НТЛ Элин

НТЛ ЭлИн > iBDL > Архитектура

Архитектура

Все регистраторы семейства iBDL имеют одинаковую архитектуру, реализованную в интегральной электронной схеме (полупроводниковом кристалле), которая является основой любого из этих устройств. Такое решение позволяет использовать одни и те же средства поддержки для обслуживания каждого из таких логгеров. Однако принципиально все регистраторы, входящие в семейство iBDL, можно разделить на две группы: одноканальные, к которым относятся все термографы, накапливающие данные от встроенного полупроводникового термометра (DS1922L/T/E/F и логгеры, построенные на базе DS2422S без внешнего АЦП), и двухканальные, которые могут накапливать помимо данных от встроенного полупроводникового термометра также результаты, поступающие от внешнего АЦП (DS1923 и логгеры, построенные на базе DS2422S с внешним АЦП). Причем первый (1) канал или по-другому основной канал любого регистратора iBDL всегда связан с интегрированным в состав его электронной схемы полупроводниковым термометром. Второй (2) канал или по-другому канал данных ассоциируется с дополнительным внешним датчиком, сигнал которого оцифровывается внешним АЦП, подключенным к специальному узлу управления SPI‑интерфейсом, который также интегрирован в состав любого регистратора iBDL.

Основой информационных ресурсов электронной схемы всех регистраторов семейства iBDL является память различного назначения. Ее структура включает:

  • 64‑битное идентификационное ПЗУ регистрационного номера, питающееся паразитно от средства обслуживания, что позволяет идентифицировать любой регистратор iBDL на 1‑Wire‑магистрали даже в случае отказа источника энергии, входящего в состав его конструкции.
  • 256‑битную промежуточную блокнотную память, являющуюся предварительным тестовым буфером. Все данные при обмене записываются вначале в него, и лишь после проверки их достоверности, с помощью встроенного CRC‑генератора, переписываются уже в рабочие области памяти устройства. Данная процедура гарантирует правильность передачи данных во время информационного обмена при различных аварийных ситуациях, например, при обрыве шины данных.
  • 4096 бит (512 байт (символов)) дополнительной энергонезависимой памяти, доступной для чтения/записи. Именно в эту пользовательскую память может быть записана в текстовом виде любая служебная описательная информация, связанная с характеристикой контролируемого процесса или с особенностями контрольной точки, в которой помещен регистратор. Эта информация при необходимости может быть оперативно изменена пользователем.
  • Буфер последовательных отсчетов ‑ 8192 байт энергонезависимой памяти для хранения фиксируемых регистратором результатов температуры и/или данных, получаемых от внешнего узла АЦП, и соответствующих им временных меток, доступной внешним устройствам считывания информации только для чтения.
  • 64 байта энергонезависимой памяти калибровочных констант, которая разбита на две страницы с одинаковым содержимым по 32 байта каждая (вторая дублирует первую), содержащих индивидуальные калибровочные константы, полученные в результате тестирования каждого из измерительных каналов регистратора. Этот сегмент памяти доступен средствам поддержки регистраторов для чтения/записи. У термографов модификации DS1922E память калибровочных констант не содержит необходимых для проведения процедуры коррекции данных, поэтому она доступна в качестве дополнительной пользовательской памяти.
  • Регистры управления, хранения установочных параметров и отсчета времени (в том числе регистры часов/календаря реального времени), а также счетчики самых различных событий. Например, счетчик общего количества измерений, выполненных регистратором с момента его начальной разблокировки, или счетчик количества измерений, выполненных в текущей сессии, и т.д.
  • Регистры управления системой паролей, регистры пароля санкционированного чтения и регистры паролей для полного доступа (чтения и записи), обеспечивающие различные уровни защиты накопленных логгером данных и содержимого регистров установочных параметров от несанкционированного доступа.

Кроме того, в состав электронной схемы любого из регистраторов семейства iBDL включены также:

  • узел цифрового термометра, позволяющий регистратору фиксировать точные значения температуры окружающей среды,
  • узел генератора, обеспечивающий тактирование всей электронной схемы регистратора,
  • узел часов/календаря реального времени, выполняющий отсчет астрономического времени при любых алгоритмах функционирования логгера,
  • узел управления информационным обменом, реализующий обмен данными между ресурсами регистратора и внешними устройствами обслуживания с использованием сетевой версии 1-Wire-интерфейса.

