Термінологія

Перш ніж перейти до подальшого викладу, наведемо список часто зустрічаються термінів і наше тлумачення змісту цих термінів

Мікоолокальная мережу інформаційна мережа невеликої протяжності (до декількох сот метрів), що обєднує деяку кількість периферійних пристроїв (датчиків, адресованих ключів, модулів памяті) під єдиним управлінням компютера або автономного мікропроцесора

Однопооводная шина провід, що зєднує компютер (мікропроцесор) з периферійними пристроями всюди надалі мається на увазі, що шина включає в себе як сигнальний, так і загальний провід (тобто на самому справі складається з двох проводів) По шині здійснюється весь обмін даними і командами між компютером і периферійними пристроями Часто для стислості ми будемо замість терміна однопроводная шина використовувати термін шина або шина даних, маючи завжди на увазі саме однопровідну шину Щоб уникнути сухості викладу, іноді шину ми будемо називати лінією звязку або просто лінією

Однопооводний інтеоФейс апаратні і програмні засоби узгодження компютера (мікропроцесора) з периферійними пристроями мікролокальной мережі за допомогою однопроводной шини

Мастео шини пристрій, що управляє роботою шини (в даному випадку компютер або мікропроцесор) Іноді для стислості ми будемо його називати просто майстром

Помічник пристрій, підключений до однопроводной шині (датчик, що адресується ключ, модуль памяті і тп), яка не є майстром цієї шини Для стислості ми будемо застосовувати також термін пристрій.

Інтелектуальний датчик первинний перетворювач, що перетворює фізичну величину в цифровий код і здатний виконувати ряд команд майстра шини

Распоеделенний темпеоатуоний монітооінг контроль температури в багатьох точках протяжного обєкта або великого числа обєктів, розташованих на відстані один від одного

Тимчасові слоти читання і запису обмежені інтервали часу, необхідні для передачі або прийому одного біта інформації

Що таке мікролокальная мережу

Мікролокальная мережу (Miniature Local Area Network MicroLAN) це мережа, що використовує для цифрового обміну однопровідну лінію звязку Вона забезпечує дуже дешевий обмін інформацією між компютером і включеними в мережу пристроями, що підтримують Однопровідна інтерфейс Основу таких мереж складають інтелектуальні датчики температури, що представляють собою спеціалізовані мікропроцесори, що вимірюють температуру навколишнього їхнього середовища і перетворюють її значення в послідовний двійковий код Істотним є той факт, що кожен датчик індивідуально маркований, тобто містить всередині себе ідентифікаційний номер, за яким керуючий компютер може розпізнати кожен конкретний датчик в мережі і звернутися до нього Двох датчиків з однаковими ідентифікаційними номерами не існує

MicroLAN має деревоподібну структуру, що містить ствол (магістраль) і багато гілок (рис11) Її ствол через спеціальний контролер зєднується з COM портом персонального компютера, що забезпечує протокол RS232 в цьому випадку компютер виступає як сервер цієї мікролокальной мережі Цей компютер називають також майстром шини Управління мережею здійснюється за допомогою спеціального програмного пакету TMEX-під DOS або WINDOWS [1] На вершині стовбура (віддаленому його кінці) розміщується маркер стовбура Уздовж ствола розташовуються адресовані ключі, через які до стовбура підключаються додаткові лінії гілки. Ці гілки на своїх віддалених кінцях також мають маркери Гілки, в свою чергу, можуть мати відгалуження гілочки. Від гілочок можуть відходити більш дрібні відростки, звані живцями. У будь-якому випадку кожне з розгалужень має

Рис 11 Мережа MicroLAN деревовидної структури

на кінці свій маркер Призначення маркерів перевіряти, чи надійно здійснюється обмін інформацією в межах даного розгалуження Майстер шини відрізняє маркери від інших підєднаних до мережі пристроїв за змістом переданої ними інформації У загальному випадку підєднуються до мережі пристрою (модулі памяті, датчики, адресовані ключі) підключаються не до стовбура, а до гілкам, гілочкам і черешкам, представляючи собою як би листя цього дерева. Однак, якщо мережа не має розгалужень, то листя підєднуються безпосередньо до стовбура.

