные примеры преимуществ, которые предоставляет 1‑Wire‑технология, при построении "медленных" систем автоматизации, критических с точки зрения цены и удобных с точки зрения программирования и дальнейшего расширения.

Так как же связана Научно Техническая Лаборатория "ЭлИн" с технологией организации 1‑Wire‑сетей?

ВНИМАНИЕ! Мы Не осуществляем продажу электронных компонентов от Maxim Integrated (для того чтобы узнать, кто и как это делает, следует обратиться к отдельному разделу «Поставщики»).

ВНИМАНИЕ! Мы Не являемся дистрибьюторами продукции для организации 1‑Wire‑сетей от иных, даже очень уважаемых и продвинутых производителей (таких как, например, Embedded Data Systems, SYSTRONIX, Homechip, PCsensor — см. раздел «Ссылки»).

Мы сами активно используем достижения 1‑Wire‑технологии в своих разработках и всячески способствуем её продвижению на российском рынке автоматизации. При этом можно выделить следующие направления нашей деятельности:

  1. Использование технологии 1‑Wire‑сетей для создания законченных комплексов и приборов на базе персональных компьютеров и микроконтроллеров.

    Действительно, достаточно часто в области автоматизации возникают задачи, которые не сильно критичны по отношению к временному фактору обслуживания. Это и сбор различной метеорологической информации, и контроль, а также поддержание климата в жилищах, оранжереях, теплицах и хранилищах плодоовощной продукции, и различные комплексы диспетчеризации коммунального хозяйства, и адресные охранно‑пожарные системы сигнализации, и разнообразные системы мониторинга, тестирования, восстановления и тренировки аккумуляторных батарей, и т.д. Все эти задачи легко и дешёво можно решить с помощью 1‑Wire‑технологии, используя в качестве ведущего мастера либо персональный компьютер, оснащённый 1‑Wire‑адаптером, либо бюджетный специализированный контроллер, являющийся основой специализированного автономного прибора (см. раздел «Организация 1‑Wire‑систем»).

  2. Используя именно такой подход НТЛ “ЭлИн” разрабатывает и выпускает аппаратно‑программные средства обслуживания устройств ТЕРМОХРОН и аппаратно‑программные средства обслуживания регистраторов iBDL, которые являются полномасштабными 1‑Wire‑компонентами. А наличие у этих компонентов сетевых функций, которые обеспечивают их эффективное использование в составе 1‑Wire‑сетей, позволяет организовывать распределённые многоточечные системы мониторинга, состоящие из множества автономных 1‑Wire‑регистраторов самых разнообразных параметров.

  3. Применение достижений 1‑Wire‑технологии для создания локальных подсистем, работающих под управлением встроенных микроконтроллеров, в составе крупных систем автоматизации, построенных на базе иных технологий.

    При создании практически любой крупной системы автоматизации, общая реализация которой на принципах 1‑Wire‑интерфейса часто не возможна по целому ряду существенных объективных причин (высокая скорость и большие массивы данных при информационном обмене, большое количество аналоговых каналов с гальваническим разделением, большая территориальная рассредоточенность оборудования, необходимость исключительно надёжной работы в условиях высокого уровня помех), мы сталкиваемся с отдельными локальными подзадачами, решение которых на базе 1‑Wire‑технологии приводит к значительному удешевлению и упрощению всей конструкции в целом. При этом в состав основной системы интегрируются один или несколько специальных контроллеров‑ведущих 1‑Wire‑ветвей, которые обеспечивают информационный интерфейс между ресурсами основной системы и локальными 1‑Wire‑ветвями, решающими какие‑либо частные подзадачи.

  4. Предложение устройств c 1‑Wire‑интерфейсом нашей собственной разработки для самостоятельного построения пользователем 1‑Wire‑сетей.

    На базе поставляемых нами OEM‑продуктов легко осуществимо создание 1‑Wire‑сетей, обеспечивающих решение задач мониторинга и управления, которые не критичны с точки зрения скорости обслуживания. Это возможно благодаря исключительной простоте организации таких систем из предоставляемых нами аппаратных элементов, а также тестовых и демонстрационных программ семейства ML‑OEM, полный перечень которых представлен в разделе «Средства ML‑ОЕМ». Мы и сами, как правило, используем именно эти средства для решения задач 1‑го и 2‑го пунктов текущего списка, поскольку предлагаемый нами вариант построения систем на базе этих элементов представляется наиболее удобным, благодаря:

    • удачной организации 1‑Wire‑магистрали, используемой устройствами ML‑OEM,
    • их дешёвому и простому конструктиву, который в тоже время является достаточно удобным для размещения и эксплуатации распределённой электронной аппаратуры,
    • встроенной в каждое устройство схеме защиты 1‑Wire‑компонента от помех и перегрузок в 1‑Wire‑сети,
    • реализации снабжения энергией каждого элемента и т.д. (подробнее см. здесь же, ниже).

