Сети температурного мониторинга на основе технологии MicroLAN

December 29, 2012 by admin Комментировать »

В предыдущих главах мы познакомились с технологией микролокальных сетей сбора информации типа MicroLAN: принципами организации сетей, а также с их аппаратными составляющими. Ниже мы приведем пример конкретного использования этой технологии для целей температурного мониторинга. На основе этой технологии мы постарались создать простую в эксплуатации, дешевую, гибкую и надежную систему сбора и обработки информации о температуре протяженного объекта (здания, цеха, участка теплотрассы и т.п.). При этом мы стремились исключить избыточность конфигурации сети, то есть создать сеть максимально простой топологии и с минимальным набором компонент. Говоря о минимальном наборе компонент, мы имеем в виду компоненты служебного характера, такие как адресуемые ключи. Эти компоненты не поставляют информацию о температуре объекта, но, тем не менее, нагружают линию, сокращая количество подключенных к этой линии поставщиков информации датчиков температуры.

6.3.1.                                                                              Простейшая топология MicroLAN

Описанная в главе 5 оптимальная топология допускает подключение нескольких тысяч датчиков. Но при этом в сети присутствуют адресуемые ключи, временные параметры протокола ужесточаются, усложняется программное обеспечение. В то же время простая топология без ветвлений ограничивает количество датчиков максимальным числом 142 (табл. 5.1).

Имея в виду, что типовые телефонные кабели имеют, как правило, не менее 4-х жил, можно в одном кабеле осуществить несколько коммуникационных линий. И дело здесь не в том, что возможны взаимные помехи. В конце концов, можно применить экранированные витые пары. Задача в том, где взять дополнительные СОМ-порты для обеспечения каждой из линий своим мастером шины. Операционные системы типовых IBM-совместимых компьютеров могут обслуживать до четырех последовательных портов. На практике таких портов в компьютере всего два. Чаще всего один из них занят мышью. Таким образом, для организации мониторинговой сети остается один порт, т.е. одна линия для последовательного обмена данными. Сетей с большим количеством датчиков на такой базе не построишь. Кроме того, для электрического согласования уровней напряжения СОМ-порта и датчика необходимо применять специальный адаптер (например, DS2480 [3]). Подключать линии к порту принтера тоже невыгодно по ряду причин. Во-первых, не во всех моделях компьютеров порты принтера устроены одинаково. Во-вторых, они не могут обеспечить обмен информацией с большим количеством датчиков. В-третьих, порт принтера часто бывает занят собственно принтером (особенно в системах сбора и обработки информации, где информацию нужно оперативно выводить на печать).

Оптимальное решение заключается в том, чтобы создать собственный аппаратный интерфейс, дополняющий типовой набор устройств ввода/вывода компьютера и отвечающий стандартам однопроводного обмена MicroLAN. Авторами разработан такой интерфейс, расширяющий доступ к пространству ввода/вывода компьютера и позволяющий увеличить число линий сети до 32. Для этого необязательно увеличивать и количество кабелей тоже в 32 раза. Как мы уже упоминали, типовые телефонные кабели имеют, как минимум, четыре жилы. Если использовать одну из них для подвода питания, вторую в качестве общего провода, третью в качестве линии данных, то оставшуюся, четвертую, можно использовать как еще одну линию данные. Подключив эти две линии данные к разным входам упомянутого интерфейса, можно в одном кабеле организовать обмен по двум линиям, каждая из которых может нести на себе до 98 датчиков (при максимально допустимой протяженности 286м и питающем напряжении 5В), т. е. количество датчиков на данном кабеле удваивается. Пример такого включения датчиков приведен на рисунке 6.1.

Поскольку в нашем интерфейсе нет временных ограничений, подобных описанным в главе 5 для универсального асинхронного приемо-передатчика, мы рассчитали максимальную емкость кабеля, исходя из того, что шина должна подтягиваться до уровня логической единицы за 15 мкс, а не за 13.02 мкс, как это быто принято при учете параметров УАПП СОМпорта. Результаты такого расчета приведены в табл. 6.1. Видно, что по сравнению с данными таблицы 5.2 допустимая емкость кабеля, нагружающего линию, увеличилась примерно на 15%. Увеличилась также и максимальная длина линии (табл. 6.2).

Таким образом, используя 32-битовый интерфейс и цифровые датчики температуры фирмы Dallas Semiconductor, можно построить гибкую сеть температурного мониторинга очень простой топологии: центральный процессор и несколько (до 32) линий связи с подключенными к ним интеллектуальными датчиками температуры. Каждая из линий независима от остальных, поэтому в рамках одной сети можно создавать линии разной длины и с разным содержанием датчиков. Авторы провели испытания сети с такой топологией и протяженностью линий до 50м. В качестве линий связи использовался обычный телефонный четырехжильный неэкранированный кабель (не витая пара) с погонной емкостью 44пФ/м. Сеть показала надежную работу, в частности, в условиях производственного здания с высоким уровнем промышленных помех.

