Реализация лучевой топологии 1‑Wire-линии благодаря коммутации локальных ветвей коуплерами ML09
Особенно важна возможность применения подобных конфигураций при использовании в составе однопроводных систем автоматизации приемных устройств ML19S, обеспечивающих взаимодействие мастера 1‑Wire-магистрали с приборами семейства iButton, которые могут быть предназначены, например, для обеспечения функций аутентификации или съема информации, накопленной автономной 1‑Wire-сетью. В случае подключения такого устройства с встроенным приемным зондом через промежуточный коуплер ML09, отделяющий его от основного ствола однопроводной магистрали, разработчик устраняет опасность даже кратковременного замыкания линии данных основного ствола на возвратный провод, а следовательно увеличивает живучесть системы в целом.

Использование ветвителя ML09 для сопряжения с приемниками приборов iButton типа ML19S
Если протяженность и загруженность разветвленной 1‑Wire-сети все-таки остается критичной, коммутацию локальных ветвей можно организовать таким образом, чтобы обеспечить полное отключение от основного ствола однопроводной магистрали всех устройств ML##, обслуживаемых каждой из них, используя при этом комбинированное включение ветвителей ML09 (коммутация шины данных). Однако более эффективно применение устройств ML09A или ML09B, которые выполняют функции по отключению от основного ствола шины данных и возвратной шины, а также дополнительно обеспечивают возможность отключения от основного ствола шины внешнего питания EXT_POWER обслуживаемой 1‑Wire-ветви. Последнее обстоятельство особенно важно для однопроводных систем, в которых от шины внешнего питания получают энергию внешние устройства (датчики, механизмы сигнализации, приводы замков и т.д.), обслуживаемые элементами ML##.

Пример варианта полного отключения локальных ветвей от единого ствола 1‑Wire-магистрали
Кроме того, использование коуплеров ML09 позволяет организовать адресную реакцию системы, например, при предъявлении идентификационного устройства iButton. Действительно, если программа компьютера-мастера 1‑Wire-сети, составленной из приемных устройств ML19S, подключенных к общему стволу через индивидуальные ветвители ML09, сканирует линию на предмет наличия на ней "таблетки"-идентификатора, открывая поочередно доступ к каждому из приемников, то возможна четкая фиксация адреса, а следовательно и территориального положения приемника, к которому поднесен идентификатор.
Система определения адреса приемного устройства, к которому поднесен прибор iButton
6. Строгая реализация общей шины для проблемных 1‑Wire-систем на базе множества устройств ML##
Еще одним вариантом увеличения надежности и помехоустойчивости работы для перегруженных однопроводных систем на базе множества устройств ML## (до 100 шт.), имеющих большую протяженность (до 200 м) и сложную топологию, а также проходящих через зоны сильных помех, является использование специальных методов реализации 1‑Wire-шины, построенной со строгим соблюдением архитектуры общей линии. При этом выделяется общий непрерывный ствол сети, который прокладывается качественным кабелем типа UPT витая пара высокой категории (не ниже пятой), а лучше применять кабель IEEE1394 (Firewire). В случае высокой интенсивности электромагнитных помех рекомендуется использовать провод в заземленном экране. Всякое однопроводное устройство ML## подключается к подобному стволу через отдельную розетку класса RJ45 (например, KRONE (одиночная или двойная)), не прерывающую монотонную прокладку кабеля ствола для организации любого ответвления. При этом каждый из проводников кабеля-ствола прокалывается (заделывается) внутри такой розетки с помощью специального ножевого разъема без разрыва жилы, отводя сигнал к выводам встроенного стандартного разъема-гнезда RJ45 (8p8c), к которому затем, уже с помощью отдельного патч-кабеля, длиной не более 0,5 м, подключается однопроводное устройство ML##. Такой патч-кабель может быть оформлен с обеих сторон вилками системы RJ11 (они достаточно надежно фиксируются также в гнездах RJ45) или же заделан несимметрично - на одном конце вилка RJ45, на другом вилка RJ11. В качестве материала патч-кабеля может быть использован как плоский телефонный кабель, так и кабель UPT витая пара пятой категории.
Если используется экранированный кабель, то корд, удерживающий экранирующую фольгу, соединяется с экраном каждой розетки под винт, а также подключается к доступному выводу надежной физической земли, но только в одной-единственной точке для всей 1‑Wire-системы.

