Устройство ML18A+ (ML18Aplus) для сетевого обрамления 1

Устройство ML18A+ (ML18Aplus) для сетевого
обрамления 1-Wire-компонента через джек RJ11
сопряжении приспособления ML18A+ с другими ML-OEM-устройствами и
мастером. Однако, вместо высокого уровня питания на шине EXT_POWER, как в
стандартной 1-Wire-магистрали, входной разъём «A#» устройства ML18A+, имеет
шину +5 В, по которой к сопровождаемому им термометру семейств AK#, AM#,
AL#, ARJ11# подводится положительное напряжение соответствующего уровня.
Внимание! Во избежание вывода из строя микросхемы, являющейся основой
любого из термометров AK#, AM#, AL#, ARJ11#, запрещается его
непосредственное сопряжение с стандартной 1-Wire-магистралью, в которой
шина EXT_POWER связана с потенциалом большим уровня +5 В относительно
возвратного провода RETURN.
Внутри корпуса розетки установлена печатная плата,
содержащая схему сопряжения одного из термометров
семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#, подключаемого через
входной приёмный разъём обозначаемый как «A#»
(X3S), с информационной 1-Wire-магистралью. Печатная
плата сопрягается с магистралью посредством двух
приёмных
симметричных
параллельно
включённых
разъёмов-гнёзд,
обозначаемых как «1W» (X1S, X2S). Доступ к печатной плате возможен, только
после того, как аккуратно разъединены, удерживаемые особыми пластиковыми
защёлками, половинки корпуса стандартного соединителя, являющегося основой
конструкции приспособления ML18A+.
Устройство ML18A+ обеспечивает электрическую защиту микросхемы, входящей
в состав сопровождаемого термометра из семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11# от
импульсных помех и сигналов высокого уровня в 1-Wire-магистрали, а также
выполняет качественное преобразование подводимого внешнего питания до
уровня рабочего напряжения: для всех элементов собственной схемы и питания
микросхемы входящего в состав ведомого термометра A#.
Для удобства работы пользователя каждое из устройств ML18A+ имеет
специальную наклейку на корпусе, однозначно определяющую его тип в ряду
других элементов семейства ML-OEM.
Назначение и принципы построения
Устройство
ML18A+
является
универсальным
приспособлением,
предназначенным
для
сетевого
обрамления и удобного сопряжения с 1-Wire-магистралью
цифровых термометров семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#
при организации 1-Wire-сетей в льготных условиях
эксплуатации, определяемых группой УХЛ 4.1 по
ГОСТ 15150 (при низком содержании пыли и влаги (защита
полностью отсутствует)). Последнее относится только к самим устройствам
ML18A+, кабелю основного ствола 1-Wire-магистрали и мастеру сети, а
непосредственно сама рабочая часть каждого из термометров семейств AK#,
AM#, AL#, ARJ11#, содержащая компонент, оснащённый 1-Wire-интерфейсом, –
датчик температуры, может находиться непосредственно в зоне максимального
воздействия внешней среды. Приспособления ML18A+ имеют в составе своей
конструкции специальный телефонный разъём-гнездо, служащий для
подключения одного термометра A# семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#. Такие
устройства после подсоединения к ним термометров AK#, AM#, AL#, ARJ11#
относятся к классу устройств семейства ML-OEM от НТЛ “ЭлИн” (см.
http://www.elin.ru/1-Wire/Support/?topic=resourcesML) и могут работать под
управлением специализированного мастера (ведущего) 1-Wire-сети. Типы
1-Wire-термометров, на установку которых рассчитано устройство ML18A+
показывает ниже следующая Таблица.
Обозначение термометра A#
Тип установленного компонента
AKS, AMS, ALS, ARJ11S
DS18S20
> 9 разрядов
±0,5°С
AKB, AMB, ALB, ARJ11B
DS18B20
9-12разрядов
±0,5°С
Разрешение
Погрешность
Устройства, построенные на базе элемента ML18A+, сохраняют все
электрические характеристики и функциональные особенности подключённых к
ним термометров A# семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#, включая возможность
использования: паразитного питания, питания путём передачи импульсов
энергии по шине данных, а также программирования пределов (уставок) во
встроенной энергонезависимой памяти EEPROM 1-Wire-термометров.