    Однако предложение по использованию наших аппаратно компонентов ML‑OEM предназначено, прежде всего, для пользователей, которые либо не имеют желания или времени на реализацию подобных конструктивов, либо для людей, нуждающихся в недорогой, простой, легко осваиваемой системе, но являющихся далекими от электроники. Для разработчиков, ведущих самостоятельные проекты, мы предлагаем подробное описание каждого из наших средств ML‑OEM, а также изложение основных принципов их применения и конкретные примеры реализации завершённых систем на их базе.

  5. Исследование сетевых особенностей 1‑Wire‑интерфейса и пропаганда преимуществ 1‑Wire‑технологии.

    Именно для этого создана и постоянно поддерживается страничка нашего сайта, на которой Вы сейчас находитесь. Здесь в разделе «Информация» можно ознакомиться с основополагающими документами по вопросам построения и особенностям обслуживания 1‑Wire‑сетей. Начальные представления о принципах и возможностях технологии 1‑Wire‑сетей можно получить из разделов «Что такое 1‑Wire?» и «Применение 1‑Wire», а узнать о достижениях и конкретных примерах её использования в разделе «Ссылки». Обо всех 1‑Wire‑компонентах и приборах, выпускаемых компанией Maxim Integrated для решения вопросов автоматизации посредством 1‑Wire‑интерфейса, рассказывается в разделе «Компоненты». Здесь же можно скачать оригинальную документацию на эти устройства, а о том, где и как их приобрести, информирует раздел «Поставщики». Раздел «Программная поддержка» открывает доступ к первоочередным программным средствам поддержки 1‑Wire‑компонентов и тестирования 1‑Wire‑сетей.

    Мы надеемся, что наша деятельность по пропаганде преимуществ 1‑Wire‑сетей поможет как можно большему числу разработчиков наиболее рационально решить стоящие перед ними задачи по организации эффективного контроля и управления различным распределённым оборудованием. И даже если Вы не изберете для достижения, стоящих перед Вами целей, предлагаемые нами решения, достаточно уже того, что представленная здесь информация помогла сделать Вам правильный выбор.

С целью реализации первых трёх положений приведенного выше списка нами разработан свой подход к организации 1‑Wire‑сетей. Его основой является структура 1‑Wire‑магистрали, состоящая из четырёх проводников. Такое решение объясняется тем, что организация наиболее широко и реально доступных информационных кабелей (витые пары любой категории, плоский телефонный кабель и т.д.), чаще всего включает минимум четыре провода или две витые пары. Поэтому достаточно удобно использовать один из проводов для передачи данных (шина DATA), второй в качестве возвратного проводника или земли (шина RETURN). Эти два сигнала передаются, как правило, по одной из витых пар. Третий проводник служит для передачи энергии к 1‑Wire‑компонентам (шина EXT_POWER или внешние питание), а четвёртый используется в качестве часто необходимого функционального резерва (например, для передачи сигнала общей синхронизации ведомых абонентов 1‑Wire‑сети, или дополнительного отрицательного питания, или для другого).

Снабжение энергией любого из поставляемых НТЛ “ЭлИн” ведомых устройств ML‑OEM по отдельному проводу EXT_POWER, выделенному в общей структуре 1‑Wire‑магистрали и запитанному относительно потенциала возвратного провода RETURN от стандартного сетевого блока питания, как правило, трансформаторного, является основополагающим. При этом мы отказываемся от преимуществ паразитного питания и питания путём передачи импульсов энергии по шине данных в пользу общей энергетической разгрузки проектируемых 1‑Wire‑сетей. Для того чтобы обеспечить надёжную передачу энергии в сетях с протяжённой 1‑Wire‑магистралью, уровень внешнего напряжения питания, поступающего к каждому ведомому устройству ML‑OEM, выбирается значительно бОльшим уровня, необходимого для питания любых входящих в эти устройства компонентов. Кроме того, схемотехника любого из наших OEM‑продуктов, разработанных для 1‑Wire‑сетей, обеспечивает защиту 1‑Wire‑компонента от помех и сигналов высокого уровня на шине данных.

