MI AZ A 1-WIRE?

18 augusztus 2011

Szerző András Schmidt | 0 Megjegyzések | Kategóriák: 1-wire | General | bővítőmodul

1-wire technológia eredete

A 1-Wire technológiát a Dallas Semiconductor cég fejlesztette ki elektronikus eszközök közti kommunikációra. A 1-Wire hálózat egy központi egységből (bus master), periféria egységekből (slave devices ) és az eszközök közti kapcsolatot megteremtő kábelből áll.
A protokollt eredetileg kis távolságra (egy nyomtatott huzalozású lemezen) lévő eszközök kommunikációjára fejlesztették ki, a protokoll elterjedésével a technológia is fejlődött, ami lehetővé teszi hálózatok kialakítását, amelyek mérete már jóval meghaladja egy nyomtatott huzalozású lemez méretét.
Ez a technológia lehetővé teszi olyan hálózatok kialakítását, amelyeken csak két vezetékre van szükség, egy adat és egy föld vezetékre. A hálózaton lévő perifériaeszközök tápellátását az adatvezeték képes biztosítani. Azzal, hogy az adatforgalom és tápellátás is ugyanazon a vezetéken történik nagymértékben csökkenthető az eszközök összetettsége.
A 1-Wire technológiához szorosan kapcsolódik az iButton. Ez egy olyan chip, amit egy 16mm átmérőjű rozsdamentes tokozással láttak el. Az eszköz alkalmas adatok tárolására, hőmérsékletértékek mérésére és tárolására sőt személyek azonosítására is. Minden egyes iButton egyedi azonosítóval rendelkezik, így ezekkel az eszközökkel könnyen megvalósítható egy beléptetőrendszer. Elegendő egy iButtont és ugyanzok a jogosultságok adhatók meg egy személynek, mintha egy kulcscsomót kapott volna meg.
Az alkalmazhatóságuk széleskörű, Isztanbulban a tömegközlekedésben való részvételre használják.
Az iButton és 1-Wire eszközök nagy előnye a rendkívül kedvező árukban, és egyszerű alkalmazhatóságukban rejlik.

A protokoll alapja:

Az 1-Wire protokoll egy soros kétirányú bitszekvenciális protokoll, ahol az adatok átvitele az legkisebb helyiértékű bittel kezdődik.Az adatátvitel 15,4 kbps normál módban és 125 kbps az úgynevezett „overdrive” módban.
Az adatvezeték és a perifériák tápellátását a központi egység biztosítja (, egy ellenálláson keresztül vagy aktív módon 5V-ra húzza fel az adatvezetéket).
Az adatok átvitele bitenként történik. Egy bit átviteléhez egy „időszeletre” van szükség, aminek a hossza 60μs normál és 8μs „overdrive” módban. Logikai 1 esetén a küldő egység rövid időre (T<időszelet/2) 0V-ra lehúzza a buszt. Logikai 0 esetén a küldő egység hosszabb időre (T>időszelet/2) 0V-ra lehúzza a buszt. Az időszelet végére mindkét esetben visszaáll az eredeti feszültségszint.

Periféria eszközök

A hálózat különlegessége, hogy a periféria eszközök tápellátása az adatvezetéken keresztül történik. Ezek az eszközök rendelkeznek egy kondenzátorral, amely egy diódán keresztül feltöltődik, amikor a busz feszültsége nem 0V.
Azon eszközöknél, amelyek üzeméhez a buszfeszültségtől jelentősen eltérő feszültségű táplálás szükséges a parazitakondenzátoros megoldás nem alkalmazható, ilyen esetben külön tápellátást kell biztosítani.
Ezek az eszközök rendelkeznek egy a gyártás során megkapott egyedi és megváltoztathatatlan 64bites azonosítóval. A kommunikáció során ez az azonosító teszi lehetővé az eszközök kiválasztását, illetve megkülönböztetését.
Perifériák általában különböző érzékelők, mint hőmérséklet, füst, pára vagy nyitásérzékelő.

A 1-Wire hálózat

Hálózat kialakítása esetén csak a normál módú átvitel alkalmazható.