Узел управления функциями памяти и узел управления процессом регистрации синхронизируют работу всех элементов схемы каждого из регистраторов iBDL. Эта процедура реализуется по жесткому выверенному алгоритму, в соответствии со значениями установочных параметров, заданными пользователем через те или иные средства поддержки в специальных регистрах логгеров на этапе их подготовки к очередному циклу регистрации. При этом сам механизм заполнения памяти регистраторов показаниями, поступившими от температурного преобразователя и/или второго чувствительного элемента через внешний узел АЦП, гарантирует невозможность подделки зарегистрированных значений. Кроме того, дополнительную страховку от несанкционированного доступа к ресурсам регистратора обеспечивает система паролей.

Электронная схема любого из защищенных регистраторов iBDL так же, как и у любого из устройств семейства iButton, размещена в миниатюрном, но прочном корпусе-диске F5 can, изготовленном из нержавеющей стали, а корпус F5 can логгера DS1922F# дополнительно защищён капсулой F6 can. Помимо электронной схемы внутри корпуса-диска каждой "таблетки" iBDL имеется также элемент питания - литиевая батарейка BR1225, и высококачественный кварцевый резонатор, обеспечивающий работу тактового генератора. В защищенных логгерах iButton роль контактов, необходимых для реализации 1-Wire-интерфейса, выполняют металлические поверхности двух половинок корпуса-диска.

Защищенные варианты термографов DS1922L-F5, DS1922T-F5, DS1922E-F5 и DS1922F# - это одноканальные регистраторы, архитектура которых является базовой для устройств семейства iBDL и поэтому включает минимально необходимый для функционирования набор узлов. А именно: непосредственно электронную схему, кварцевый резонатор и литиевую батарею. Функционально модификации термографов DS1922L-F5, DS1922T-F5, DS1922E-F5 и DS1922F# отличаются друг от друга только тем, что диапазон регистрации узла цифрового термометра устройства DS1922T-F5 (0°C…+125°C) смещен на +40°C в область более высоких температур относительно диапазона регистрации узла цифрового термометра устройства DS1922L-F5 (-40°C…+85°C), а диапазон регистрации узла цифрового термометра устройств DS1922E-F5 и DS1922F# (+15°C…+140°C) смещен на +55°C в область более высоких температур относительно диапазона регистрации узла цифрового термометра устройства DS1922L-F5 ( 40°C…+85°C). При этом все остальные особенности работы, включая механизм получения кода от узла преобразования температуры, для всех модификаций термографов DS1922 абсолютно идентичны.



Структура температурных регистраторов DS1922L/T/E/F

Защищенное устройство ГИГРОХРОН (DS1923-F5) является двухканальным термогигрографом, который помимо базовой архитектуры регистраторов iBDL, функционально аналогичной термографу DS1922L-F5, дополнительно содержит также чувствительный элемент относительной влажности и узел 12-разрядного АЦП, преобразующий сигнал от датчика влажности в код. Работа узла АЦП и пересылка поступающих от него значений относительной влажности в буфер последовательных отсчетов обеспечивается схемой управления процессом регистрации наряду с данными, получаемыми от цифрового термометра.



Структура устройства ГИГРОХРОН (DS1923)

Каждый из защищенных регистраторов семейства iBDL - это уникальный логгер, который, являясь, по сути, миниатюрным автономным самописцем, сочетает в себе массу функций, обеспечивающих гибкий мониторинг температуры и/или влажности в условиях практически любых внешних воздействий.

Структура микросхемы DS2422S, напротив, не содержит ни кварцевого резонатора, ни литиевой батареи, зато все возможные линии управления и контроля ее электронной схемы, функционально аналогичной кристаллу термографа DS1922L-F5, подключены к отдельным выводам пластикового корпуса этого компонента. Поэтому для реализации минимально возможной рабочей конфигурации DS2422S необходимо обеспечить внешним питанием через выводы VBAT, VPAD, GND и подключить к выводам X1, X2 кварцевый резонатор. Остальные выводы микросхемы реализуют управление внешними периферийными узлами обвязки, что предоставляет полную свободу действий разработчику. Используя этот интегральный компонент в качестве базового ядра, не трудно самостоятельно построить на его основе полноценный регистратор уровня аналогового сигнала, поступающего от датчика любого типа на вход специализированного АЦП, который подключается к выводам CNVST, SCLK, SDATA узла последовательного SPI-интерфейса DS2422S.