Реализация 1‑Wire-системы со строгим соблюдением принципов общей шины
Особенно важно при организации подобной шины правильно выполнить подвод энергии внешнего питания к 1‑Wire‑линии с учетом того, что по стволу однопроводной магистрали может протекать значительный по величине суммарный ток, обеспечивающий питание внутренних узлов множества приборов ML##, а также обслуживаемых ими внешних устройств. Для этой цели обычно используют отдельную клеммную или распаечную коробку, которую размещают в начале линии, рядом с розеткой подключения ведущего. В такой коробке надежно, под винт или методом пайки, соединяют полюса выходного кабеля блока питания с возвратной шиной и шиной внешнего питания формируемой 1‑Wire-магистрали. При построении системы с использованием технологии проколки или запрессовки общего кабеля-ствола без разрыва каждой из его жил по шине внешнего питания и возвратной шине могут циркулировать значительные по уровню суммарные токи, в то время как к каждому из абонентов ответвляется лишь не значительная по уровню составляющая общего тока, которая, как правило, не требует сверхнизкого импеданса в районе сопряжения с общим стволом.
С подобной структурой однопроводной линии могут органично сочетаться все приемы, перечисленные в п.2, п.3, п.4, п.5.
7. 1‑Wire-системы, ведомые микроконтроллерными устройствами
 1‑Wire-система, ведомая микроконтроллерным блоком | При реализации на базе устройств ML## любого из вариантов 1‑Wire-систем, перечисленных в п.1 п.6, в качестве ведущего сети может быть использован не только персональный компьютер, но и недорогой микроконтроллерный блок, что в целом значительно снижает общие затраты на подобную разработку. Если система построена на базе одного из микроконтроллерных блоков типа ML98#, то он может работать, получая энергию для собственного питания, а также для питания устройств ML##, подключенных к обслуживаемой таким прибором 1‑Wire‑линии, от внешнего трансформаторного источника ML00#-xx-###. При этом под управлением специально подготовленной программы, "прошитой" во внутренней памяти микроконтроллера, являющегося ядром блока ML98# любой модификации и выполняющего роль мастера 1‑Wire-сети, может отрабатываться, к примеру, поддержание температурных уставок, предварительно введенных пользователем с клавиатуры этого устройства, сразу по нескольким петлям регулирования. Эффективный узел активной подтяжки, встраиваемый в любой из блоков ML98#, и специальные методы программирования позволяют поддерживать надежную работу на достаточно протяженных (до 50 м) и загруженных однопроводных линиях (до 50 устройств ML##).
Внимание! В настоящее время НТЛ "ЭлИн" больше не производит микроконтроллерные блоки типа ML98#. Здесь они упомянуты только в качестве примера организации мастера на базе локального микроконтроллерного устройства.
В качестве мастера автономной 1‑Wire-сети могут быть с успехом использованы карманные компьютеры (иначе именуемые как Personal Digital Assistant (далее просто PDA)). Например, НТЛ "ЭлИн" до 2006 года поставляла адаптеры ML97P-###, которые были построены на базе микросхем DS2480B и предназначены для организации однопроводных систем на базе PDA платформы PalmOS. При этом устройства ML##, ведомые карманным компьютером, получали от него и энергию, что требовало специальных приемов программирования, обеспечивающих экономный расход элементов питания. Но не всякая малопотребляющая однопроводная система может работать полностью автономно. Так, если мини-сеть, построенная на базе карманного компьютера, например, накапливает информацию от нескольких цифровых термометров ML20# в энергонезависимой памяти PDA, возникает вопрос о переносе собранных таким образом данных. Процесс выборки информации, зарегистрированной подобной системой, может быть реализован под управлением 1‑Wire-ведущего карманного компьютера и производиться периодически с помощью "транспортной таблетки" той или иной модификации, которая имеет встроенную энергонезависимую память большой емкости. К классу подобных устройств относятся, например, приборы iButton типа DS1996 или типа DS1977. Данные, полученные от всех "температурных таблеток", входящих в состав системы, могут быть легко перенесены затем из памяти "транспортной таблетки" в память персонального компьютера, например, с помощью стационарного комплекса поддержки приборов iButton. Таким же образом могут быть изменены внутренние установки (включая синхронизацию календаря и часов реального времени), и даже алгоритм работы PDA (или микропроцессорного блока) - мастера 1‑Wire-сети.
