Домой

No comments

1-wire однопроводная шина

Последовательные интерфейсы фактически стали основными в современных приборных и бортовых сетях. Один из наиболее широко используемых интерфейсов такого рода – 1-Wire, представленный в 1990-х годах компаний Dallas Semiconductor (ныне – Maxim/Dallas). Этот интерфейс использует каждый, кто с ключом-таблеткой подходит к двери подъезда. Несмотря на солидный возраст, 1-Wire не утратил актуальности и сегодня благодаря своей универсальности, простоте и удобству использования.

Как устроен 1-Wire

Интерфейс 1-Wire был предложен фирмой Dallas Semiconductor в конце 90-х годов прошлого века. Системы 1-Wire привлекательны благодаря легкости монтажа, низкой стоимости устройств, возможности распознавать устройство при подключении к функционирующей сети, большому числу устройств в сети и т.д. Типичная система 1-Wire состоит из управляющего контроллера (мастера или ведущего) и одного или нескольких устройств (ведомых), присоединенных к общей шине.

1wire

Устройства подключаются к шине по схеме с открытым стоком и подтягивающим резистором. Уровень сигналов в шине – от 3 до 5 В. В пассивном состоянии в линии поддерживается высокий уровень напряжения. Все сигналы формируются с помощью замыкания сигнальной шины на землю (низкий уровень напряжения). Главная особенность шины 1-Wire в том, что она использует лишь два провода, один – сигнальный, другой – для заземления устройств. По сигнальному проводу возможно и электропритание устройств 1-Wire – так называемое паразитное питание. Источником питания служит заряжаемый от сигнальной линии конденсатор, входящий в состав ведомых устройств цепи.

Большинство устройств 1-Wire поддерживают две скорости передачи данных: стандартную – около 15 кбит/с и повышенную (overdrive) – около 111 кбит/с. Понятно, что чем выше скорость, тем больше ограничений на длину шины и число подключаемых к ней устройств. Режим передачи данных по шине 1-Wire – полудуплексный: мастер и ведомые устройства передают данные по очереди. Каждая транзакция через интерфейс 1-Wire начинается с того, что мастер передает импульс Reset. Для этого он переводит напряжение в шине на низкий уровень и удерживает его в этом состоянии в течение 480 мкс.

Затем мастер отпускает шину, и подтягивающий резистор возвращает напряжение к высокому логическому уровню. Все ведомые устройства, обнаружив сигнал Reset и дождавшись его окончания, передают свой сигнал – Presence. Он представляет собой сигнал низкого уровня длительностью 100–200 мс. Устройство может генерировать сигнал Presence и без импульса Reset – например, таким способом оно сообщает о себе при подключении к шине. После передачи импульса Presence устройство 1-Wire готово к приему команд. Весь информационный обмен в шине происходит под управлением мастера. Для передачи каждого бита выделяется специальный временной промежуток (таймслот) длительностью порядка 80 мкс. В начале каждого таймслота мастер переводит линию на нулевой уровень. Если далее мастер хочет передать 0, он удерживает напряжение на низком уровне как минимум 60 мкс.

При передаче единицы мастер удерживает нулевое напряжение 5–6 мкс, а затем отпускает линию и выжидает примерно 60 мкс до начала формирования следующего тайм-слота. Если мастер ожидает данные от ведомых устройств, он также обозначает начало тайм-слота, обнуляя линию на 5–6мкс, после чего перестает удерживать низкое напряжение и в течение короткого времени слушает линию.

Если устройство хочет передать ноль, оно самообнуляет линию сразу после регистрации импульса начала тайм-слота. Если устройству нужно передать единицу, оно никаких действий не производит. Отметим, что приведенные значения временных интервалов соответствуют стандартной скорости передачи данных через интерфейс 1-Wire. В режиме overdrive эти интервалы соответственно уменьшаются. Весь обмен на шине 1-Wire происходит посредством специальных команд. Их число для каждого типа устройств различно. Но есть и минимальный набор стандартных команд, которые поддерживают все 1-Wire-устройства – так называемые ROM-команды. Формат команд прост – идентификатор команды (1байт), за которым могут следовать данные (идентификатор устройства, полезные данные и т.п.). Все устройства в сети знают длину каждой команды.