Конструкция
Основой конструкции устройства ML18A+ является доработанный
стандартный соединитель 1/2 (ОДНО гнездо RJ11 (6p4c) → ДВА
гнезда RJ11 (6p4c)). Такое устройство содержит три равноценных
разъёма-гнезда коммутационной системы RJ11 (6p4c). Структура и
функциональное назначение каждого из выводов во всех трёх
приёмных разъёмах-гнёздах портов устройства ML18A+ идентичны
(см. принципиальную схему). Т.е. структура разъёма-гнезда «A#»
(X3S) полностью аналогична структуре стандартных разъёмовгнёзд «1W» (X1S, X2S) для 1-Wire-магистрали, используемых при
Технические характеристики*
Нормируемый параметр
Минимум Норма Максимум
Напряжение питания на шине +5 В разъёма «A#» относительно шины RETURN
4,5 В
5,0 В
5,5 В
Напряжение питания на шине EXT_POWER разъёмов «1W» относительно шины
6,2 В
12 В
15 В
RETURN
Ток собственного потребления по шине EXT_POWER разъёмов «1W» при
1 мА
2мА
подключённом к разъёму «A#» обслуживаемом термометре A#
Высокий уровень сигнала на шине DATA относительно шины RETURN
2,8 В
5,0 В
5,5 В
Низкий уровень сигнала на шине DATA относительно шины RETURN
-0,4 В
+0,2 В
+0,8 В
Допустимый рабочий диапазон температур окружающей среды
-40°С
+85°С
Степень защиты от пыли и влаги в соответствии со стандартом МЭК 70-1
IP30
Относительная влажность
не более 60% при +35°С
Габариты
26Х20Х33 мм
* - определяемые конструкцией самого устройства ML18A+, без учёта особенностей подключенного к нему
«А#»
«1W»
«1W»
термометра семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#.
1 из 7
}{ Приспособление сетевого обрамления термометра ML18A+
Сопряжение с 1-Wire-магистралью
Для соединения приспособлений ML18A+ с другими устройствами семейства
ML-OEM удобны различные виды стандартных телефонных переходников,
размножителей и разветвителей (http://www.elin.ru/files/pdf/1-Wire/ml123.pdf)
коммутационных систем RJ11 или RJ12 (http://www.elin.ru/files/pdf/1-Wire/RJ11.pdf)
в сочетании с патч-кабелями (патч-корд - кусок кабеля произвольного типа
длиной не более 0,5 м, оформленный с обеих сторон джеками RJ11).
Применение подобных подходов к организации 1-Wire-магистрали обеспечивает
полную свободу соединений при построении 1-Wire-сетей с использованием
приспособлений ML18А+.
Устройства, построенные на базе приспособлений
ML18A+, предназначены для использования в шинной
структуре 1-Wire-магистрали, состоящей из четырёх
проводников (шин) и реализованной на базе любых
реально доступных информационных кабелей (например,
плоский телефонный кабель). Один из проводов такой
магистрали служит для передачи данных (шина DATA),
второй в качестве возвратного проводника или земли
(шина RETURN). Третий проводник необходим для подвода энергии к
компонентам, оснащённым 1-Wire-интерфейсом (шина EXT_POWER), а
четвёртый - зарезервирован для применений пользователя.
Поскольку при сопряжении термометров семейств
AK#, AM#, AL#, ARJ11# с 1-Wire-магистралью
посредством устройства ML18A+ телефонный кабель
термометра является по существу патч-кабелем
отвода от основного ствола 1-Wire-магистрали,
который по возможности должен иметь минимальную
протяжённость, его длину при необходимости можно
сократить до необходимых размеров, благодаря
обрезанию. При этом на обрезанном конце кабеля необходимо восстановить
стандартную телефонную вилку (джек) типа RJ11 (6p4c), для обеспечения
последующего сопряжения укороченного термометра (AK#, AM#, AL#) с
разъёмом-гнездом устройства ML18A+. При этом следует применять
специальный
инструмент,
обеспечивающий
качественную
заделку
информационных кабелей.
