用一線總一器件實(shí)現(xiàn)移動數(shù)據(jù)收集

摘要：一線總線是DALLSA公司推出的總線標(biāo)準(zhǔn)。文中介紹了用一線總線信息紐扣器件iBUTTON設(shè)計手持式移動數(shù)據(jù)收集器的設(shè)計方法，給出了該設(shè)計的硬件構(gòu)成和軟件框圖，最后給出了將該數(shù)據(jù)收集用于小區(qū)保安巡查系統(tǒng)的具體例子。

關(guān)鍵詞：iBUTTON 信息紐扣 低功耗 一線總線

一線總線是DALLAS半導(dǎo)體公司推出的總線標(biāo)準(zhǔn)，是帶ID標(biāo)識的一線器件之間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。它采用單根數(shù)據(jù)線和地址構(gòu)成的半雙工通訊，可為移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接口設(shè)計帶來極大方便。由于一線器件功耗低，體積小，且內(nèi)置鋰電池，數(shù)據(jù)保持可達(dá)10年之久，因而可使電池電的便攜式數(shù)據(jù)收集設(shè)備的維持時間大大提高，并可滿足實(shí)用化的要求。

移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由一個便攜式數(shù)據(jù)收集器和具有ID標(biāo)識的信息紐扣器件組成。其信息紐扣可作為標(biāo)識、數(shù)據(jù)存儲器、時鐘、溫度傳感器等器件分布在各個不同的點(diǎn)。數(shù)據(jù)收集器只要將探頭與其瞬間接觸即可完成數(shù)據(jù)的讀寫，從而實(shí)現(xiàn)信息采集。因而可廣泛用于安全巡檢、設(shè)備維護(hù)記錄、鐵路及電力線路巡查等不便于布線、且需要進(jìn)行管理的設(shè)備。

1 硬件構(gòu)成

采用線信息紐扣器件（iBUTTON）來設(shè)計數(shù)據(jù)收集器時，其獨(dú)特的一線總線接口可以方便地設(shè)計裝置結(jié)構(gòu)外殼的一體化密封，以達(dá)到防水、防沖擊的目的。金屬裝置的外殼可作為地線，而僅需要在裝置的某處將數(shù)據(jù)引出以作為探頭，它們之間可采用絕緣密封圈進(jìn)行隔離。

一線總線上可掛有多個信息紐扣器件，由于每個器件均具有全球唯一的64位標(biāo)識碼，所以可解保每個信息紐具唯一性。

數(shù)據(jù)收集器通常要求記錄實(shí)時數(shù)據(jù)信息，因此可利用這些標(biāo)識碼來表達(dá)地址、事件等信息，并通過收集器記錄后由PC管理軟件來演譯代碼的含義。

圖1所示是筆者設(shè)計的數(shù)據(jù)收集器原理圖，由于它需要采用電池供電，因此，筆者在選擇芯片時從以幾個方面來充分考慮降低功耗問題：

（1）采用低功耗的PIC12C508作為控制器，在低功耗睡眠模式下使其電池小于1μA。需要讀取數(shù)據(jù)時，由所接觸的信息紐扣所發(fā)出的低電平信號喚醒并復(fù)位CPU。工作完成后，重新進(jìn)入睡眠節(jié)電模式。

（2）選用DS1996作為數(shù)據(jù)存儲器，無需工作電源，作可將多片存儲器直接連到一線總線上，每片容量為64kbit，也可根據(jù)需要任意增加，其內(nèi)部鋰電池可將數(shù)據(jù)保持10年。

（3）實(shí)時時鐘芯生DS1994和紐扣式一線器件，可直接連到一線總線上。內(nèi)部鋰電池可獨(dú)立工作，CPU在需要時對其時間進(jìn)行讀寫。