В качестве основы конструктива большинства ведомых устройств семейства ML‑OEM и связывающих их друг с другом разъёмных соединений нами выбраны стандартная коммутационная технология организации телефонных линий (система соединений RJ11) и коммутационная технология прокладки локальных информационных сетей (система соединений RJ45). Обе технологии включают целый спектр широкораспространённых изделий: одно‑ и двухвходовые розетки для установки на стену и ответные вилки к ним (джеки), гнёзда для установки на печатные платы, различные виды переходников, размножителей и разветвителей магистрали, патч‑кабели, специальные инструменты, обеспечивающие качественную заделку кабелей и т.д. Использование подобного подхода к конструтиву 1‑Wire‑сетей дает полную свободу соединений. Например, располагая 1‑Wire‑компонентами, размещёнными в подобных легкодоступных и недорогих конструктивах, собрать даже достаточно большую систему, состоящую из полсотни элементов, не представляет большого труда, а маленькие системы готовы уже через несколько минут. Нет проблем и с размещением, и с крепежом небольших футляров розеток на стенах, а также с прокладкой телефонного кабеля или кабеля типа витая пара, т.к. подобные технологии уже достаточно хорошо отработаны и многократно испытаны. Тем более, что все аксессуары и инструменты для грамотного проведения подобных работ доступны повсеместно. Пожалуй, единственным недостатком такого подхода является невозможность построения с его помощью систем, защищённых от внешних воздействий. Поскольку все перечисленные выше компоненты и коммутационные технологии не имеют защиты от воздействий внешней среды (их степень защиты от пыли и влаги в соответствии со стандартом МЭК 70‑1 соответствует IP30). Однако для реализации защищённых 1‑Wire‑сетей нами используются иные, особые подходы (см. ниже).

Для создания небольших по протяжённости 1‑Wire‑сетей (до 50 м и до 30 шт. ведомых абонентов) нами применяется телефонный кабель или кабель типа витая пара. При этом каждый сегмент кабеля, составляющего 1‑Wire‑магистраль, оформляется с обеих сторон вилками‑джеками RJ11 (патч‑кабель или patch‑cord), которые непосредственно связывают отдельные элементы 1‑Wire‑сети друг с другом, благодаря наличию в составе каждого из устройств ML‑OEM двух разъёмов‑гнёзд RJ11. Если же протяжённость магистрали 1‑Wire‑сети велика (до 300 м) и она должна обслуживать множество ведомых абонентов ML‑OEM (до 250 шт), то подход к её построению ведется строго в соответствии с топологическими принципами общей шины. Подробно ознакомиться с основополагающими подходами к построению 1‑Wire‑сетей можно в разделе «Организация 1‑Wire‑сетей» .

Все аппаратные элементы ML‑OEM, предлагаемые нами для самостоятельной организации 1‑Wire‑сетей, делятся в рамках технологической версии поставляемого нами оборудования на шесть основных групп:
  1. Элементы 1‑Wire‑сети — ведомые устройства, построенные на базе стандартных функционально законченных 1‑Wire‑компонентов, обеспечивающие полноценное сопряжение с 1‑Wire‑магистралью и содержащие узлы, необходимые для реализации функций, на которые эти базовые 1‑Wire‑компоненты были рассчитаны при их проектировании компанией Maxim Integrated. В обозначении элемента ML## две цифры после аббревиатуры ML совпадают с двумя последними цифрами в обозначении стандартного 1‑Wire‑компонента, на базе которого построено конкретное устройство. Например, ML11 ‑ DS2411, ML13P ‑ DS2413P, ML08 ‑ DS2408S, ML20S ‑ DS18S20 и т.д. В конце обозначения некоторых элементов 1‑Wire‑сети семейства ML‑OEM присутствует дополнительная литера, определяющая конструктивное исполнение или функциональные особенности устройства.

  2. Адаптеры элементов 1‑Wire‑сети являются 1‑Wire‑компонентами, конструктивно оформленными для специальных применений, ориентированных на решение конкретных задач. В их обозначении А##, вторая литера определяет тип конструктивного исполнения, а последняя литера модификацию 1‑Wire‑компонента, на базе которого реализован тот или иной адаптер. Так, устройство АKS построено на базе термометра DS18S20, имеет защищённое исполнение и предназначено для крепления на плоскую поверхность. В основе адаптера АTB тоже использован 1‑Wire‑термометр, но модификации DS18B20, тоже в защищенном исполнении, но другой конструкции, специализированной для ввинчивания в трубу с целью контроля температуры потока жидкости. Пока эта группа элементов ML‑OEM состоит только из различных конструктивных вариантов цифровых термометров, оснащённых 1‑Wire‑интерфейсом.