Подключение устройств ML18A+ к 1-Wire-магистрали обеспечивается через
параллельно соединённые приёмные разъёмы-гнёзда «1W» коммутационной
системы RJ11 (6p4c), размещённые на их корпусе, с использованием
монтируемой на кабеле стандартной телефонной вилки (джека) типа RJ11 (6p4c).
При этом следует применять специальный инструмент, обеспечивающий
качественную заделку информационных кабелей.
Вилка RJ11
123456
EXT_POWER
DATA
RETURN
Структура телефонного
кабеля
1-Wire-магистрали
Структура вилки-джека подключения 1-Wireмагистрали (контакты):
2 – EXT_POWER – Внешнее питание
3 – DATA – Шина данных
4 – RETURN – Возвратный провод (Земля)
5 – NC – Резерв
Структура кабеля 1-Wire-магистрали
(провода):
EXT_POWER – Питание – Черный цвет провода
DATA – Шина данных – Красный цвет провода
RETURN – Земля– Зеленый цвет провода
NC – Резерв – Желтый цвет провода
Применение подобных подходов к организации 1-Wire-магистрали обеспечивает
полную свободу соединений при построении 1-Wire-сетей контроля температуры
с использованием устройств семейства ML18A+.
Пластиковые
защелки джеков
Снабжение энергией цепей защиты устройств ML18A+ и ведомых ими
термометров семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11# производится по отдельному
проводу EXT_POWER, выделенному в общей структуре 1-Wire-магистрали и
запитанному относительно потенциала возвратного провода RETURN от
стандартного сетевого трансформаторного блока питания. Для того чтобы
обеспечить надёжную передачу энергии в сетях с протяжённой магистралью,
уровень внешнего напряжения питания, поступающего к каждому ведомому
устройству
1-Wire-сети,
выбирается
существенно
бОльшим
уровня,
необходимого для питания любых входящих в состав этих устройств электронных
компонентов. Рекомендуется применение поставляемых НТЛ “ЭлИн”, специально
подготовленных для этих целей, стабилизированных блоков питания типа
ML00С-12-350.
Как правило, сопряжение устройств ML18A+ с другими
ведомыми абонентами класса ML-OEM выполняется с
помощью пачкорда, изготовленного из фрагмента плоского
Порядок
четырёхжильного телефонного провода, оформленного с следования цветов
изоляции
обоих концов параллельно монтируемыми стандартными проводов в кабеле
пачкорда
телефонными вилками (джеками) типа RJ11 (6p4c). Для
изготовления пачкорда необходимо с помощью кримпера
корректно оформить каждый из концов короткого фрагмента телефонного кабеля
джеками RJ11 (подробнее см. документ http://www.elin.ru/files/pdf/1-Wire/RJ11.pdf).
Эту операцию следует выполнить так, чтобы при взгляде сверху на уже
смонтированный прозрачный джек (со стороны защёлки фиксации джека в
разъёме-гнезде), порядок следования проводников в кабеле сохранялся (слева
направо цвета изоляции: жёлтый, зелёный, красный, чёрный).
Внимание! При заделке джеков цветовая гамма
телефонного кабеля должна быть симметрична.
изоляции
Приспособления ML18A+ функционируют только при наличии напряжения
питания на шине EXT_POWER относительно шины RETURN, штатный уровень
которого нормирован в разделе «Технические характеристики» (см. выше).
проводов
2 из 7
}{ Приспособление сетевого обрамления термометра ML18A+
Обслуживание
На базе устройств, реализованных с помощью приспособлений ML18A+,
оснащённых термометрами семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#, возможно
построение самых разнообразных 1-Wire-систем автоматизации. При этом в
качестве ведущих подобных 1-Wire-сетей могут использоваться не только
персональные
компьютеры,
но
и
недорогие
специализированные
микроконтроллерные блоки или открытые встроенные решения (например,
технология TINI (http://www.elin.ru/TINI/?topic=whatis)). Такой подход значительно
снижает общие затраты на изготовление 1-Wire-систем в целом, существенно
увеличивая их общую функциональность, в том числе благодаря использованию
для передачи данных Интернета и сетей сотовой связи.
