新型低成本智能网络MicroLAN及其应用.doc

新型低成本智能网络MicroLAN及其应用摘要：简述了新型的智能网络MicroLAN的基本工作原理，结合应用实例介绍了MicroLAN网络的关键器件耦合器，最后讨论了MicroLAN的一线制器件及其应用。关键词：MicroLAN；耦合器；一线制器件；温度测量MicroLAN是一种支持一线制通信协议的低成本、主从模式（Master/Slave）的新型网络。它主要由微处理机、一线制元器件、网络辅助器件以及双绞线介质组成，其中微处理机处于Master地位，具有总线控制、网络管理等功能；一线制元器件处于Slave地位，充当MicroLAN的网络节点；网络辅助器件如信号转换器，介于微处理机和网络节点之间，实现串并口信号与一线制信号的转换；双绞线作为网络物理连接的通信介质，使微处理机与一线制器件能够实现双向数字通信。两根双绞线分别作为数据线和地线，网络节点直接挂接其上，图1示意了MicroLAN的一般组成结构。MicroLAN上的每个节点所使用的一线制器件都具有唯一的标识码（如图2所示）共有8个字节，Master根据该标识码来识别网络的不同节点。其中，第1个字节为标识器件类型的系列号F其后6个字节为Master寻址用的ID号，最后1个字节为CRC校验码。1、工作原理MicroLAN的Master与Slave之间遵循一线制通信协议，严格按照特定的时序要求（如测试连接与应答、从一线制器件读取数据和向一线制器件写入数据等）逐位交换数据。按照一线制通信协议的约定，其信号使用CMOS/TTL逻辑电平，不大于0.8V表示逻辑“0”，不小于2.2V表示逻辑“1”；以半双工位同步方式工作；无需电源供电，数据通信的能量由Slave使用二极管和电容（即图3中的Di和Cload）从数据线“窃取”，而信号同步则由内部定时逻辑来解决。MicroLAN中Master的功能可由一般的微处理机实现。当微处理机搜索目标节点时，若其UART的数据传输率为f，则Master搜索到目标节点的时间t为1/f。由于搜索过程包括测试与应答两部分，若忽略Slave的响应时间，那么Master到MicroLAN上最远节点的信号传输时间不能超过0.5t，由图3的等效电路图可以看出MicroLAN的信号传输时间主要受电缆电容Ccable的影响。若总线的上拉电阻Rpullup选择1.5K，数据传输率f设定为115.2Kbps，则Ccable不得超过12nF，而一线制通讯协议推荐使用的5类非屏蔽双绞线，其单位容抗为50pF/m，所以MicroLAN的线缆长度不得超过480m。随着MicroLAN上节点的增多，负载电容相应增加，这时若上拉电阻与总的负载电容（包括电缆引入的电容、节点引入的电容等）的乘积RC:超过一定数值时，通讯将无法正常进行。由图3可看出MicroLAN上所接节点的数目由Rpullup和Vs决定。根据一线制通信协议的要求，总线工作电压不得低于2.8V，节点最大工作电流为15uA。MicroLAN所接节点的最大数目M可由下式得出：M=(Vs-2.8)/(Rpullup x 15 x 10-3)若Vs等于5V，Rpullup等于1.5K，则最多可挂接98个节点。当然，上述公式得到的是最差情况下的理论最大值，结论成立的前提为每个节点同时具有15uA的最大工作电流，工作温度在-40C 80C范围内大幅度地变化。实际上，节点只有在系统复位及检测节点时才具有15uA的工作电流，并且一般情况在常温下工作，温度变化范围较小。据有关文献报道，若500个节点挂在同一MicroLAN网段上，可以与Master正常通信。2、MicroLAN耦合器当MicroLAN负载很重或电缆线拉得很长时(，MicroLAN耦合器DS2409可以将整个网络分段，使得不同网段的节点能互不干扰地与Master进行通讯。DS2409共有6个管脚(分别为接地端、数据输入端、数据输出端、辅助数据输出端、控制输出端以及电源端。DS2409本身不含有用户可编程的存储空间，通过在其辅助数据端接入EEPROM可获得扩展的存储空间。图4为应用DS2409将MicroLAN分段构成一大型考勤系统的示意图。图4中的DS1990 iButton（智能纽扣）是一种特殊的一线制器件，内部提供有各考勤人员的标识，采用纽扣状不锈钢外壳封装，类似于钥匙，可随身携带。DS2409的辅助数据端接入DS2430 EEPROM，用于放置iButton的标识信息。系统运行时，微处理机上的程序不断扫描主干网络上DS2430中的信息。若考勤人员的iButton与位于分支网络上的读写器接触，该iButton的标识信息便写到Ds2430中，系统获得该信息后加上时间标签存入信息数据库，从而构成电子考勤系统。3、 一线制器件及其应用3.1 一线制器件简介作为一种新型网络，MicroLAN功能的发挥离不开一线制器件的发展与应用。目前市面上的一线制器件，按其封装形式可分为iButton信息纽扣、一线制芯片以及一线制设备3种类型。（1） iButton型器件采用纽扣状封装形式，具有抗撞击、防水渍、耐腐蚀、抗磁扰、防折叠等显著特点。目前主要有DS1990标识型iButton、DS1920温度型iButton、DS1995带16Kb RAM的iButton、DS1971带256b EEPROM的iButton等。该类器件信息存储安全可靠，并且携带方便，可以用于电子考勤、水电预付费、身份识别等场合。（2） 一线制芯片为裸露的半导体形式封装。目前主要有温度传感器DS18B20、可寻址双开关量输出带1Kb RAM的芯片DS2407、带1Kb/4Kb RAM的计数器芯片DS2422/DS2423、内置有256b EEPROM的芯片DS2430等。该类芯片主要用于制作一线制设备或作传感器使用。（3） 一线制设备主要是DS2430所需的具有特定功能的辅助器件或装置，如实现一线制信号与UART（RS232C）串口信号转换的DS2480、DS9097串口适配器、实现一线制信号与计算机并口信号转换的DS1410E并口适配器等。随着越来越多的一线制器件的面市，MicroLAN有望在工业测控领域内得到应用。目前一些公司推出了测量温度、湿度的传感器件。相信测量压力、流量等参数的器件不久也有望推出。使用某些一线制芯片对传统的传感器加以改造，使之支持一线制协议，成为一线制传感器，如高温传感探头，风速、风向、湿度传感器等。从而能有效扩展MicroLAN的应用范围。某些硬件厂商通过对现有产品进行改造也推出了一些工业用一线制器件，如用于MicroLAN的LED数码显示管、A/D转换模块、实现一线制信号与RS232C信号转换的板卡等。3.2 温度检测网络示例图5所示是一线制网络的分布式温度检测系统，具体由DS9097串口适配器、DS9092触头以及DS1920智能温度传感元件与CPU等组成。对分布在MicroLAN网络上的智能温度传感元件进行数据采集和通信的软件，采用VB6开发，通过调用TMEX-API函数，就可实现上述功能，下列给出的程序段，通过对网络上智能温度传感元件的逐一扫描，依次读取其测得的温度值，若与监控软件结合，可构成分布式温度检测和监控系统。在下列程序中，首先建立会话，以检查PC机是否与一线制网络正确连接，若正确连接，则对系统进行初始化，然后搜索网络上是否存在DS1920，如果存在，则读取该DS1920的ID号和测得的温度值，接着搜索下一个Ds1920，只要网络上存在未被访问的DS192