Схема гальванической развязки однопроводной шины 1-wire

А. А. Шабронов shabronov@ngs.ru

Приведено описание схемы гальванического разделения однопроводного интерфейса 1-wire. Это расширяет использование цифровых датчиков температуры, тока и напряжения однопроводного стандарта 1-wire. Схема предназначена для уменьшения стоимости систем анодно-катодной защиты [Л4] объектов народного хозяйства. УДК 620.92

Ключевые слова: 1-wire, ds1820, ds2450, барьер-искробезопасности.

Данные о физическом и канальном протоколе интерфейса 1-wire [Л1] предполагают следующие ограничения:

· Оптроны должны работать параллельно для выполнения условий «держать» или «отпускать» линию;

· Токи в линии в пределах 1…5 миллиампер, и определяются «подтягивающим» резистором 1… 4.7 ком.

· Минимальная длительность импульсного сигнала составляет 10..15 микросекунд, соответственно фронты сигналов не должны быть затянуты и поэтому быстродействие и переключение оптических элементов, должна быть не более 10наносекунд.

На рисунке ниже представлена схема оптического разделения информации однопроводного интерфейса 1-wire.

Назначение элементов схемы:

· Схема состоит из двух одинаковых, симметричных приемно-передающих узлов. В описании для однозначности определено слева – ведомый, справа ведущий компонент 1-wire системы обмена данными;

· C одной стороны – VT1,2 и с другой стороны VT3,4. Это транзисторы схемы усилителя для оптической развязки на элементах VM1,2. Используются быстродействующие оптроны 6N136.

· C одной стороны R1,2,3,4 и с другой стороны R5,6,7,8 определяют режимы транзисторов.

Состояние без передачи информации.

· В этом состоянии 1-wire = 5v. На переходе эмиттер - база транзисторов VT2(4) присутствует низкий уровень напряжения и эти транзисторы закрыты.

· Соответственно, транзисторы VT1(3) закрыты, т.к. на их базу поступает положительное смещение через резистор R2(5).

· Оптроны VM1(2) включены через ограничительные сопротивления R4(8). Если VT1(3) закрыт, через оптрон ток не идет.

Передача информации от ведущего к ведомому.

· В этом состоянии на 1-wire ведущего появляется 0в. Это начало передачи импульса информации. VT2 открывается и переход эмиттер - коллектор замыкается. Следовательно, открывается VT1 и через свой переход эмиттер - коллектор так же включает оптрон VM1. Выходной ключ VM1 замыкается на 0в. Через диод VD2 на шину 1-wire ведомого поступает 0в.

· Для сигналов передача 0 и 1 и чтение 1 ответного удержания линии нет. И как только напряжение 1-wire ведущего перейдет в 5в, выключиться VT2,3 и VM1. Разомкнется ключ VM1 и на 1-wire ведомого поступит +5в.

· Для сигнала чтения 0 ведомый держит линию. Это означает, что 0в поступает на базу VT4 уже через схему ведомого, а не через выходной ключ VM1.

· Ведущий снимает напряжение 0в и начинает сканировать напряжение на 1-wire.

· Происходит переключение оптрона. Включается VM2 т.к. ведомый держит линию. Выключается VM1 т.к. выходной ключ VM2 замыкает 1-wire ведущего для удержания линии до длительности сигнала 0.

· Как только ведомый отпускает линию, VT4 закрывается, удержания 0в от VM1 нет. На шине 1-wire ведомого через сопротивление подтяжки формируется +5в. Соответственно закрывается VT3 и оптрон VM2 выключается. Выходной ключ оптрона переходит в разомкнутое состояние. На шине 1-wire ведущего появляется +5в. Чтение сигнала 0 окончено.

· Подготовлена печатная плата. Размер 40*50мм, толщина 1мм, smd – монтаж, Оптроны – dip-8. Ниже представлена 3d модель и топология печатной платы. Время изготовления схемы до 15 рабочих дней. Возможны варианты плат под другую топологию коммутационных разъемов.

· Приведенная схема проверена и работает на отладочном стенде.

Литература

1. Протокол 1-wire: http://avr.ru/beginer/understand/1wire

2. Датчики ds1820: http://agaryshev.ru/stm/

3. Датчики ds2450: http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_08/stat_56.htm

4. Анодно-катодная защита: http://www.okorrozii.com/elektrohimicheskaia-zaschita.html

5. Адрес статьи: http://90.189.213.191:4422/temp/model_dior_v2_sh/model_dior_v2_sh.doc

6. Схемы и платы DIP_TRACE-2.4.0.2 : http://shabronov_s2.dyn-dns.ru/temp/model_dior_v2_sh/model_dior_v2_sh.zip

Дата документа: 26 апреля 2016 года, г. Новосибирск

Автор: Шабронов Андрей Анатольевич, аспирант кафедры ТЭ СибГУТИ, тc. +7-913-905-8839, e-mail: shabronov@ngs.ru