При организации работы с устройствами ML18A+, включенными совместно с
одним из термометров семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#, которые при этом
являются с точки зрения обслуживания, по сути, устройствами ML20# или
ML20#+ соответствующего типа, может быть использован любой ведущий
(мастер) 1-Wire-сети, выполненный в соответствии с положениями, изложенными
в основополагающем документе «iButton and MicroLAN Standards» или
русскоязычной статье «MicroLAN. Новая концепция построения 1-проводной
сети» (доступ к этим документам возможен с сайта НТЛ “ЭлИн” по адресу
http://www.elin.ru/1-Wire/?topic=info). К таким устройствам, прежде всего,
относятся адаптеры 1-Wire-сети для различных периферийных портов
персональных компьютеров. Например, адаптеры типа ML97U, ML97L, ML97G
для COM-порта, или ML94R, ML94F, ML94L для USB-порта, изготовляемые
НТЛ “ЭлИн”. Функционирование этих адаптеров и их взаимодействие с
устройствами ML18A+, оснащёнными термометрами семейств AK#, AM#, AL#,
ARJ11#, поддерживается свободно доступными отладочными программными
средствами, включая:
Доступ ко всем свободно доступным программным продуктам и примерам
обслуживания 1-Wire-компонентов от Maxim Integrated для различных
операционных сред, программных платформ и микроконтроллерных семейств
можно получить в Интернете со специальной страницы поддержки технологии
iButton по адресу http://www.maximintegrated.com/products/ibutton/example/.
С использованием перечисленных выше ведущих 1-Wire-интерфейса и устройств
ML18A+, работающих в паре с термометрами AK#, AM#, AL#, ARJ11#, а также
разнообразных способов и приёмов организации 1-Wire-систем (см.
http://www.elin.ru/1-Wire/?topic=systemOEM), достаточно легко организовать
распределённую 1-Wire-систему многоточечного мониторинга температуры в
контрольных точках, требующих при эксплуатации защиты от агрессивных
воздействий окружающей среды.
• либо программную оболочку iButton Viewer от Dallas Semiconductor Corp.
(см. http://www.elin.ru/1-Wire/?topic=soft),
• либо профессиональный пакет OneWireViewer от Maxim Integrated
(см. http://www.maximintegrated.com/products/ibutton/software/1wire/OneWireViewer.cfm),
• либо оригинальный отладочный пакет MLex поддержки устройств ML-OEM от
НТЛ “ЭлИн” (см. http://www.elin.ru/1-Wire/Support/?topic=MLex).
• оригинальный пакет ML_Temp поддержки 1-Wire-термометров семейства
ML-OEM от НТЛ “ЭлИн” (см. http://www.elin.ru/1-Wire/Support/?topic=ML_Temp).
Для удобства работы пользователя каждый из термометров семейств AK#, AM#,
AL#, ARJ11# поставляется в отдельном пластиковом пакете с Zip-застёжкой,
который помимо непосредственно самого термометра содержит специальную
этикетку, выполненную на клеящейся бумаге, и однозначно определяющую
полный идентификационный номер 1-Wire-компонента, входящего в состав
конструкции цифрового термометра, а, следовательно, и его тип (в соответствии
с групповым кодом (см. Таблицу ниже)). После подключения термометра
семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11# к приёмному разъёму-гнезду X23S устройства
ML18A+, эту этикетку удобно приклеить на поверхность крышки образованного
таким образом ML-OEM-элемента, что однозначно будет определять
идентификационный номер ведомого 1-Wire-термометра
Однако эти программы не всегда могут удовлетворить потребности пользователей,
связанные с особенностями конкретных задач по сопровождению устройств,
построенных на базе приспособлений ML18
Однако эти программы не всегда могут удовлетворить потребности
пользователей, связанные с особенностями конкретных задач по сопровождению
устройств ML18A+, оснащённых термометрами семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#.
Чтобы реализовать все необходимые пользователю функции, следует
самостоятельно разработать собственное программное обеспечение. Для
создания своей программы удобно использовать свободно доступный пакет 1Wire
SDK
for
Windows,
от
Maxim
Integrated
(см.
http://www.maximintegrated.com/products/ibutton/software/windowsdk/index.cfm), который является набором программных приложений поддержки 1-Wire-устройств и
уже включает функции обслуживания 1-Wire-компонентов, для размещения
которых предназначены устройства ML18. Вызов этих приложений может быть
выполнен через стандартный API-интерфейс непосредственно из программы
пользователя, написанной на любом современном языке программирования.
