基于LPC2214和μC/OS-II的iButton接口

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

ibutton(信息鈕扣)的物理結構是一個(gè)封裝在扁圓型不銹鋼外殼里的直徑為16 mm、厚度為3～6 mm的微型計算機晶片，是一種攜帶自動(dòng)識別號的電子數據標簽。先進(jìn)的設計理念及封裝形式賦予了ibutton超強的抗沖擊、防靜電、防腐蝕、防水、防摩擦等性能，具有ic卡、磁卡等信息載體無(wú)法比擬的優(yōu)勢;極大地滿(mǎn)足系統在可靠性、穩定性方面的要求，可確保十年以上的使用壽命。在以 lpc2214設計的點(diǎn)檢機中，ibutton得到了充分的應用。下面以ds1990a為例，對其與lpc2214之間一線(xiàn)串行通信方式進(jìn)行研究。

1 ds1990a的性能特點(diǎn)

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

◆ 工廠(chǎng)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(guò)單線(xiàn)與主機進(jìn)行數據通信，傳輸速率可達16.3 kbps。

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

◆ 讀取時(shí)間可在5 ms 以?xún)取?br>
◆ 溫度范圍-40～+85℃

2 ds1990a與lpc2214硬件接口設計

1-wire是在一條總線(xiàn)上連接1個(gè)主控器和多個(gè)從機設備的系統。在任何情況下，ds1990a都是從機設備，而總線(xiàn)控制器常由微控制器充任。1-wire總線(xiàn)定義了1根信號線(xiàn)，所以讓總線(xiàn)上每個(gè)設備都在適當的時(shí)刻運行。ds1990a為漏級開(kāi)路輸出，總線(xiàn)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(gè)上拉電阻，在短距離傳輸情況下上拉電阻約為5 kω。1個(gè)多點(diǎn)系統由1個(gè)1-wire總線(xiàn)和連接在上面的多個(gè)從機設備組成。

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

ds1990a與lpc2214的接口電路如圖1所示。由于lpc2214 p0口都已被點(diǎn)檢機其他部分占用，p1口均有上拉電阻，并非開(kāi)漏輸出，因此需有2個(gè)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 軟件設計

ds1990a內建rom僅由單根數據線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)。依據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)議規定，總線(xiàn)的收發(fā)按照特殊時(shí)隙下的總線(xiàn)狀態(tài)進(jìn)行，由主機發(fā)出的同步脈沖下降沿初始化；所有數據讀寫(xiě)都按照低位在前的原則。

ds1990a在1-wire總線(xiàn)上的數據訪(fǎng)問(wèn)命令流程依次為：初始化、rom功能命令、讀取數據。

3.1 初始化及應答

1-wire總線(xiàn)上所有的傳輸操作均由初始化序列開(kāi)始。初始化序列由主機發(fā)出的復位脈沖(reset pulse)和從機發(fā)出的在線(xiàn)應答脈沖(presence pulse)組成。一個(gè)復位脈沖緊跟一個(gè)在線(xiàn)應答脈沖表明ds1990a就緒，可執行恰當的rom命令進(jìn)行數據收發(fā)。

復位和在線(xiàn)應答脈沖時(shí)序如圖2(a)所示，主機發(fā)送(tx)一個(gè)復位脈沖(一個(gè)至少480 μs的低電平)，然后釋放信號線(xiàn)進(jìn)入接收模式(rx)。此時(shí)，1-wire總線(xiàn)被5 kω上拉電阻拉至高電平，當檢測到數據線(xiàn)上信號的上升沿后，ds1990a等待(tpdl,15～60 μs)，然后發(fā)送在線(xiàn)應答脈沖(tpdl,15～60 μs)。

3.2 讀寫(xiě)操作

一旦主機檢測到應答脈沖，就可以發(fā)出rom功能命令。所有rom操作命令的長(cháng)度為8位。read rom的命令為[33h]或[0fh]，此命令允許總線(xiàn)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(xiàn)上只有一個(gè)ds1990a設備時(shí)可以使用。若總線(xiàn)上的從機設備超過(guò)一個(gè)，當各設備同時(shí)發(fā)送時(shí)將會(huì )引發(fā)數據沖突。search rom的命令為[f0h]，此命令允許總線(xiàn)主控器采用排除法來(lái)確認總線(xiàn)上所有設備的64位rom碼。

讀/寫(xiě)時(shí)隙的定義如圖2(b)、(c)所示，主機將數據線(xiàn)置低初始化所有時(shí)隙。在數據線(xiàn)的下降沿，通過(guò)觸發(fā)ds1990a中的延時(shí)電路使得ds1990a與主機同步；在寫(xiě)時(shí)隙期間，延時(shí)電路決定何時(shí)ds1990a對數據線(xiàn)進(jìn)行采樣。至于讀數據的時(shí)隙，如果傳輸的是“0”，延時(shí)電路將繼續被置低近15 μs，然后被置高；如果數據位是“1”，則ibutton保持讀數據的時(shí)隙不變。

3.3 關(guān)鍵代碼及實(shí)現

主機和ibutton的通信是通過(guò)初始化、寫(xiě)數據時(shí)序、讀數據時(shí)序完成的，命令和數據的各個(gè)字節均由最低有效位開(kāi)始逐位傳送。在程序中，先初始化lpc2214的time1定時(shí)器，將其定時(shí)時(shí)間設定為10 μs，delay子程序的作用是使其延遲time倍的10 μs。reset、writebyte、readbyte分別是初始化、讀、寫(xiě)1字節的子程序。在指針型函數*getbuttonid中，將ibutton的64位序列碼保存在buttonid數組中,最后返回指向這個(gè)數組的指針。（程序見(jiàn)本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn——編者注）

結語(yǔ)

為避免設備的維修不足或檢修過(guò)剩，當前電力設備管理正由定期檢修和計劃檢修管理體制，向預知性設備狀態(tài)檢修體制轉變，其根本目標是提高設備可靠性、經(jīng)濟性、降低生產(chǎn)成本，提高設備的利用率。dallas公司推出的智能信息載體ibutton與其他類(lèi)型的智能卡相比，能更好地解決電力現場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，油污、灰塵、振動(dòng)、電磁等不利因素對它的干擾問(wèn)題。本文提供的ds1990a與lpc2214在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μc/osii中的接口的軟硬件設計，已在智能點(diǎn)檢機中推廣應用。隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，ibutton信息識別技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用會(huì )越來(lái)越廣泛，其經(jīng)濟作用會(huì )越來(lái)越大。