Современная электроника №7/2019

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 68 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2019 Адаптер 1-wire с использованием двух портов RS-485 и гальванической развязкой Рис. 1. Принципиальная схема 1-wire адаптера В статье приведено описание 1-wire адаптера с гальванической развязкой на оптических элементах с использованием стандартных сигналов протокола RS-485. Схема адаптера выполнена без использования специальных микросхем преобразователей интерфейса 1-wire. Вторым важным и отличительным достоинством устройства является наличие гальванической развязки, что существенно расширяет сферу применения устройства в системах «умный дом» и в интеллектуальных информационных приложениях. Андрей Шабронов (shabronov@ngs.ru ) В ВЕДЕНИЕ Протокол 1-wire широко использу- ется в современных системах сбора данных и управления производством. К недостаткам подобных решений сле- дует отнести необходимость примене- ния специализированной микросхемы преобразователя команд для протокола 1-wire и отсутствие гальванической раз- вязки [1]. Предлагаемый адаптер позво- ляет устранить данные недостатки и тем самым расширить сферу приме- нения изделий, работающих с прото- колом 1-wire. Отличительным признаком прото- кола 1-wire является простой набор команд физического уровня подклю- чения, который состоит из двух сигна- лов «0» и «1» с разной длительностью и отдельного сигнала сброса шины. Это позволяет достаточно просто перене- сти все команды в сигналы стандарта RS-485 [2]. В данной работе представлена схе- ма адаптера для обмена данными меж- ду компьютером и устройством 1-wire с использованием команд интерфей- са RS-485. Приведено описание прин- ципа перехода от обмена данными с использованием одного порта на использование двух портов. Для тести- рования устройства прилагается про- грамма [3], которую можно скачать на сайте www.soel.ru . П РИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА 1- WIRE АДАПТЕРА Для согласования одновременной передачи и приёма данных по про- токолу 1-wire используются два кана- ла RS-485. Один из них работает на передачу, а второй – на приём. По сути это является «усиленным» вари- антом протокола RS-232 и аналогом протокола RS-422. Схема адаптера, представленная на рисунке 1, выпол- нена в редакторе DipTrace 2.4.0.2 и доступна для скачивания по ссылке [3]. Рассмотрим основные узлы адап- тера. Оптическая пара V01 служит для передачи данных в шину 1-wire. Для согласования сигналов со стороны выхода RS-485-2-out включена рас- пространённая микросхема U2 (sr485), представляющая собой преобразова- тель уровня сигналов RS-485 и управля- емый переключатель передачи данных. Микросхема работает без переключе- ния режимов направления передачи данных. Оптическая пара V02 служит для при- ёма данных от шины 1-wire. Cо сторо- ны входа RS-485-in включена такая же согласующая микросхема U1. Микро- схема работает без переключения режимов передачи данных. Выход RO используется для индикации приё- ма данных. Приём данных и наличие питания индицируется светодиодом D1. Допускается использовать только высокоскоростные оптические пары с задержкой на переключение не более 1–2 мкс. Приём информации из шины 1-wire выполняет операционный усилитель U3, работающий в режиме компарато- ра и настроенный на среднее значение напряжения питания 2,5 В. Операцион- ный усилитель обеспечивает помехо- защищённость и согласование с при- нимающей оптопарой V02. Определение значения «0» или «1» импульсного сигнала по «среднему уровню» амплитуды сигнала позво- ляет получить максимально возмож- ную длину подключения. К шине 1-wire и интерфейсу RS-485 подключе- ны источники питания. Все микросхе- мы адаптера должны иметь фильтрую- щие конденсаторы ёмкостью не менее 100 нФ. Схема не критична к исполь- зуемой элементной базе, допускается замена элементов на любые зарубеж- ные или отечественные аналоги. В дан- ной работе использованы распростра- нённые преобразователи USB-RS-485, которые через данный адаптер рабо- тают с шиной 1-wire [4]. Питание +5 В доступно непосредственно от интер- фейса USB. XP1 U пит 1 XP5 U пит 2 XP4 1-wire D1 АЛ1036 VO2 6N136N U3 140УД1208(А776) VO1 6N136N R1 430 300 sr485 V cc RO A B U1 DE DI GND RE 2 8 1 1 2 3 4 1 2 3 4 6 6 6 – + 8 5 2 2 3 3 1 1 2 1 6 2 2 3 3 8 8 7 7 4 7 5 5 7 5 8 6 7 5 +5 В 0 В A 0 В B 1 2 3 XP2 RS-485-1-in XP3 RS-485-2-out 1 2 +5 В 0 В 1 2 +5 В 1-wire 0 В 1 2 3 1 2 1 2 3 A 0 В B 1 2 3 1 2 3 sr485 V cc RO A B U2 DE DI GND RE R2 R6 100k R8 4k3 R7 100k R3 R5 12к R4 240 2k C1 C3 C2 100n 100n 100n