  3. Функционально завершённые устройства 1‑Wire‑сети - законченные конструкции, предназначенные для работы в составе 1‑Wire‑сетей, которые содержат в одном корпусе помимо 1‑Wire‑компонента также функциональные узлы, обеспечивающие выполнение определённой задачи. Их обозначения строятся, как и у элементов 1‑Wire‑сети семейства ML‑OEM, с употреблением аббревиатуры ML##, которая жёстко связана с обозначением используемого в их составе базового компонента от Maxim Integrated. Однако в конце обозначения всегда присутствует дополнительная литера, связанная с типом конкретного устройства. Например, ML13S является конгломератом, объединяющим в одном корпусе функции: ведомого устройства ML13Р, сетевого ключа на базе симистора и датчика сетевого напряжения. Такое устройство обеспечивает управление состоянием любого силового оборудования однофазной сети с током потребления до 1 А, а также позволяет отслеживать обрыв обслуживаемой нагрузки, гарантируя при этом полное гальваническое разделение между 1‑Wire‑линией и коммутируемой цепью.
    К этому же классу устройств можно отнести 1‑Wire‑микросистемы, которые представляют собой один или несколько сосредоточенных в одном изделии 1‑Wire‑компонентов, ориентированных на решение локальной задачи контроля и/или управления. Например, микросистема ML38H осуществляет измерение относительной влажности, обеспечивая не только непосредственное аналого‑цифровое преобразование сигнала с датчика влажности, но также, с целью последующей программной коррекции результата преобразования, контролирует температуру и освещённость, которые вносят существенную дополнительную погрешность в итоговое значение измеряемой величины. А наличие в составе микросхемы DS2438, являющейся основой этого устройства, энергонезависимой памяти EEPROM позволяет сохранять индивидуальные для каждой микросистемы калибровочные константы по всем контролируемым ею параметрам.

  4. Защищённые элементы для 1‑Wire‑сетей — это ведомые устройства с 1‑Wire‑интерфейсом, выполненные в защищённом исполнении и предназначенные для организации систем автоматизации на базе сетевой 1‑Wire‑технологии, ориентированных на эксплуатацию в жёстких условиях внешних воздействий. К ним относятся разборные варианты защищённых устройств MLP‑OEM и неразборные конструкции iB‑BUS.
    Устройства MLP‑OEM упакованы в герметичные полистирольные прямоугольные корпуса со степенью защиты IP65, оснащённые гермовводами для сопряжения с 1‑Wire‑магистралью и цепями внешних сигналов. Обозначения устройств ML‑OEM и MLP‑OEM совпадают, отличаясь только литерой "P" в конце аббревиатуры "MLP".
    К iB‑Bus‑#‑# относятся защищённые устройства и полномасштабные заказные шлейфы из защищенных элементов, предназначенные для мониторинга температуры и влажности в жестких условиях окружающей среды. В качестве кабеля магистрали iB‑Bus используется защищённый шнур ШВПТ. Каждый из элементов, входящих в подобный шлейф, после подключения к магистрали упаковывается в специальный пластиковый футляр, обеспечивающий полную защиту мест его соединения с 1‑Wire‑магистралью, от внешних воздействий влаги, грязи и пыли (степень защиты IP68). Обозначения устройств iB‑Bus‑#‑# включают отдельную литеру, определяющую тип использованного в их основе 1‑Wire‑компонента и его функциональное назначение, а остальные символы отражают конструктивные особенности реализации каждого конкретного защищённого шлейфа.

  5. Адаптеры 1‑Wire‑сети. Этот класс устройств MLP‑OEM решает специальные задачи по управлению 1‑Wire‑сетями. В него входят адаптеры 1‑Wire‑интерфейса для различных типов портов персональных компьютеров. Обозначения устройств этого класса строятся так же, как и аббревиатура функционально завершённых устройств 1‑Wire‑сети — ML##, но последние цифры при этом выбираются из комбинаций, использованных Maxim Integrated для обозначения поставляемых этой компанией 1‑Wire‑адаптеров. Например, ML97# — 1‑Wire‑адаптеры для COM‑порта персонального компьютера, ML94# — 1‑Wire‑адаптеры для USB‑порта персонального компьютера. Дополнительная литера, присутствующая в конце обозначения 1‑Wire‑адаптеров семейства ML‑OEM определяет конструктивное исполнение или функциональные особенности устройства.