1wire

У каждого устройства 1-Wire есть 64-разрядный идентификатор (ID). Он состоит из 8-разрядного кода семейства, который идентифицирует тип устройства и поддерживаемые им функции, 48-разрядного серийного номера и 8-битного поля кода циклического избыточного контроля (CRC-8). ID вводится при изготовлении устройства и хранится в ПЗУ. Фирма Maxim гарантирует, что один раз использованный адрес никогда не повторится в другом устройстве. В самом деле, 48 бит – это 2,81•10 14 различных чисел. Если производить 1000 миллиардов (10 12 ) различных устройств ежегодно, то все серийные номера можно использовать не ранее чем через 281 год – и это только для одного семейства. Весь обмен командами инициирует мастер. Начало нового цикла транзакций он отмечает командой Reset, и, получив подтверждение, выбирает устройство специальной командой MATCH ROM, передавая ее идентификатор (55 16 ) и 64 бита ID адресуемого устройства. Получив такую команду, ведомое устройство с данным ID ожидает новых команд от мастера, а все остальные остаются в пассивном состоянии до следующей команды Reset. В системе с одним устройством можно не передавать ID, используя команду SKIP ROM. В результате ведомое устройство считает себя выбранным без получения адреса. После того, как мастер выбрал устройство для взаимодействия, можно начинать процесс управления этим устройством и обмена данными с ним. Для этого используются команды, которые специфичны для каждого типа устройств. Но чтобы начать работу с определенным устройством, мастер должен знать его ID. Если в системе только одно ведомое устройство, его адрес можно определить с помощью команды READ ROM. В ответ на команду READ ROM устройство передает свой 64-битный адрес.

Если же в системе несколько устройств с неизвестными ID, попытка использовать команду READ ROM приводит к коллизии. В этом случае для определения адресов используется специальный алгоритм поиска, в основе которого лежит команда SEARCH ROM. Мастер передает команду SEARCH ROM. В ответ все устройства, подключенные к шине, высылают младший бит своего адреса. Свойства шины 1-Wire таковы, что при одновременной передаче сигналов всеми устройствами результат будет равен логическому И значений всех посланных битов. Следовательно, суммарный отклик равен 1, только когда сигналы от всех устройств равны 1. После приема первого бита адреса мастер инициирует следующий тайм-слот, в котором устройство передает инвертированный первый бит. Сопоставляя значения результатов запроса истинного и инверсного битов, можно получить некую информацию о значениях первых битов адресов устройств (см. таблицу). Таким образом, при комбинациях 0 1 и 1 0 мастер знает значение первого бита адреса, фиксирует его и по той же схеме может переходить к определению следующего. После получения инверсного бита мастер передает определенный бит ведомым устройствам. Если его значение совпадает со значением текущего бита из адреса устройства, то устройство продолжает участвовать в поиске и выдает в ответ следующий бит своего адреса. Если не было “расхождения”, то значение выставляемого мастером бита определено. В случае расхождения мастер посылает нулевой бит. Такая последовательность – чтение бита адреса и инверсного бита, передача бита мастером – повторяется для последующих 63 битов адреса. Таким образом, алгоритм поиска последовательно исключает все устройства, пока не остается одно последнее – его адрес и определяется в первом цикле поиска. После того, как адрес первого устройства определен, поиск продолжается для следующего устройства. Алгоритм запоминает место последнего расхождения и выбирает другую ветвь дерева поиска (мастер посылает в этом месте бит с другим значением). Процесс продолжается до тех пор, пока не будет пройдена ветвь, соответствующая последнему устройству. В итоге поиска становятся известны адреса всех устройств, подсоединенных к шине, и их число. Отметим, что возможность идентификации и быстрого включения в сеть только что подключенного устройства делает 1-Wire эффективным решением для многих приложений. На практике это означает, что прибор достаточно просто под ключить к сети, и все дальнейшие транзакции произойдут автоматически. Например, так можно считать данные из памяти датчика, прочитать код электронной метки или электронного ключа, принять массив значений от приборной сети и т.п. Не менее важно, что сеть 1-Wire относится к самосинхронизирующимся, т.е. не требует отдельной линии для передачи тактовых сигналов. И, конечно, огромное число ID подключаемых устройств выгодно выделяет ее на фоне других последовательных сетей.