Основные особенности различий при программном обслуживании устройств
ML18A+, укомплектованных термометрами семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#,
приведены в ниже следующей Таблице.
Обозначение
Тип установленного
термометра A#,
1-Wire- компонента
подключенного к ML18A+
3 из 7
Эквивалентное по
обслуживанию
OEM-ML устройство
Групповой
код
Совместимость
при
программном
обслуживании
AKS, AMS, ALS, ARJ11S
DS18S20
ML20S
10Н
-
AKB, AMB, ALB, ARJ11B
DS18B20
ML20B
28Н
DS1822
}{ Приспособление сетевого обрамления термометра ML18A+
Особенности эксплуатации
Крепление устройств ML18A+ легко осуществляется на любую плоскую
вертикальную или горизонтальную поверхность с помощью двухстороннего
скотча, застёжки типа «репейник» или даже клея.
Однако непосредственно сам плоский четырёхжильный
телефонный кабель 1-Wire-магистрали, соединяющий
отдельные абоненты 1-Wire-сети составленной из
приспособлений ML18A+,
также уже является
достаточно надёжным удерживающим элементом для
относительно
незначительного
по
весу
этого
приспособления. Поэтому крепление приспособлений
ML18A+ также удобно выполнять благодаря жёсткой
фиксации
участка
кабеля
1-Wire-магистрали
непосредственно примыкающего к одному из разъёмовгнёзд«1W» (X1S, X2S). Для реализации такого
крепления удобны конструкции состоящие:
• только из пластиковой стяжки (например, при
креплении на трубе или на столбе),
• из пластиковой стяжки и самоклеющейся площадки
для фиксации стяжки на плоской поверхности, или
площадки для крепления стяжек с отверстием под
метиз,
• специальные пластиковые держатели кабеля
самоклеющиеся или с отверстием под крепящий
метиз,
• различные типы пластиковых хомутов, которые
предназначены для прокладки телефонного кабеля
(или по-другому пластиковые скобы), крепящиеся к
несущей поверхности метизами соответствующего
типа (гвоздь, шуруп, саморез).
В случае неаккуратного монтажа 1-Wire-магистрали, приведшего к временному
замыканию шины EXT_POWER на шину DATA, следует проверить
работоспособность устройства и при необходимости заменить вышедшие из
строя компоненты VS1 или VD1 (см. принципиальную схему).
Более подробную информацию об организации 1-Wire-сетей на базе средств
ML-OEM, в том числе приспособлений ML18A+ для сетевого обрамления
термометров семейств AK#, AM#, AL#, ARJ11#, а также других ведущих и
ведомых устройств семейства ML-OEM, изготовленных НТЛ “ЭлИн”, можно
получить в Интернете на сайте www.elin.ru в разделе “Технология 1-Wire-сетей”.
Прямой адрес этого раздела в Интернете: http://www.elin.ru/1-Wire/. Все Ваши
вопросы, связанные с особенностями использования конструкций, построенных
на базе приспособлений ML18A+, а также Ваши пожелания и предложения,
просьба отправлять на E-mail: [email protected] или обсуждать их по телефонам:
(909)694-95-87, (916)389-18-61, (985)043-82-51
}{ Научно-техническая Лаборатория “Электронные Инструменты”
(НТЛ “ЭлИн”), декабрь 2012 года
4 из 7
}{ Приспособление сетевого обрамления термометра ML18A+
(EXIT_POWER)
(EXIT_POWER)
СТРУКТУРА ФИШЕК ПОДКЛЮЧЕНИЯ X1S и X2S:
(EXIT_POWER)
СТРУКТУРА 1-WIRE-МАГИСТРАЛИ:
(EXIT_POWER)
Принципиальная схема приспособления ML18A+ для построения элемента ML-OEM на базе термометра A#
5 из 7
}{ Приспособление сетевого обрамления термометра ML18A+
Схема размещения компонентов на плате 3rd, используемой для построения приспособления ML18A+
6 из 7
}{ Приспособление сетевого обрамления термометра ML18A+
Конструктивная компоновка элементов приспособления ML18A+
7 из 7
}{ Приспособление сетевого обрамления термометра ML18A+