  6. Вспомогательные устройства для организации 1‑Wire‑сетей. К этой группе относятся приспособления, которые непосредственно не имеют отношения к информационному обмену в 1‑Wire‑сети, однако, необходимы для решения некоторых служебных задач, возникающих при организации целостной 1‑Wire‑системы. Например, для обеспечения внешнего питания EXT_POWER 1‑Wire‑магистрали применяют трансформаторные сетевые блоки питания ML00С‑12‑0,35, переходники и соединители ML01#, ML02#, ML03# реализуют физическое сопряжение отдельных фрагментов 1‑Wire‑магистрали и обеспечивают подключение отдельных абонентов 1‑Wire‑сети, а для увеличения мощности, коммутируемой устройствами ML13S или ML07S, используют блоки внешних симисторов типа ВС‑##.

Ещё одним элементом технологии построения 1‑Wire‑сетей на базе устройств семейства ML‑OEM можно считать завершённые ML‑программы для персонального компьютера, оснащённого операционной системой Windows, которые свободно доступны для всех пользователей 1‑Wire‑адаптеров семейства ML‑OEM. Основное назначение ML‑программ — тестирование и поддержка аппаратных средств, изготовляемых НТЛ "ЭлИн" в рамках проекта ML‑OEM. В настоящее время доступны три таких программных продукта ‑ MLex, ML_Temp, ML_Hygro. Используя ML‑программы, пользователь устройств ML‑OEM всегда может оперативно проверить как правильность работы самостоятельно собранной им системы, так и корректность функционирования любого из входящих в её состав ML‑абонентов. После этого можно уверенно приступать к разработке собственного программного обеспечения, предназначенного для поддержки функционирования конкретной 1‑Wire‑системы, реализованной на базе устройств семейства ML‑OEM. Такой подход к разработке 1‑Wire‑систем обусловлен, в том числе, полной открытостью всех программных средств поддержки для любого 1‑Wire‑приложения или всякого 1‑Wire‑компонента, что позволяет каждому пользователю самостоятельно разработать собственные программы с использованием удобных именно ему средств и языков программирования, которые будут учитывать все нюансы конкретной задачи автоматизации, решаемой с использованием устройств ML‑OEM (подробнее об этом см. в конце раздела «Организация 1‑Wire‑сетей»).

Подход, основанный на применении 1‑Wire‑сетей, организованных на базе устройств ML‑ОЕМ, является наиболее рациональным и оправданным именно при построении не серийных, а индивидуальных систем автоматизации, которые обладая минимумом ресурсов должны учитывать массу особенностей и нюансов конкретного объёкта автоматизации. Варианты наиболее распространённых проблем автоматизации, реализация которых возможна благодаря применению поставляемых нами продуктов ML‑ОЕМ, приведены в разделе «Применение ML‑OEM».

До 2005 года, НТЛ "ЭлИн" собственными силами выполняла разработку завершённых проектов 1‑Wire‑сетей разнообразной конфигурации под заказ. Реализация подобных проектов 1‑Wire‑систем автоматизации для конкретных объектов, как правило, осуществлялась на базе устройств семейства ML‑OEM. Причём вместе с созданием аппаратной части таких систем нами производилась разработка индивидуального программного обеспечения для поддержки их функционирования в соответствии с требованиями заказчика. Наши успехи в построении 1‑Wire‑сетей для реальных объектов, подтверждены многочисленными практическими примерами организации систем автоматизации для территориально рассредоточенного оборудования самого различного назначения.

ВНИМАНИЕ! НТЛ "ЭлИн" полностью прекратила исполнение любых индивидуальных проектов, связанных организацией 1‑Wire‑систем. Также НТЛ "ЭлИн" более НЕ выполняет разработку программного обеспечения для 1‑Wire‑сетей под заказ. В настоящее время НТЛ "ЭлИн" изготавливает и поставляет аппаратные средства ML‑OEM для самостоятельного построения 1‑Wire‑сетей, а также разрабатывает и предлагает конечным пользователям аппаратно‑программные средства для обслуживания и поддержки отдельных регистраторов DS1921/DS1922/DS1923 и самописцев iBDL, а также систем мониторинга и сигнализации, построенных на базе этих 1‑Wire‑логгеров.

Наверх