Распределенная автоматизированная система управления (стр. 7 из 16)

Благодаря наличию в составе любого устройства, снабженного сетевой версией 1-Wire интерфейса, индивидуального уникального адреса (отсутствие совпадения адресов для приборов, когда-либо выпускаемых Dallas Semiconductor, гарантируется самой фирмой-производителем), сеть MicroLAN имеет практически неограниченное адресное пространство. При этом каждый из таких приборов сразу готов к использованию в составе сетей MicroLAN, без каких-либо дополнительных аппаратно-программных модификаций. На рис. 3.2 приведена структура однопроводной сети АСУ тепличного комбината, где ML97U009 - мастер лини (см. пункт 3.7) ML00-12-035 блок питания (см. пункт 3.11), ML02A – метка линии (см. пункт 3.10), ML09 – адресуемый ключ (см. пункт 3.9), ML38Н – устройство измерения влажности и температуры (см. пункт 3.8), Z86E08 – микроконтроллер нижнего уровня АСУ тепличного комбинта.

Рис. 3.2. Структура однопроводной сети АСУ тепличного комбината.

3.5. Принципы работы однопроводной сети MicroLAN

Компоненты однопроводных сетей являются самотактируемыми полупроводниковыми устройствами, в основе обмена информацией между которыми лежит управление изменением длительности временных интервалов импульсных сигналов в однопроводной среде и их измерение. Передача сигналов, для 1-Wire интерфейса, асинхронная и полудуплексная, а вся информация циркулирующая в сети воспринимается абонентами либо как команды, либо как данные. Команды сети генерируются мастером и обеспечивают различные варианты поиска и адресации ведомых устройств, определяют активность на линии без непосредственной адресации отдельных компонентов, управляют обменом данными в сети.

3.6. Программное обеспечение сети MicroLAN

Особенно привлекательным качеством технологии MicroLAN является исключительная простота настройки, отладки и обслуживания сети практически любой конфигурации, построенной по этому стандарту. Действительно, для начала работы достаточно любого персонального компьютера, недорогого стандартного адаптера 1-Wire линии, а также свободно распространяемого фирмой Dallas Semiconductor программного пакета iButton-TMEX Viewer. Пакет iButton TMEX-Viewer позволяет с максимальным комфортом для разработчика идентифицировать любое из ведомых однопроводных устройств на линии MicroLAN и проверить в полном объеме правильность его функционирования в составе всей сети. Так же фирмой Dallas Semiconductor свободно распространяется профессиональный программный пакет разработчика iButton-TMEX SDK, являющийся универсальным средством для профессиональных программистов, который значительно упрощает процесс создания программ для обслуживания устройств с 1-Wire интерфейсом, подключенных через стандартные типы адаптеров к персональным компьютерам РС и некоторым типам карманных компьютеров. Он содержит комплект отлаженных драйверов и утилит для реализации полномасштабного однопроводного протокола. В качестве среды взаимодействия с разработчиком пакет iButton-TMEX SDK использует специальный стандартизованный программный интерфейс API. Кроме того, с fttp-сервера кампании Dallas Semiconductor свободно доступен ряд примеров реализации 1-Wire-протокола для микропроцессора Z86E08 компании Zilog а также готовые библиотеки функциональных программных модулей однопроводного интерфейса для различных программных платформ. Z86E08 входит в состав распределенной микроконтроллерной системы стабилизации микроклимата в теплицах, представляющей собой нижний уровень АСУ тепличного комбината.

3.7. Выбор ведущего адаптера 1-Wire линии

Некоторые виды адаптеров, которые позволяют наделить любой персональный компьютер РС возможностью обслуживать в качестве мастера сеть MicroLAN, выпускаются самой фирмой Dallas Semiconductor. К ним относятся адаптеры для параллельного порта типа DS1410E или для последовательных COM портов типа DS9097E, DS9097U. Часто в качестве ведущего однопроводной шины выступает не компьютер, а простейший универсальный микроконтроллер. Для организации его сопряжения с сетью MicroLAN используются различные программно-аппаратные методы. От простейшего, когда управляющая программа контроллера полностью реализует протокол 1-Wire интерфейса на одном из своих двунаправленных выводов, который подключен к однопроводной линии, до вариантов, позволяющих высвободить значительные ресурсы контроллера, благодаря использованию специализированных микросхем сопряжения с сетью MicroLAN. Такие микросхемы подключаются к контроллеру, играющему роль ведущего шины, через периферийные узлы ввода/вывода, входящие в состав любого универсального микроконтроллера.

В нашем случае, так как АСУ тепличного комбината подразумевает наличие персонального компьютера, в качестве ведущего мы будем использовать адаптер последовательного COM порта ML97U-009.

Адаптер ML97U-009 (см. рис. 3.2) предназначен для организации на базе персонального компьютера мастера, обеспечивающего обслуживание стандартных однопроводных устройств, подключаемых к 1-Wire-сети, построенной по технологии фирмы Dallas Semiconductor Corp., на базе последовательного СОМ-порта персонального компьютера. В основе прибора лежит микросхема DS2480B фирмы Dallas Semiconductor Corp., являющаяся универсальным драйвером для сопряжения 1-Wire-линии со стандартным последовательным портом. ML97U-009 сохраняет все электрические характеристики и функциональные особенности установленного в нем драйвера. ML97U-009 является модификацией адаптера DS9097U-009 фирмы Dallas Semiconductor Corp., используя в качестве встроенной метки прибор DS2502 (групповой код 09Н + 1024 бит однократно программируемой памяти EPROM) [9].

В качестве конструктива устройства ML97U-009 использована стандартная розетка разъема DB-9F с вмонтированным в корпус класса GC приемным разъемом-гнездом типа TJ6P4C (RJ-11), предназначенная для сопряжения 9-пинового последовательного СОМ-порта персонального компьютера с телефонной линией. Внутри корпуса разъема установлена печатная плата, содержащая все компоненты, необходимые для сопряжения последовательного порта с информационной 1-Wire-линией. Подключение однопроводной линии к печатной плате устройства обеспечивается с помощью стандартного приемного разъема-вилки типа TJ6P4C (RJ-11). Адаптер ML97U-009 имеет отдельный узел, выполняющий качественное преобразование напряжения высокого уровня (12В), снимаемого с отдельных, не задействованных для обмена информацией логических выводов СОМ-порта, до уровней (+5В), необходимых встроенным функциональным компонентам схемы прибора.

Вывод EXT_POWER приемного разъема-гнезда TJ6P4C (RJ-11), как правило, запитывается извне относительно потенциала возвратного провода RETURN, от стандартного сетевого трансформаторного блока питания. При этом, возможно использование как стабилизированных, так и нестабилизированных блоков питания. Подключение адаптера ML97U-009 к 1-Wire-линии обеспечивается через приемный разъем-гнездо RJ-11 (6р4с), размещенный на заднем торце его корпуса, с использованием монтируемой на кабеле стандартной телефонной вилки типа RT-11 (6р4с).

3.8. Выбор ведомых устройств

Устройство ML38H(см. рис. 3.2)является законченной ведомой 1-Wire-микросистемой для организации территориально рассредоточенного контроля температуры, влажности и освещенности. Она может являться элементарной ячейкой систем регистрации и регулирования климатических параметров, организованных с использованием однопроводных сетей MicroLAN по технологии фирмы DallasSemiconductor. Микросистема ML38H предназначена для работы под управлением специализированного мастера (ведущего) однопроводной сети. В состав ML38H, входит три типа датчиков, каждый из которых обеспечивает контроль значений одного из трех климатических параметров окружающей устройство среды:

1. Для измерения относительной влажности в диапазоне от 0 до 100% с точностью 3% использован датчик HIH3610 фирмы Honeywell.

2. Датчик для контроля значения температуры окружающей среды в диапазоне от -55°С до +125°С с точностью 2°С непосредственно встроен в корпус DS2438.

3. Для тестирования уровня освещенности используются показания фотоприемника ФД256,включенного в фотодиодном режиме. Значение сигнала от этого источника тока, преобразуемые в напряжение встроенным в схему ML38H резистивным шунтом, определяют уровень контролируемой освещенности в диапазоне от 0 до 100% с погрешностью -1%.

Каждый из внешних датчиков, входящих в состав ML38H, подключен к одному из входов аналого-цифрового преобразования микросхемы DS2438, что позволяет обеспечить по однопроводной линии MicroLAN свободный доступ к информации о величине выходного сигнала каждого из первичных преобразователей. Кроме того, дополнительный аналого-цифровой вход DS2438 используется для контроля уровня напряжения питания, получаемого всеми узлами микросистемы. Показания температурного датчика, встроенного в микросхему DS2438, а также значение уровня питания микросистемы, получаемые с дополнительного аналого-цифрового входа, используются обслуживающим микросистему ML38Hпрограммным обеспечением, с целью коррекции дополнительной погрешности показаний датчиков влажности и освещенности [9].

Устройство ML38Hпредназначено для использования в шинной структуре MicroLAN, состоящей из четырех проводников и реализованной на базе любых реально доступных информационных кабелей (витые пары 5 категории, плоский телефонный кабель, IEEE1394 (Firewire)).

3.9. Выбор приборов для ветвления сети

Адресуемые ключи представляют собой электронные коммутаторы, предназначенные для организации ветвлений в однопроводной сети MicroLAN. Информация, поступающая от мастера шины на вход ключа, может транслироваться в другую ветвь микролокальной сети. И, наоборот, информация из побочной ветви может быть передана через те же выводы в обратном направлении - к мастеру шины. Ключ не требует источника питания. Он берет энергию непосредственно из шины данных. Так же, как и датчики температуры, адресуемые ключи в своем составе содержат ПЗУ, благодаря которому мастер может идентифицировать каждый включенный в шину ключ и обращаться к нему с командами. Способ коммутации отдельных ветвей MicroLAN иллюстрируется на рис. 3.3.