 Автономная 1‑Wire-система многоточечного мониторинга на базе карманного компьютера
Для обеспечения информационного контакта между "транспортной таблеткой" и однопроводной линией, ведомой микроконтроллерным блоком или карманным компьютером, система должна иметь в своем составе специальное приемное устройство ML19S, обеспечивающее информационный контакт с приборами iButton.

1‑Wire-система многоточечного мониторинга с возможностью съема накопленной информации с помощью "транспортной таблетки"
Альтернативой этому устройству является универсальный узел системного ввода для приборов-мастеров, оснащенных приемными зондами обслуживания "таблеток" iButton типа ML19R. С помощью подобных устройств, интегрированных в состав однопроводных 1‑Wire-сетей, можно решать задачи по записи в систему или чтению из нее информации больших объемов, когда емкости "транспортных таблеток" семейства iButton недостаточно. Кроме того, таким образом можно обеспечить обслуживание 1‑Wire-сети, составленной из нескольких однопроводных логгеров (например, устройств ТЕРМОХРОН (DS1921)), включая программирование их установок, перезапуск и съем накопленной ими информации. Причем подобная сеть не нуждается в каком-либо отдельном мастере, его роль может быть выполнена автономным прибором, укомплектованным специальным приемным зондом, непосредственно в момент его контакта с 1‑Wire-системой через устройство ML19R. Для сопряжения приборов DS1921, упакованных в корпуса MicroCAN, с 1‑Wire-сетью удобно использовать устройства ML19F, внутри которых и могут быть расположены не только эти температурные логгеры, но и любые иные "таблетки" iButton.

Автономная 1‑Wire-система с периодически подключаемым мастером, реализующим считывание накопленных данных и изменение установок автономных логгеров
8. Комбинированные решения с использованием распределенных микроконтроллерных устройств Наиболее рациональным подходом при реализации однопроводных систем автоматизации, построенных на базе устройств ML##, представляется использование сетей с комбинированной структурой. Примером подобной реализации может являться система, организованная на базе микроконтроллерных блоков ML92. При таком подходе каждое из устройств ML92 является с одной стороны мастером локальной 1‑Wire-ветви, который обслуживает несколько функциональных устройств ML##, реализованных по любой из схем, описанных в п.1-6. С другой стороны каждый из модулей ML92 может являться абонентом информационной сети более высокого уровня, организованной на принципах, например, стандарта CAN.
Таким образом, программа управления микроконтроллером для каждого блока ML92 должна обеспечивать информационный обмен между "медленными" ведомыми локальными 1‑Wire-ветвями, и более "быстрой" и надежной сетевой CAN‑структурой верхнего уровня, которая в свою очередь сопрягается с персональным компьютером, выполняющим функции:
- обеспечения человеко-машинного интерфейса,
- формирования уставок управления,
- архивирования собранной информации.
Компьютер в этом случае комплектуется интеллектуальным адаптером системной CAN-шины типа CCA# и является равноправным участником подобной сети.
При такой системной организации обеспечивается наиболее оптимальное сочетание между территориально сосредоточенными объектами обслуживания, которые характеризуются индивидуальным многообразием функциональных требований, реализуемым благодаря сопряжению с разнообразными "медленными" устройствами ML##, ведомыми локальными 1‑Wire-ветвями, и широко территориально рассредоточенными абонентами более помехоустойчивой и "быстрой" сети, что обеспечивает наибольшую надежность обмена информацией при практических реализациях. Системная магистраль CAN может быть проложена при этом в соответствии с положениями, подробно изложенными в документе "Применение технологии CAN в изделиях НТЛ "ЭлИн".