Рис. 6.1. Использование свободных проводников для увеличения числа датчиков, подключенных к кабелю (И 32-входовой интерфейс, используются только два входа Л1 и Л2; К четырехжильный кабель; 1 датчики, подключенные к линии Л1; 2 датчики, подключенные к линии Л2).

Таблица 6.1. Максимальная емкость кабеля (нф) при максимальном числе подключенных датчиков (см. табл. 5.1).

Номинал подтягивающего резистора, кОм

Рабочее напряжение, В 4.0 5.0 6.0

1,5

10,94

14,33

17,61

1,8

9,12

11,96

14,65

2,2

7,47

9,76

12,00

2,7

6,06

7,97

9,78

3,3

4,98

6,53

7,99

3,9

4,19

5,50

6,76

4,7

3,49

4,58

5,63

Таблица 6.2. Максимальная длина кабеля (м) при его емкости 50пФ/м

Номинал подтягивающего резистора, кОм

Рабочее напряжение, В 4.0 5.0 6.0

1,5

218

286

352

1,8

182

239

293

2,2

149

195

240

2,7

121

159

195

3,3

99

130

159

3,9

83

110

135

4,7

69

91

112

6.3.2.                                                       32-битовый интерфейс

Интерфейс, обеспечивающий связь компьютера с внешним оборудованием, должен удовлетворять определенным требованиям. Во-первых, он должен обладать достаточным быстродействием, чтобы успевать отрабатывать в течение временных интервалов циклов обмена системной шины компьютера; во-вторых, его приемники должны иметь высокоомные входы, чтобы не перегружать шину, а передатчики должны выдавать достаточный выходной ток, чтобы обеспечить работу внешних устройств; в-третьих, передатчики и приемники должны иметь отключаемый выход.

Практика показывает, что для пользователя наиболее удобно, если интерфейс оформлен в виде стандартной платы расширения, устанавливаемой в слот системной платы компьютера. Имея в виду, что системные платы всех современных IBM-совместимых компьютеров имеют в своем составе слоты стандарта ISA, мы свой интерфейс разрабатывали именно под этот стандарт.

При разработке подобных устройств всегда возникает вопрос о количестве каналов ввода/вывода, обеспечиваемых устройством. Часто количество каналов ограничивается используемым разъемом. Преследуя цель простоты конструкции и доступности комплектующих, мы остановились на использовании в качестве входного/выходного разъема стандартного 34-контактного IDC разъема, применяемого для связи флоппи-дисководов с контроллерами. Этот выбор ограничил число байтовых каналов ввода/вывода четырьмя. Если использовать каждый бит в качестве независимого канала с последовательным протоколом обмена, то число каналов возрастет до 32.

Принципиальная схема интерфейса приведена на рис. 6.2. Он представляет собой четыре независимых двунаправленных восьмибитовых канала ввода/вывода, которые могут быть использованы и как тридцать два однобитовых канала для передачи и приема информации в последовательном коде. На микросхеме МС1 собран буферный усилитель сигналов системной шины, выходы которого подключены ко входам четырех буферных передатчиков (МС2 МС5), а четырьмя младшими разрядами также ко входам триггера-формирователя управляющего слова (МС12). Выходы передатчиков через резисторы номиналом 100 Ом соединены с выходным разъемом универсального параллельного интерфейса (УПИ). К разъему же подключены и входы четырех приемников (МС6 МС9). Резисторы на выходах передатчиков включены для того, чтобы избежать конфликтов при чтении информации в случае, когда на одну линию от передатчика и внешнего устройства приходят сигналы разных логических уровней. При наличии резисторов приемник всегда прочитает информацию, приходящую от внешнего стройства, а не от передатчика УПИ.

На микросхемах МС10, МС11, МС13 и МС14 собран дешифратор адреса. В адресном пространстве ввода/вывода компьютера УПИ может занимать один из четырех диапазонов адресов: 360h-364h; 368h-36Ch; 3E0h-3E4h; 3E8h-3ECh. Конфигурирование на нужный диапазон производится соответствующей установкой перемычек J1 и J2. В каждом диапазоне первые четыре адреса это адреса четырех каналов вводавывода, а последний, старший адрес адрес управляющего слова. Установка режима работы каждого из каналов (на прием или передачу) производится записью соответствующего кода по адресу управляющего слова. При включении компьютера или подаче сигнала RESET все каналы интерфейса устанавливаются в режим приема информации.

Вместо микросхем серии 1533 можно использовать аналогичные микросхемы серии 555.

Предлагаемый УПИ может быть использован не только для работы с датчиками Dallas Semiconductor, но и с любыми

Рис. 6-2. Электрическая принципиальная схема

32-входового универсального интерфейса.

датчиками, имеющими цифровой (кодовый) выход стандарта ТТЛ, а также другими устройствами.

Источник: Карначёв А.С., Белошенко В.А., Титиевский В.И., Микролокальные сети: интеллектуальные датчики, однопроводный интерфейс, системы сбора информации. Донецк: ДонФТИ НАНУ Украины, 2000. 199с. с ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты