Подключение интегрального датчика температуры с интерфейсом 1- Wire

Среди приборов с интерфейсом 1- Wire наиболее распространены интегральные трехвыводные датчики температуры DS18B20 (Dallas). ИС обеспечивает измерение температуры в диапазоне - 10… + 85⁰С с точностью 0,5⁰С.Устройства 1- Wire могут подключаться в режиме внешнего и "паразитного" питания.

Подключение датчика температуры в режиме внешнего питания (слева)

В режиме паразитного питания для связи с датчиком температуры требуется не три, а два провода, что существенно, если датчик удален от контроллера. В этой схеме датчик работает в двух режимах питания. Для переключения режимов используется электронный ключ. При закрытом ключе напряжение на шине определяется резистором, подключенном к V_dd, что позволяет передвавать информацию по 1-Wire шине. Приоткрытом ключе на шину подается полноценное питание. Пока ключ открыт передача данных по шине невозможна. Питание на шину подается только на время выполнения энергоемких команд.

Подключение датчика температуры в режиме "паразитного" питания (справа)

Эта схема может использоваться и для подключения других 1-Wire устройств.

 

CAN (ControllerAreaNetwork – сеть контроллеров) образует сеть с общей средой передачи данных. Это означает, что все узлы сети одновременно принимают сигналы, передаваемые по шине. При этом сообщение не адресуется какому-либо конкретному узлу. Все узлы сети имеют возможность принимать весь трафик, передаваемый по шине. CAN-контроллеры предоставляют аппаратную возможность фильтрации CAN-сообщений.

Т.к. отправленный кадр передается к каждому узлу системы, то каждый узел получает каждое переданное сообщение и определяет посредством аппаратного или программного фильтра, является ли сообщение предназначенным для него. Идентификатор сообщений (11- или 29-бит) также определяет приоритет сообщения. Этим обеспечиваются эффективные средства для передачи высокоприоритетных сообщений с очень малым временем ожидания, даже при высокой загруженности шины. Система может различать: с 11-битным идентификатором до 2048 различных сообщений, с 29-битным идентификатором - до 512 миллионов сообщений.

Каждый узел образован собственно CAN контроллером, который обеспечивает взаимодействие с сетью и реализует протокол, и микропроцессором (CPU). CAN контроллеры соединяются с помощью дифференциальной шины, которая имеет две линии - CAN_H (can-high) и CAN_L (can-low), по которым передаются сигналы. Логический ноль регистрируется, когда на линии CAN_H сигнал выше, чем на линии CAN_L. Логическая единица – когда сигналы CAN_H и CAN_L одинаковы (отличаются менее чем на 0.5 В). Использование дифференциальной схемы передачи делает возможным работу CAN сети в сложных внешних условиях.

Логический ноль – доминантный бит, логическая единица – рецессивный. При одновременной передаче в шину лог. "нуля" и "единицы", на шине будет зарегистрирован логический ноль (доминантный сигнал), а логическая единица будет подавлена (рецессивный сигнал).

Когда шина свободна, CAN-сообщение может быть передано любым узлом системы (мультимастерность). Эта особенность позволяет эффективно поддерживать передачу сообщений, ориентируемую на события.

Каждое сообщение снабжается идентификатором, который определяет назначение передаваемых данных, но не адрес приемника. Отметим, что поле идентификатора никак не идентифицирует ни узел в сети, ни содержимое поля данных. Любой приемник может реагировать как на один идентификатор, так и на несколько. На один идентификатор могут реагировать несколько приемников.

- поле данных (data field) содержит от 0 до 8 байт данных

- поле CRC (CRC field) содерж 15-битную контрольную сумму сообщ, кот исп-ся для обнаружения ошибок

- слот подтверждения (Acknowledgement Slot) (1 бит), каждый CAN-контроллер, который правильно принял сообщение посылает бит подтверждения в сеть. Узел, кот послал сообщение слушает этот бит, и в случае если подтверждение не пришло, повторяет передачу. В случае приема слота подтверждения передающий узел может быть уверен лишь в том, что хотя бы один из узлов в сети правильно принял его сообщение.

Контроль доступа к среде передачи (побитовый арбитраж). Т.к. всем узлам позволено начинать передачу кадров после того, как шина окажется свободной, это может привести к тому, что в одно и то же время сразу несколько узлов начнут передачу (рис.) Арбитраж CAN-шины основан на схеме c неразрушающим соперничеством. Суть метода: в случае, когда несколько контроллеров начинают одновре-менную передачу CAN кадра в сеть, кажд из них сравнивает, бит, кот собирается передать на шину с битом, кот пытается передать на шину конкурирующий контроллер. Если значения этих битов =, оба контроллера передают следующ бит. И так происходит до тех пор, пока значения передаваемых битов не окажутся различными. Теперь контроллер, который передавал логический ноль (более приоритетный сигнал) будет продолжать передачу, а другие контроллеры прервут передачу до того времени, пока шина вновь не освободится. Если шина в данный момент занята, то контроллер не начнет передачу до момента её освобождения.

 

 

Оптические каналы связи могут быть ненаправленными и направленными. В ненаправленном (открытом) оптическом канале электромагнитное поле распространяется в области пространства, которое определяется диаграммой направленности передающей антенны. Средой распространения при этом является свободное космическое, воздушное или водное пространство.

В направленных (закрытых) каналах для распространения электромагнитного поля используются специальные волноводы - оптические кабели.

В простейшем типе ненаправленного канала - космическом пространстве искажения сигнала отсутствуют. Изменяется только амплитуда и происходит его задержка.

В направленном канале оптический луч распространяется в оптическом кабеле, основным элементом которого является оптический волновод - стержень из оптически прозрачного диэлектрика. Оптические волноводы называют также волоконными световодами.

Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света (сердцевины) - стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла - оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки.

Затухание волоконных световодов обусловлено в основном поглощением энергии в диэлектрике и ее рассеянием из-за неоднородностей, которые возникают при изготовлении оптического волновода. Дисперсия обусловлена множеством типов колебаний (модами) распространяющегося поля. Эти колебания в направленном канале накладываются друг на друга, причем каждая мода имеет свой путь и свою скорость распространения. Поэтому при наложении множества задержанных во времени колебаний возникает эффект, напоминающий многолучевое распространение электромагнитных волн.

При передаче импульсов вследствие этого эффекта возникает искажение их формы — импульсы удлиняются. Это ведет к ограничению скорости передаваемой информации.

Особенностью оптических систем связи является случайный характер сигнала на выходе преобразователя (фотодетектора) принятого поля в электрическое напряжение или ток, вне зависимости от того, является оптическое поле стохастическим из-за его рассеяния, или детерминированным. Процесс выделения поля фотодетектором сопровождается помехами различных типов. В ненаправленном канале наиболее мощной помехой является фоновое излучение. Его можно существенно уменьшить, применяя оптические волноводы. Среди других помех наибольшее влияние оказывают флуктуационные шумы, возникающие в фотодетекторе, во входной цепи усилителя оптического приемника, а также в других усилителях.

Во многих случаях для прокладки волоконно- оптического кабеля (ВОК) могут использоваться существующие высоковольтные линии электропередачи. ЛЭП – развитая инфраструктура, покрывающая большие территории, связывающая крупные населенные пункты и промышленные центры, т.е. узлы, заинтересованные и в качественной связи. При прокладке ВОЛС-ЛЭП не требуется согласование вопросов землепользования. Стоимость строительства таких линий на» 50% ниже стоимости подземной прокладки; надежность ВОЛС-ЛЭП» в 10 раз выше ВОЛС с подземной прокладкой. Упрощается техническое обслуживание кабеля. Обычно используется встраивание ВОК в грозозащитный кабель ЛЭП.