Элементная база

Для реализации интерфейса 1-Wire фирма Maxim/Dallas предлагает ряд устройств. В роли мастера интерфейса может выступать как ПК, так и специализированные микроконтроллеры. Соответственно, в ассортименте Maxim/Dallas присутствуют устройства, которые обеспечивают переход к 1-Wire интерфейсу от стандартных интерфейсов компьютера (например, USB и RS232), управляющего работой устройств 1-Wire. Так, микросхема DS2490 служит мостом между интерфейсами USB и 1-Wire. DS2490 используется в системах 1-Wire несколькими способами: входит в состав адаптера USB – 1-Wire, который подсоединяется к USB-порту главного компьютера напрямую кабелем или через USB-хаб; встраивается в главный компьютер или же в USB-хаб. Некоторые устройства могут не только соединять 1-Wire с другими интерфейсами, но также брать на себя часть функций мастера шины 1-Wire. Одно из таких устройств – DS2482-100. Это мост между интерфейсами I2C и 1-Wire. Микросхема DS2482-100 преобразует протоколы между управляющим I2C микроконтроллером (мастером) и ведомыми 1-Wire устройствами. По отношению к этим устройствам DS2482-100 выступает в роли мастера. С помощью встроенных таймеров DS2482-100 формирует фронты передаваемых по шине сигналов, снимая эту нагрузку с управляющего микроконтроллера. Для того чтобы оптимизировать форму сигналов, DS2482-100 контролирует скорости нарастания и уменьшения напряжения в линии и предоставляет дополнительные программируемые функции, которые помогают согласовать параметры сигналов и особенности ведомых устройств. Микросхема DS2482-800 аналогична по функциям DS2482-100, но может работать с восемью шинами 1-Wire. В качестве моста между интерфейсами RS232 и 1-Wire можно применять микросхему DS2480B. Устройства 1-Wire соединяются с помощью витой парыразличных типов или даже обычным телефонным проводом.

Некоторые применения 1-Wire

Перечень устройств, поддерживающих 1-Wire, и их применений весьма велик, поэтому полностью описать его в данной статье невозможно. Приведем лишь несколько примеров наиболее распространенных применений технологий 1-Wire. Наличие уникальных 64-битных адресов позволяет широко использовать устройства 1-Wire в системах аутентификации. Здесь они часто применяются в устройствах iButton. Это микросхема с введенным на этапе производства 64-битных адресом, заключенная в круглый корпус из нержавеющей стали диаметром 16 мм (MicroCAN). Такие устройства функционируют, например, в домофонных ключах. 1wire

Микросхемы с поддержкой 1-Wire (например, DS2401, DS2431, DS28E01-100) используются также для идентификации картриджей принтеров, медицинских сенсоров, емкостей с реагентами и др. Преимущество микросхем 1-Wire в том, что для контроля идентифицируемого устройства нужен всего один контакт. Такие микросхемы заключены в специальный плоский корпус (SFN – Single Flat No lead) размером 6×6 мм, который облегчает их присоединение к устройству. Еще одно распространенное применение 1-Wire – системы автоматизации. В первую очередь это системы многоточечного измерения температуры различных сред и мониторинга теплового режима помещений. Температуру можно измерять датчиками производства той же Maxim/Dallas. Наиболее популярный из них – цифровой термометр DS18S20. Он имеет разрешение 9 бит и измеряет температуру в диапазоне от -55 до 125°C. Точность измерений составляет 0,5°C в диапазоне -10…85°C. Поскольку каждый термометр, как и любое устройство 1-Wire, имеет уникальный 64-битный адрес, к одной шине 1-Wire можно подключать множество таких приборов. Таким образом, благодаря своим выигрышным возможностям – один провод для передачи данных и управления устройс твами, подсоединение устройств через один контакт, питание подключенных устройств по проводу передачи данных, наличие у каждого устройства уникального адреса, низкая стоимость элементной базы – интерфейс 1-Wire широко представлен в самых различных изделиях современной электроники.

Posted by sergey on Fri, 20 Mar 2015

Источник бесперебойного питания для котла

Современные отопительные системы требуют качественного и непрерывного электроснабжения, поэтому источник бесперебойного питания для котла становится неотъемлемой частью теплового узла вне зависимости от его назначения.

При эксплуатации котельного оборудования к системам ИБП предъявляются особые требования:

В отличие от вычислительной техники котлы и насосы потребляют большое количество электроэнергии, поэтому необходимо иметь аккумуляторы достаточной емкости. Некоторые российские производители ИБП не запрещают использование автомобильных аккумуляторов, однако в резервных и автономных энергосистемах для предотвращения аварийных ситуаций мы рекомендуем применять только AGM и гелевые аккумуляторные батареи, имеющие долгий срок службы.