Структура микросхемы универсального логгера DS2422S

Таким образом, использование микросхемы DS2422S позволяет разработчикам строить по единой схеме производительные регистраторы любых процессов, мониторинг которых необходим для решения конкретных задач. Примером подобных устройств является семейство самописцев iBDL изготавливаемых НТЛ "ЭлИн", и ориентированных на выполнение апостериорного мониторинга самых различных физических величин и технологических параметров.

Особо стоит выделить следующие преимущества архитектуры регистраторов, реализуемых на базе микросхемы DS2422S:

  • наличие вывода PUMP_ONZ, логический сигнал на выходе которого синхронизирован с началом цикла измерения, позволяет организовать питание всей конструкции от экономичной литиевой батареи даже в случае работы с чувствительными элементами, требующими иного уровня питания, благодаря включению узла преобразователя питания внешнего чувствительного элемента только в моменты считывания показаний;
  • наличие встроенного цифрового термометра, показания которого фиксируются в памяти DS2422S синхронно с показаниями внешнего чувствительного элемента, что позволяет обеспечить компенсацию ошибки преобразования для датчиков, поставляющих измерительную информацию, зависящую от температуры окружающей среды (например, для термопар);
  • использование 1-Wire-интерфейса в ускоренном режиме передачи данных Overdrive позволяет применить весь богатейший арсенал надежных проверенных годами эксплуатации аксессуаров поддержки технологии iButton при реализации информационного обмена с таким регистратором и обеспечивает высокую скорость считывания накопленных им результатов даже при кратковременном контакте со средствами обслуживания;
  • возможность объединения в рамках одного регистрирующего устройства нескольких автоматов сбора данных типа DS2422S в 1‑Wire‑микросистему, синхронно собирающую информацию от нескольких сенсоров (например, автоматический мониторинг метеорологических параметров, включая температуру, влажность, атмосферное давление, направление и силу ветра, количество осадков, вспышки молний и т.д.).
  • возможность применения для обслуживания логгеров, построенных на базе микросхемы DS2422S, аппаратно-программных решений, ориентированных на сопровождение и поддержку эксплуатации защищенных регистраторов iBDL, упакованных в корпуса F5 can.

Более подробное описание архитектуры и ресурсов регистраторов iBDL от Maxim Integrated содержится в фирменных документах на различные модификации этих устройств.

Файл Содержание
Размер
Дата
DS1922LT Полное оригинальное описание на DS1922L‑F5 и DS1922T‑F5 (Maxim Integrated, Engl.)
543 K
02.04.15
DS1922LT_RU Перевод описания на DS1922L‑F5 и DS1922T‑F5 (НТЛ "ЭлИн", Rus.)
1,5 M
11.08.15
DS1922E Полное оригинальное описание на DS1922E‑F5 (Maxim Integrated, Inc., Engl.)
397 K
02.04.15
DS1922E_RU Перевод описания на DS1922E‑F5 (НТЛ "ЭлИн", Rus.)
991 K
11.08.15
DS1922F Краткое оригинальное описание на DS1922F# (Maxim Integrated, Engl.)
404 K
01.07.15
DS1922F_RU Перевод краткого описания на DS1922F# (НТЛ "ЭлИн", Rus.)
254 K
26.11.15
UG6165 Полное оригинальное описание на DS1922F# (Maxim Integrated, Engl.)
1,2 M
26.11.15
UG6165_RU Перевод полного описания на DS1922F# (НТЛ "ЭлИн", Rus.)
5,3 M
26.11.15
DS1923
Полное оригинальное описание на DS1923-F5 (Maxim Integrated, Engl.)
520 K
02.04.15
DS1923_RU
Перевод описания на DS1923-F5 (НТЛ "ЭлИн", Rus.)
1,2 M
11.08.15
DS2422
Полное оригинальное описание на DS2422 (Maxim Integrated, Engl.)
582 K
03.04.13

Наверх