（4）用指示燈及蜂鳴器在數(shù)據(jù)讀取完成、存儲器滿、電池電壓不足進(jìn)進(jìn)行提示。把電波電壓通過R3、R4分壓得到的電平通過GP4端口檢測，當(dāng)檢測達(dá)到低電平時，以認(rèn)為電池電壓不足。為了降低功耗，應(yīng)使系統(tǒng)只在每次工作時才讀GP4電平。如果低電平上限為1V，晶體管飽和壓降0.3V，那么在需求電池電壓在2.5V提出警告時，應(yīng)選擇R3=10kΩ、R4=9.1kΩ。

2 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要由幾個基本子程序模塊組成：

（1）讀寫操作

讀寫操作主要是通過對一線總線的位讀和位寫來完成發(fā)送命令、讀取數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)的操作。位操作應(yīng)嚴(yán)格按照一線總線時序來進(jìn)行。

（2）識別器件

一線總線上通?？蛇B接多個器件，可通過ID號搜索與匹配命令來選擇要操作的對象。搜索是在總線上的器件ID號未知情況下，通過相應(yīng)算法來獲得所有器件的ID號。匹配是在總線上器件ID號已知時，對某一器件進(jìn)行定位。因?yàn)樵诋?dāng)前操作周期內(nèi)，主控制器只能對被定位的器件進(jìn)行操作。

（3）數(shù)據(jù)操作

該操作主要是指讀ID號、讀寫RAM信息和讀寫時鐘等操作。

（4）數(shù)據(jù)校驗(yàn)

數(shù)據(jù)校驗(yàn)是采用8位CRC方式來校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。其算法為X8+X5+X4+1。

圖2所示為該數(shù)據(jù)采集器的軟件設(shè)計框圖。

3 設(shè)計應(yīng)用

將所設(shè)計的數(shù)據(jù)收集圖應(yīng)用于小區(qū)保安巡查系統(tǒng)示意圖如圖3所示。圖中，A為數(shù)據(jù)收集器，它的外部接口為金屬探頭。B表示分布于不同地理位置的各個巡邏點(diǎn)，每個點(diǎn)所布置的一個信息紐扣DS1990可直接安裝于墻體任何位置，且無需電池。C為一事件本，上面安裝有代表各類事件的紐扣DS1990，由巡邏人員攜帶，每個信息紐扣具有唯一的ID號，可以唯一地表示一個地點(diǎn)或事件。D為PC機(jī)和數(shù)據(jù)下載器，利用相應(yīng)的管理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理即可形成一份巡邏的時間、路線、事件等信息報表，以進(jìn)行電子化管理。

巡邏人員根據(jù)要求的路線對小區(qū)的各個點(diǎn)進(jìn)行巡查，每到一個地方，只要用收集器與安裝于各地址的信息紐扣輕觸，便可記錄地點(diǎn)ID碼及當(dāng)前時間。針對發(fā)生的損壞及意外事件，巡加急人員同樣只要輕觸事件本表達(dá)該類事件信息的信息紐扣，即可記錄該地點(diǎn)所發(fā)生的情況，所有信息都被保存在非易失性存儲器DS1996中，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表如國4所示。

在存儲器滿或者每隔一段時間后，可將巡查記錄下載到PC機(jī)以便形成報表，同時還可以考核每個保安人員的工作出情況。數(shù)據(jù)傳輸可以通過RS232線總總轉(zhuǎn)換器完成。用巡查管理軟件可以建立信息紐扣ID碼與實(shí)現(xiàn)地點(diǎn)對應(yīng)表、事件紐扣ID碼與事件名稱對應(yīng)表、保安人員信息表，并可設(shè)計規(guī)定的巡查路線，對數(shù)據(jù)收集器進(jìn)行時間校準(zhǔn)以及對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以形成各種工作報表并打印。

采用一線總器件設(shè)計的數(shù)據(jù)收集器具有極低的功耗，用1200mAH的電池可以操作20萬次以上，因而可廣泛適應(yīng)于各種需要進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的場合，并可對操作人員及現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行電子化管理，對于提高工作效率及管理水平可起到有效的促進(jìn)作用。