Щоб обмінятися інформацією, наприклад, з пристроєм А, підключеним до будь-якої гілочці, майстер шини повинен спочатку включити адресується ключ, що зєднує ствол з тією гілкою, від якої відходить потрібна гілочка, а потім включити ще один ключ, що зєднує дану гілку з потрібною гілочкою, на якій знаходиться потрібний листик пристрій А Таке програмно керовану виборче підключення окремих сегментів мережі дозволяє уникнути перевантаження кабелю, що виникає при одночасному включенні всіх наявних в мережі пристроїв, і, отже, дозволяє будувати досить протяжні і розгалужені мережі Крім того, що адресується ключ несе інформацію про фізичне розташування підключається до діалогу пристрою

Циркулює в мережі MicroLAN інформація передається пакетами При передачі або прийомі пакету інформації завжди здійснюється контроль істинності циклічним надлишковим кодом (ЦВК) У пакеті переданих даних міститься 8-бітовий або 16-бітовий ЦВК Майстер шини, прийнявши черговий пакет даних, підраховує його ЦВК Якщо цей ЦВК збігається зі значенням, переданим в пакеті, значить, дані прийняті вірно В іншому випадку операція прийому повторюється

Обмін інформацією в мережі є програмно керованим Майстер шини опитує вузли мережі і за результатами опитування робить ті або інші дії Якщо персональний компютер обладнаний декількома COM портами, то до кожного з COM портів може бути підєднана незалежна мережа описаної деревовидної структури Це дозволяє збільшити продуктивність і розмір мережі

Датчики температури

Інтелектуальні датчики температури фірми Dallas Semiconductor (детально про них див главу 3) представляють собою спеціалізовані мікропроцесори, які здійснюють за командою майстра шини перетворення температури в цифровий двійковий код і передачу цього коду в лінію звязку Ці датчики мають такі особливості:

• володіють унікальним однопровідним інтерфейсом, що вимагає тільки однієї лінії звязку для комунікації

• допускають підключення на одну лінію звязку декількох пристроїв, що дозволяє здійснювати розподілений температурний моніторинг

• не вимагають зовнішніх компонент

• можуть харчуватися від лінії даних

• в режимі очікування не споживають енергію

• допускають обумовлені користувачем енергонезалежні установки порогових температур

• вимірюють температуру в діапазоні від -55 ° С до +125 ° С з кроком від 003 ° С до 05 ° С залежно від модифікації

• видають в лінію звязку значення температури у вигляді 9-ти, 10-ти, 11-ти або 12-бітового двійкового числа

• цикл перетворення температури в код займає від 200 мс до 750мс, залежно від роздільної здатності

• передбачають спеціальний режим пошуку аварійних температур, при якому майстер шини за спеціальною команді може адресуватися тільки до тих датчикам, температура яких вийшла за встановлені користувачем межі

Всі датчики температури мають в своєму складі три основних компоненти: 1) 64-бітове постійний запамятовуючий пристрій (ПЗУ) 2) власне датчик температури і 3) енергонезалежні тригери нижнього і верхнього порогів температур TL і ТН У ПЗУ кожного датчика міститься інформація, що ідентифікує цей датчик і дозволяє майстру шини виокремити з безлічі підключених до шини пристроїв потрібне і вести з ним діалог При цьому інші пристрої цей діалог слухають, але в ньому не беруть участь Спілкування датчиків з майстром шини здійснюється за допомогою системи команд Ці команди розділені на дві групи (або функції) У першу групу входять команди, що працюють з ПЗУ датчика і досліджують його вміст Ці команди дозволяють майстру досліджувати шину і визначити, скільки і які саме пристрої підключені до шини знайти потрібний пристрій і вести з ним діалог реалізувати функцію визначення аварійних датчиків, тобто датчиків, чия температура перейшла заданий користувачем поріг Другу групу команд складають команди управління і памяті Наприклад, одна з команд управління інструктує датчик на виконання перетворення температури в цифровий код Результат поміщається в надоперативну память (СОП) і може бути в будь-який час прочитаний шляхом видачі команди читання сверхоперативной памяті Детальніше про команди першої та другої груп див глави 2 і 3

Адресовані ключі

Адресовані ключі являють собою електронні комутатори, призначені для організації розгалужень у однопроводной мережі MicroLAN Інформація, що надходить від майстра шини на вхід ключа, може транслюватися в іншу гілку мікролокальной мережі І, навпаки, інформація з побічної гілки може бути передана через ті ж висновки у зворотному напрямку до майстра шини Ключ не вимагає джерела живлення Він бере енергію безпосередньо з шини даних Так само, як і датчики температури, адресовані ключі в своєму складі містять ПЗУ, завдяки якому майстер може ідентифікувати кожен включений в шину ключ і звертатися до нього з командами