Комбинированная система, построенная на базе 1‑Wire-ветвей, ведомых блоками ML92, и системной магистрали CAN 
9. Локальные 1‑Wire-подсистемы в составе традиционных систем автоматизации
При построении традиционных систем автоматизации, имеющих сосредоточенную структуру, связанную с особенностями размещения оборудования в стойках (шкафах) и крейтах (блоках) УСО, для решения отдельных локальных подзадач могут быть использованы однопроводные структуры, организованные на базе одного или нескольких устройств ML##. При этом в состав традиционной по конструкции системы интегрируются одна или несколько интеллектуальных плат контроллеров-ведущих 1‑Wire-ветвей, которые обеспечивают информационный интерфейс между ресурсами основной системы (обычно с использованием стандартных периферийных интерфейсов типа SPI или I2C) и локальной однопроводной линией, решающей какие-либо частные подзадачи. Пример: подсистема контроля расхода воды в системе водоохлаждения, реализованная с помощью двухканальных счетчиков ML23, которые выполняют функции расходомеров благодаря автоматическому подсчету числа срабатываний герконов водосчетчиков вихревого типа, или подсистема измерения температуры холодного спая термоэлектрических преобразователей, на базе цифровых термометров ML20#, размещаемых непосредственно в термопарных компенсационных коробках.

Однопроводная локальная подсистема в составе крейта традиционной системы автоматизации

10. 1‑Wire-системы, реализуемые на базе TINI-board
 Система, реализованная на базе локальной однопроводной ветви и TINI-board |
Перспективным решением по реализации удаленной однопроводной сети, построенной на базе устройств ML##, представляется 1‑Wire-шина, организованная по одной из схем, описанных в п.1 п.6, и ведомая платой TINI (Tiny InterNet Interface). TINI или TINI-board - это уникальный инструмент, поставляемый компанией Dallas Semiconductor Corp. и обеспечивающий возможность интегрировать 1‑Wire‑структуры, магистраль CAN и Интернет. Поскольку TINI-board содержит производительный микроконтроллер, к последовательному порту которого подключен аппаратный драйвер однопроводной магистрали, она может выступать в качестве мастера 1‑Wire-сетей, в том числе требующих для своего обслуживания активной подтяжки шины данных.
Для обеспечения эксплуатации TINI-board должна быть установлена в специальный TINI SLOT или по-другому материнскую плату, которая выполняет функции сопряжения с однопроводной линией, а также защиту TINI-board от возможных коллизий на ней, обеспечивает её подключение к персональному компьютеру, необходимое для загрузки в её память программы управления, снабжает её энергией от внешнего блока питания.
Со стороны сети Интернет TINI-board может быть использована:
-
либо в качестве web-сервера реального времени, отображающего информацию, фиксируемую устройствами ML## в момент запроса пользователя сети Интернет,
-
либо в качестве шлюза между однопроводной системой и промежуточным web-сервером сети Интернет, который обеспечивает автоматическую визуализацию и архивацию информации, доступную для других пользователей Интернет,
-
либо в качестве прибора-логгера, накапливающего данные в собственной памяти и затем пересылающего их по запросу легального компьютера, подключенного к сети Интернет.
11. Программирование 1‑Wire-систем
Важным вопросом при организации 1‑Wire-сети любой конфигурации, в том числе построенной на базе устройств ML##, является решение задачи подготовки и реализации управляющей ею программы. Производитель однопроводных компонентов - фирма Dallas Semiconductor Corp. старается исповедовать в своей деятельности подход, при котором потребитель оплачивает только стоимость микросхем и готовых аппаратных решений, получая при этом доступ к бесплатным, свободно распространяемым средствам программной поддержки. Однако следует учитывать, что подготовить инструменты разработки программ для всего спектра типов и моделей выпускаемых на сегодня в мире персональных компьютеров, PDA, смартфонов и микроконтроллеров нереально. Поэтому Dallas Semiconductor Corp. поставляет средства инструментальной поддержки для наиболее распространенных решений, архитектур, операционных сред и платформ, которые используют в своей деятельности большинство пользователей однопроводных компонентов.
Так, практически для любой 1‑Wire-системы, реализованной на базе персонального компьютера класса PС, оснащенного операционной системой Windows, и любого адаптера ML##, в качестве тестового отладочного средства можно применить свободно распространяемые Dallas Semiconductor Corp. программы-оболочки iButton Viewer или OneWireViewer, которые поддерживают работу и визуальный интерфейс для абсолютного большинства однопроводных компонентов и устройств ML##. Даже если проектируемая 1‑Wire-система должна обслуживаться не персональным компьютером, использование программ iButton Viewer или OneWireViewer всегда позволит убедиться, что построенная однопроводная линия и все отдельные устройства на ней работают в соответствии с описаниями на них. Поскольку программы iButton Viewer или OneWireViewer не позволяют изменять параметры микросхем активной подтяжки, на базе которых работает большинство адаптеров ML-OEM, совместно с ними удобно использовать отдельные утилиты line32 или tmline, специально разработаные для этих целей.