В случае отключения электричества время переключения между сетевым и автономным режимами должно быть минимальным для предотвращения сброса параметров котла и срабатывания системы автоматического отключения газа.

В качестве выходного сигнала источник бесперебойного питания для котла должен выдавать “чистый синус”, в противном случае насосы будут работать с меньшей мощностью (до 30%), а горелки котлов выйдут в аварийный режим. Для контроля пламени многим котлам необходим “фиксированный ноль”, т.е. смена в фазировки сети не допускается.

Наилучшим решением для котельного оборудования являются источники бесперебойного питания типа On-Line, или специализированные Off-Line ИБП предназначенные для данного типа оборудования. Ни в коем случае для подобных задач не стоит использовать компьютерные источники беспереборйного питания, т.к. они не удовлетворяют ни одному из перечисленных требований и могут привести к серьезным авариям оборудования.

Posted by sergey on Tue, 17 Mar 2015

Источник бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания необходим для обеспечения непрерывного режима работы важных потребителей, таких как котельное оборудование, вычислительная техника, системы связи и другие. Современные ИБП имеют максимальную мощность до 18кВт и применяются в резервных системах электроснабжения жилых зданий или промышленных объектов.

Конструктивно ИБП состоит из инвертора, зарядного устройства и блока контроля входного напряжения. В зависимости от типа использованного в устройстве преобразователя напряжения выходной сигнал в автономном режиме может быть как модифицированным так и синусоидальным.

ИБП можно разделить на три основных группы:

Резервный ИБП (Passive Standby UPS, Off-Line UPS) в сетевом режиме передает напряжение потребителям непрямую без изменений. В автономном режиме, при выходе сетевого напряжения за допустимые пределы, питание нагрузки происходит от аккумуляторной батареи через встроенный инвертор; Линейно-интерактивный ИБП (Line-Interactive UPS) отличается от резервных наличием входного стабилизатора для нормального питания потребителей при пониженном или повышенном напряжении без перехода в автономный режим; Источник бесперебойного питания с двойным преобразованием напряжения (Double-Conversion UPS, ON-Line UPS) является наиболее совершенной технологией на сегодняшний день и обеспечивает лучшее качество электроснабжения. Принцип работы On-Line устройств основан на постоянном двойном преобразовании напряжения, что обеспечивает идеальные условия для работы приборов, предъявляющих высокие требования к качеству сети.

Posted by sergey on Tue, 17 Mar 2015

Как свой дом сделать умным

Проект

Надо создать проект. Подумайте, что конкретно требует автоматизации?

Безопасность жизнедеятельности. Вода, газ, электричество должны автоматически перекрываться, если в квартире появилась утечка или произошло повреждение электропроводки. Дополнительный комфорт. Автоматическое включение/выключение света в комнатах, открывание/закрывание дверей, голосовое управление домашними электроприборами и т.д.

Каждую точку, в которой предусматривается наличие электропривода, клапана или «умного» выключателя, необходимо учесть в проекте. Только после этого вы можете приступить к обустройству «Умного дома» своими руками.

Система автоматического управления

Чтобы выстроить «Умный дом» своими руками, потребуется выбрать технологию управления электропитанием устройств. Ведь основная функция разумного дома состоит во включении/выключении того или иного электроприбора, в том числе без участия хозяина. Сегодня таких технологий существует масса, главное их отличие в среде передаче сигнала. Проще говоря, вам следует определиться, будет ли это существующая электропроводка (система X10), выделенные линии (1-wire), либо радиосигнал (Z-Wave).

Наиболее популярной сегодня является система X10, поскольку для ее организации не требуется прокладывать дополнительный кабель. Также к ее достоинствам относятся дешевизна и легкость подбора ПО – как платного, так и бесплатного.

Центральный узел

В первую очередь, вам потребуется компьютер, который будет играть роль главного управляющего узла. Также нужно подобрать к нему специальное программное обеспечение, которое позволит использовать компьютер в качестве контроллера. Стоит понимать, что устройство должно работать круглосуточно, чтобы иметь возможность контролировать все процессы, происходящие в доме.