A hálózatok tervezése során fontos fogalmak:
-A hálózat sugara: Az a vezetékhossz ami a központi egység és a legtávolabbi periféria eszköz között mérhető m-ben.
-A hálózat hossza: A hálózatban alkalmazott összes vezeték hossza m-ben mérve.
Általánosságban elmondható, hogy a hálózat hossza a feszültség visszaállásának idejét, míg a sugara a késleltetéseket határozza meg.
A perifériaelemek is megfeleltethetőek kábelhosszaknak, ezzel is megkönnyítve a tervezést. Az iButton eszközök 1m a többi eszköz 0,5m kábelnek feleltethetők meg.

Hálózati alakzatok:

1.Egyszerű lineáris hálózat: A vezetékpár a központi egységtől a legtávolabbi perifériáig tart. A többi periféria a vezetékre saját, 3m–nél rövidebb leágazásokkal csatlakozhat.(max 300m kábel)

2.Kiterjedt lineáris hálózat: A vezetékpár a központi egységtől a legtávolabbi perifériáig tart. A többi periféria a vezetékre saját, 3m–nél hosszabb leágazásokkal csatlakozhat. .(max 300m kábel)

3.Csillag topológiájú hálózat: Az egyes periféria eszközökhöz külön vezetékpár fut a központi egységtől. Alkalmazása kiterjedtebb hálózatok esetén nem javasolt, a reflexiók következtében hibák léphetnek fel. (max. 100m kábel és max 20. periféria)

4.Kapcsolt csillag: A csillag ágai kapcsolhatóak, így egy időben csak egy ág aktív. Ez egy lineáris hálózatot eredményez. Megfelelő kapcsolókészülék szükséges ilyen esetben.

5. Fa struktúra: A csillag topológiához hasonló.A csillag ágai elágazhatnak. Az elágazásokba HUB-ok telepítése szükséges. (max. 100m kábel és max 20. periféria)

Más struktúra kialakítása nem javasolt!

Hálózatot korlátozó tényezők

Központi egység:

A kialakítható hálózat méretét megszabja.

Megfelelő töltőáramot kell biztosítania. A parazita kondenzátoros energiaellátású perifériák kondenzátorait képesnek kell lennie feltölteni még olyan esetben is, mikor egymás után sok 0-ás bit átvitele történik, ez az időzítésekre is befolyással van.

A központi egység impedanciája meg kell, hogy egyezzen a kábel impedanciájával, hogy reflexiók ne alakuljanak ki.

Hálózat sugara:

Az időzítések, a kábel késleltetése, a kábel ellenállása, a jelalak torzulása határozza meg. Egy hosszú kábelen fellépő késleltetés lehetetlenné teheti a központi egység és a távoli periféria közti kommunikációt.

Hálózat hossza:

A kábel töltése és kisütése vehet igénybe sok időt, ami lehetetlenné teheti a 1-Wire protokoll alkalmazhatóságát. A busz egyszerű ellenálláson keresztüli táplálása esetén a kábelhossz maximum 200m, aktív táplálás esetén 500m lehet.

Perifériák:

A perifériák a kábelen feszültségesést hoznak létre. Emiatt a számukat és a kábel hosszát is korlátozzák. Parazitakondenzátoros tápellátás esetén maximum 100m kábel és legfeljebb 20 érzékelő alkalmazása javasolt topológiától függetlenül.

Kábel töltőáram:

Az ökölszabály alkalmazható, hogy egy 1-Wire adapter esetén a maximális kapacitás ne haladja meg a 10nF-ot. CAT5 kábel kapacitása 50pF/m-nek vehető, perifériaeszközöknél nagyjából 30pF-al számolhatunk eszközönként.

Alkalmazható kábelfajták

Manapság kétfajta kábelt alkalmaznak a 1-Wire alkalmazásokhoz:
1. Sodrott érpárú kábel(CAT5 és jobbak)

2. Hat eres telefon kábel; vezetékek: zöldàadat, pirosàföld
A CAT5 kábel alkalmazása az előnyösebb, a jobb kapacitás és ellenállás értékei miatt.
Csatlakozóként RJ12 vagy RJ45 alkalmazható.