Однако наиболее оптимальным средством поддержки однопроводных систем, организованных на базе устройств ML##, является специализированный отладочный пакет MLex, который реализует поддержку и диагностику, а также визуальное сопровождение однопроводных элементов и приборов автоматизации, подключенных через один из последовательных портов к стандартному персональному компьютеру типа PC. Пакет MLex имеет множество преимуществ по сравнению со стандартными программами iButton Viewer или OneWireViewer от фирмы Dallas Semiconductor Corp., которые перегружены функциями сопровождения устройств iButton в ущерб поддержке однопроводных компонентов, ориентированных на реализацию сетевых решений. Кроме того, пакет MLex позволяет осуществить все специфические функции конкретных устройств ML-OEM, которые вообще не поддерживаются программами iButton Viewer или OneWireViewer.
При создании собственной программы для 1‑Wire-систем на базе PC удобно использовать универсальный пакет iButton TMEX SDK, который является набором программных приложений поддержки однопроводных приборов под Windows. Вызов любого из этих приложений может быть выполнен через стандартный API-интерфейс непосредственно из программы пользователя, написанной на любом современном языке программирования. Детальное описание функций пакета iButton TMEX SDK можно получить из подробной инструкции.
Если же разработка программного обеспечения ведется не под Windows, и даже не для персонального компьютера PC, Dallas Semiconductor Corp. предлагает в рамках проекта 1‑Wire Net Public Domain Kit набор библиотек компактного исходного кода поддержки 1‑Wire-протокола. Код предназначен для работы на языке "С" и обеспечивает поддержку платформ, не покрываемых SDK TMEX, а именно: Linux, DOS, Win16, Win32, PalmOS, Handspring, WinCE/PocketPC, микроконтроллеры клона MCS-51. В случае, когда программа по обслуживанию 1‑Wire-сети должна быть разработана для мастера, не связанного ни с одной из перечисленных выше платформ и архитектур, следует, используя все возможности вычислительного средства, самостоятельно реализовать основные положения 1‑Wire-протокола, в том числе пользуясь ресурсами библиотеки примеров программных кодов, собранных в разделе "Программная поддержка" этого сайта. Подобная самостоятельная работа по реализации программного обеспечения конкретной однопроводной системы имеет и ряд неоспоримых преимуществ. Например, в случае проблемной однопроводной линии благодаря программному затягиванию фронтов и отдельных фаз 1‑Wire-протокола, а также используя мажоритарные выборки, можно значительно увеличить надежность и устойчивость работы однопроводной сети без использования дополнительных аппаратных средств, а только за счет особенностей и приемов программного обслуживания. Другим характерным примером является составление программы для PDA или любого иного портативного оборудования, когда наряду с реализацией 1‑Wire-протокола необходимо использовать специальные алгоритмические приемы, обеспечивающие сохранение энергии, потребляемой однопроводным адаптером от элементов питания автономного устройства, к которому он подключен.
Программные продукты для 1‑Wire-применений, реализованные на языке Java, разрабатываются совместно специалистами Dallas Semiconductor Corp. и Sun Microsystems Inc. Все они базируются на библиотеке API для JavaT, которая является основной платформой при разработке приложений для поддержки 1‑Wire-устройств, использующих виртуальную Java-машину Java VM. В настоящее время разработчикам доступны подобные продукты в рамках платформ: Win32, Linux, Solaris, Dallas Semiconductor's для TINI. Последнее обстоятельство является наиболее значимым, т.к. благодаря значительным вычислительным ресурсам устройство TINI-board работает под управлением специально разработанной операционной системы, которая включает в себя поддержку TCP/IP и Java VM. При этом на сегодняшний день уже имеется целый набор свободно-доступных процедур сопровождения однопроводных компонентов, а значит и устройств ML##, которые реализованы на их базе, что существенно упрощает организацию взаимодействия на обслуживаемой 1‑Wire-магистрали ведомой TINI‑board.
Все перечисленные выше программные продукты свободно доступны со страницы "Программная поддержка".
|