Для сопряжения компьютера и системы управления электропитанием (в нашем случае X10), потребуется дополнительный компьютерный интерфейс, который может подключаться к USB-порту.

Средства управления «Умным домом»

Технология «Умный дом» подразумевает использование средств управления – релейных модулей, датчиков движения дождя, загазованности и т.д.

Релейный модуль, получив команду от компьютера, замыкает контакты, чем дает сигнал на исполняющее устройство – выключатель. Датчики движения фиксируют с помощью фотоэлемента появление человека в помещении и передают сигнал на контроллер.

Есть еще целый список средств управления устройствами системы «Умный дом», каждый из которых призван выполнять определенную работу.

Исполнительные устройства

Умный дом

Теперь нужно определиться с исполнительными устройствами. К ним относятся выключатели света, электронные клапаны, электроприводы.

Как правило, в системе «Умный дом» используются специальные выключатели света – диммеры. Они способны регулировать уровень освещенности помещения.

Электронный клапан поможет перекрыть воду или газ автоматически.

Если установить клапан в систему водоснабжения на входе в дом/квартиру, он сможет перекрывать воду в случае протечки или аварии. В связке с таймером и датчиком влажности электронный клапан может использоваться для автоматического полива сада. Запирающее устройство может регулировать подачу теплоносителя, чтобы обеспечить нужный климат в квартире. Клапан можно установить на газовую трубу, а также смонтировать специальный датчик. Как только датчик зафиксирует превышение порога уровня загазованности кухни, клапан сразу же перекроет подачу газа.

Не обойтись вам и без электронного привода. Он потребуется для открывания ворот, дверей, управления шторами и жалюзи.

Отрегулировать взаимодействие всех основных функциональных узлов системы «Умный дом» своими руками, конечно, непросто. Потребуется время, знания и опыт. Но если к данной задаче подойти взвешенно, результат будет запланированный, а ваш дом станет единым организмом, работающим качественно и бесперебойно.

Posted by Administrator on Sun, 15 Mar 2015

Умный дом

Кто бы не хотел иметь в своем распоряжении настоящий умный дом? Но далеко не все могут позволить себе оплатить услуги компаний по установке, ведь это удовольствие не из дешевых. Но если у вас есть хоть не большие знания электроники, а руки «растут» из нужно места, то вполне реально создать систему умного дома с полным контролем самому.

Умный дом

Для начала нужно выбрать тип устанавливаемой системы. Мы не будем делать рекламу системам, лучше вам самим отдельно изучить данный вопрос и выбрать наиболее подходящий для вашего бюджета вариант по соотношению цены и качества. Бюджетные модели систем умного дома обеспечат вам простое управление основным техническим оборудованием: сигнализацией и вентиляцией. Если же вы хотите управлять музыкальным центром, проигрывателем и кондиционером с одного пульта, то лучше купить специальное единое дистанционное устройство. В таком случае вы сэкономите деньги, и не нужно будет устанавливать дополнительных приспособлений.

Наиболее сложным вариантом будет реализация полного контроля. Для этого нужно купить дорогую систему и прочесть несколько книг по установке, зато в результате одно единственное нажатие кнопки принесет вам спокойствие и комфорт, а также радость от сэкономленных денег, ведь зачастую установка стоит дороже самой системы.

Существует несколько типов систем. Если вы планируете сделать умный дом своими руками, то лучше всего купить готовую и настроенную систему. Они уже полностью подготовлены для монтажа с подробной инструкцией и вам не нужно будет дополнительно их программировать или прокладывать специальную проводку. В комплекте поставляется специальное программное обеспечение, с помощью которого и будет осуществляться полноценный контроль. Обычно программа имеет простенький и интуитивный интерфейс, поэтому у вас не должно возникнуть проблем с настройкой параметров и корректировки их под свой образ жизни. Следует помнить, что чем дороже система, тем она проще и надежнее, поэтому в этом плане лучше не экономить и скорее склонятся к качеству, нежели к дешевизне. В любом случае вы сэкономите на посредниках и дорогостоящем технике-инсталляторе.

Система умного дома легко может быть установлена на вашем ПК, ноутбуке или мобильном устройстве. За дополнительную плату вам могут предоставить специальный пульт управления с сенсорным экраном, на котором будут видны все подсоединенные компоненты системы и настройка их работы.

Posted by Administrator on Sun, 15 Mar 2015