Однопровідна шина

В основу роботи MicroLAN покладена організація звязку процесора з периферійними пристроями через однопровідну шину Однопровідна шина являє собою систему, що складається з одного майстра шини і одного або кількох помічників (адресованих ключів, датчиків тощо) (рис 12) Однопровідна шина з визначення має тільки одну сигнальну лінію Важливо, щоб будь-яке підключене до неї пристрій мав можливість захопити цю шину в деякий момент часу Для цього кожне з приєднаних пристроїв повинно мати або вихід із трьома станами, або вихід з відкритим колектором (стоком)

Рис 12 Однопровідна шина (А підключення датчиків в режимі пасивного харчування Б підключення датчиків в режимі активного харчування)

Многоточечная шина складається з однопроводной лінії з підключеним до неї великою кількістю помічників Основний стан шини високе Воно забезпечується підтягуючим резистором R, підключає шину до джерела живлення Всяка передача інформації здійснюється шляхом закорочення шини майстром або помічниками, тобто переведенням її в низький стан Як тільки і майстер, і помічники відпускають шину, на ній встановлюється вихідне високорівневе стан

Якщо з якихось причин потрібно призупинити обмін даними, шина повинна утримуватися у високому стані, поки обмін чи не поновиться Якщо ж шина опуститься до нульового логічного рівня і пробуде в цьому стані більше 480 мкс, помічники будуть скинуті і дані втрачені Крім того, в цьому випадку адресовані ключі перейдуть у своє вихідне (вимкнене) стан

Отримати доступ до якого-небудь пристрою на шині можна в такій послідовності:

– провести ініціалізацію

– виконати одну з команд функції ПЗУ

– виконати команду функцій управління або памяті

Всі операції в однопроводной шині починаються з инициализирующей послідовності Ця послідовність складається з імпульсу скидання, що видається майстром шини, і наступного за ним імпульсу (або імпульсів) присутності, що видається помічником (помічниками) Імпульс присутності дозволяє майстру дізнатися, приєднаний чи до шини хоч один помічник Як тільки майстер отримав імпульс присутності, який свідчить про те, що хоча б один помічник підключений до шини і готовий до роботи, він може видати одну з команд першої групи, дозволяють або дослідити склад підключених пристроїв, або, якщо склад вже відомий, звернутися до конкретного пристрою Команди ці однобайтові і передаються наступним чином Як тільки майстер зафіксував закінчення імпульсу присутності, тобто виявив його задній (зростаючий) фронт, він здійснює побітовий посил байта команди, починаючи з молодшого біта Посил ведеться фіксованими часовими інтервалами слотами Всі слоти генерує майстер, переводячи шину в низкоуровневое стан Цей переклад шини в низький стан синхронізує процес обміну Якщо майстер передає одиницю, то він, перевівши шину в низький стан, відразу ж відпускає її Під дією подтягивающего резистора на шині встановлюється високий стан, який зберігається на весь час дії даного тимчасового слота Потім майстер генерує наступний часовий слот, примусово переводячи шину в низький стан Якщо він тепер бажає передати нуль, то він утримує шину в низькому стані протягом тривалості слота і врешті слота відпускає її Периферійні пристрої, отримавши сигнал синхронізації у вигляді спадаючого фронту, після деякої затримки, необхідної для встановлення потрібного рівня сигналу на шині, перевіряють її стан і, в результаті, зчитують нуль або одиницю Так відбувається передача нулів і одиниць коду команди Передавши команду, майстер продовжує генерувати тимчасові слоти, але після чергового перекладу шини в низький стан він обовязково відпускає її, щоб під час дії слота на ній встановився рівень, що визначається периферійним пристроєм Таким чином майстер здійснює прийом інформації від периферійного пристрою Детальніше організацію обміну ми обговоримо в наступному розділі

Джерело: карнач АС, Белошенко ВА, Тітієвський ВІ, Мікролокальние мережі: інтелектуальні датчики, Однопровідна інтерфейс, системи збору інформації Донецьк: ДонФТІ НАНУ України, 2000 199с з іл