基于LPC2214和μC/OS－Ⅱ的iButton接口

電力設(shè)備點檢管理是利用檢測設(shè)備和儀器，按照預(yù)先制訂的技術(shù)標準，定人、定點、定路線、定周期、定方法、定檢查記錄，施行全過程對運行設(shè)備進行動態(tài)檢查。點檢人員按要求將手持的個人點檢機與安置在設(shè)備現(xiàn)場的id鈕扣相接觸后，該位置相應(yīng)的若干作業(yè)指令應(yīng)逐條顯示在個人點檢服務(wù)器上，知道各相關(guān)崗位人員完成點檢工作；同時，采集的設(shè)備現(xiàn)場信息以數(shù)據(jù)形式被記錄在點檢器的存儲器中，方便地上傳給計算機管理系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析。dallas公司生產(chǎn)的ibutton系列產(chǎn)品為工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用和信息識別技術(shù)研究創(chuàng)造了條件。

ibutton（信息鈕扣）的物理結(jié)構(gòu)是一個封裝在扁圓型不銹鋼外殼里的直徑為16mm、厚度為3－6mm的微型計算機晶片，是一種攜帶自動識別號的電子數(shù)據(jù)標簽。先進的設(shè)計理念及封裝形式賦予了ibutton朝強的抗沖擊、防靜電、防腐蝕、防水、防摩擦等性能，具有ic卡、此卡等信息載體無法比擬的優(yōu)勢；極大地滿足系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性方面的要求，可確保十年以上的應(yīng)用壽命。在以lpc2214設(shè)計的點檢機中，ibutton得到了充分的應(yīng)用。下面以ds1990a為例，對其與lpc2214之間一線串行通信方式進行研究。

1 ds1990a的性能特點

堅固耐用的ibutton具有優(yōu)秀的環(huán)境適應(yīng)能力，可防塵、防潮和防震。這種緊湊的鈕扣外形使其自動對準相應(yīng)的探測器，易于人工操作使用。各種附件使ds1990a在巡檢、物流等現(xiàn)代化管理系統(tǒng)中具有不可替代的作用。其主要性能指標如下：

工廠刻入的64位rom包括48位唯一序列碼、8位crc校驗碼和8位家族碼（01h）。

通過單線與主機進行數(shù)據(jù)通信，傳輸速率可達16.3kbps。

標準16mm直徑和1－wire協(xié)議保證了與其他ibutton產(chǎn)品的兼容性。

讀取時間可在5ms以內(nèi)。

溫度范圍－40～＋85℃。

2 ds1990a與lpc2214硬件接口設(shè)計

1－wire是在一條總線上連接1個主控器和多個從機設(shè)備的系統(tǒng)。在任何情況下，ds1990a都是從機設(shè)備，而總線控制器常由微控制器充任。1－wire總線定義了1根信號線，所以讓總線上每個設(shè)備都在適當?shù)臅r刻運行。ds1990a為漏級開路輸出，總線主控制器可以采用與其一致的等效電路，在主控制器端需加1個上拉電阻，在短距離傳輸情況下上拉電阻約為5kω。1個多點系統(tǒng)由1個1－wire總線和連接在上面的多個從機設(shè)備組成。

1－wier單總線的閑置狀態(tài)為高電平。不管是何種原因，當傳輸操作過程需要暫停下來，且要求傳送過程還能繼續(xù)時，總線必須處于閑置狀態(tài)；如果情況不是這樣或者總線保持低電平超過120μs，那總線上的所有器件將要復(fù)位。

ds1990a與lpc2214的接口電路如圖1所示。由于lpc2214 p0口都已被點檢機其他部分占用，p1口均有上拉電阻，并非開漏輸出，因此需有2個i/o口接ibutton。lpc2214的p1.22口接tx，用作輸出；p1.16口接rx，用作輸入。

3 軟件設(shè)計

ds1990a內(nèi)建rom僅由單根數(shù)據(jù)線訪問。依據(jù)dallas的1－wire協(xié)議，可以從中提取48位序列碼，8位家族碼和8位crc校驗碼。1－wire通信協(xié)議規(guī)定，總線的收發(fā)按照特殊時隙下的總線狀態(tài)進行，由主機發(fā)出的同步脈沖下降沿初始化；所有數(shù)據(jù)讀寫都按照低位在前的原則。

ds1990a在1－wire總線上的數(shù)據(jù)訪問命令流程依次為：初始化、rom功能命令、讀取數(shù)據(jù)。

3.1 初始化及應(yīng)答

1－wire總線上所有的傳輸操作均由初始化序列開始。初始化系列由主機發(fā)出的復(fù)位脈沖（reset pulse）和從機出發(fā)的在線應(yīng)答脈沖（presence pulse）組成。一個復(fù)位脈沖緊跟一個在線應(yīng)答脈沖表明ds1990a就緒，可執(zhí)行恰當?shù)膔om命令進行數(shù)據(jù)收發(fā)。

復(fù)位和在線應(yīng)答脈沖時序如圖2（a）所示，主機發(fā)送（tx）一個復(fù)位脈沖（一個至少480μs的低電平）,然后釋放信號線進入接收模塊（rx）。此時，1－wire總線被5kω上拉電阻拉至高電平，當檢測到數(shù)據(jù)線上信號的上升沿后，ds1990a等待（tpdl,15－60μs）,然后發(fā)送在線應(yīng)答脈沖（tpdl,15－60μs）。

3.2 讀寫操作

一旦主機檢測到應(yīng)答脈沖，就可以發(fā)出rom功能命令。所有rom操作命令的長度為8位。read rom的命令為[33h]或[0fh]，此命令允許總線主控器讀取ds1990a的8位家族碼、唯一的48位序列碼和8位crc校驗碼。此命令僅當總線上只有一個ds1990a設(shè)備時可以使用。若總線上的從機設(shè)備超過一個。當各設(shè)備同時發(fā)送時將會引發(fā)數(shù)據(jù)沖突。search rom的命令為[f0h]，此命令允許總線主控器采用排除法來確認總線上所有設(shè)備的64位rom碼。

讀寫時隙的定義如圖2（b）、（c）所示，主機將數(shù)據(jù)線置低初始化所有時隙，在數(shù)據(jù)線的下降沿，通過觸發(fā)ds1990a中的延時電路使得ds1990a與主機同步；在寫時隙期間，延時電路決定何時ds1990a對數(shù)據(jù)線進行采樣。至于讀數(shù)據(jù)的時隙，如果傳輸?shù)氖恰?”，延時電路將繼續(xù)被置低近15μs，然后被置高；如果數(shù)據(jù)位是“1”，則ibutton保持讀數(shù)據(jù)的時隙不變。

3.3 關(guān)鍵代碼及實現(xiàn)

主機和ibutton的通信是通過初始化、寫數(shù)據(jù)時序、讀數(shù)據(jù)時序完成的，命令和數(shù)據(jù)的各個字節(jié)均由最低有效位開始逐位傳送。在程序中，先初始化lpc2214的time1定時器，將其定時時間設(shè)定為10μs，delay子程序的作用是使其延遲time倍的10μs。reset、writebyte、readbyte分別是初始化、讀、寫1字節(jié)的子程序。在指針型函數(shù)×getbuttonid中，將ibutton的64位序列碼保存在buttonid數(shù)組中,最后返回指向這個數(shù)組的指針。（程序見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn——編者注）

結(jié)語

為避免設(shè)備的維修不足或檢修過剩，當前電力設(shè)備管理正由定期檢修和計劃檢修管理體制，修預(yù)知性設(shè)備狀態(tài)檢修體制轉(zhuǎn)變，其根本目標是提高設(shè)備可靠性、經(jīng)濟性、降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)備的利用率。dallas公司推出的智能信息載體ibutton與其他類型的智能卡相比，能更好地解決電力現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，油污、灰塵、振動、電磁等不利因素對它的干擾問題。本文提供的ds1990a與lpc2214在嵌入式實時操作系統(tǒng)μc/os－ⅱ中的接口的軟硬件設(shè)計，已在智能點檢機中推廣應(yīng)用。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，ibutton信息識別技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用會越來越廣泛，其經(jīng)濟作用會越來越大。