用一線(xiàn)總一器件實(shí)現移動(dòng)數據收集

摘要：一線(xiàn)總線(xiàn)是DALLSA公司推出的總線(xiàn)標準。文中介紹了用一線(xiàn)總線(xiàn)信息紐扣器件iBUTTON設計手持式移動(dòng)數據收集器的設計方法，給出了該設計的硬件構成和軟件框圖，最后給出了將該數據收集用于小區保安巡查系統的具體例子。

關(guān)鍵詞：iBUTTON 信息紐扣 低功耗 一線(xiàn)總線(xiàn)

一線(xiàn)總線(xiàn)是DALLAS半導體公司推出的總線(xiàn)標準，是帶ID標識的一線(xiàn)器件之間的數據傳輸協(xié)議。它采用單根數據線(xiàn)和地址構成的半雙工通訊，可為移動(dòng)數據采集系統的接口設計帶來(lái)極大方便。由于一線(xiàn)器件功耗低，體積小，且內置鋰電池，數據保持可達10年之久，因而可使電池電的便攜式數據收集設備的維持時(shí)間大大提高，并可滿(mǎn)足實(shí)用化的要求。

移動(dòng)數據采集系統通常由一個(gè)便攜式數據收集器和具有ID標識的信息紐扣器件組成。其信息紐扣可作為標識、數據存儲器、時(shí)鐘、溫度傳感器等器件分布在各個(gè)不同的點(diǎn)。數據收集器只要將探頭與其瞬間接觸即可完成數據的讀寫(xiě)，從而實(shí)現信息采集。因而可廣泛用于安全巡檢、設備維護記錄、鐵路及電力線(xiàn)路巡查等不便于布線(xiàn)、且需要進(jìn)行管理的設備。

1 硬件構成

采用線(xiàn)信息紐扣器件（iBUTTON）來(lái)設計數據收集器時(shí)，其獨特的一線(xiàn)總線(xiàn)接口可以方便地設計裝置結構外殼的一體化密封，以達到防水、防沖擊的目的。金屬裝置的外殼可作為地線(xiàn)，而僅需要在裝置的某處將數據引出以作為探頭，它們之間可采用絕緣密封圈進(jìn)行隔離。

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

數據收集器通常要求記錄實(shí)時(shí)數據信息，因此可利用這些標識碼來(lái)表達地址、事件等信息，并通過(guò)收集器記錄后由PC管理軟件來(lái)演譯代碼的含義。

圖1所示是筆者設計的數據收集器原理圖，由于它需要采用電池供電，因此，筆者在選擇芯片時(shí)從以幾個(gè)方面來(lái)充分考慮降低功耗問(wèn)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。需要讀取數據時(shí)，由所接觸的信息紐扣所發(fā)出的低電平信號喚醒并復位CPU。工作完成后，重新進(jìn)入睡眠節電模式。

（2）選用DS1996作為數據存儲器，無(wú)需工作電源，作可將多片存儲器直接連到一線(xiàn)總線(xiàn)上，每片容量為64kbit，也可根據需要任意增加，其內部鋰電池可將數據保持10年。

（3）實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯生DS1994和紐扣式一線(xiàn)器件，可直接連到一線(xiàn)總線(xiàn)上。內部鋰電池可獨立工作，CPU在需要時(shí)對其時(shí)間進(jìn)行讀寫(xiě)。

（4）用指示燈及蜂鳴器在數據讀取完成、存儲器滿(mǎn)、電池電壓不足進(jìn)進(jìn)行提示。把電波電壓通過(guò)R3、R4分壓得到的電平通過(guò)GP4端口檢測，當檢測達到低電平時(shí)，以認為電池電壓不足。為了降低功耗，應使系統只在每次工作時(shí)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(shí)，應選擇R3=10kΩ、R4=9.1kΩ。

2 軟件設計

軟件設計主要由幾個(gè)基本子程序模塊組成：

（1）讀寫(xiě)操作

讀寫(xiě)操作主要是通過(guò)對一線(xiàn)總線(xiàn)的位讀和位寫(xiě)來(lái)完成發(fā)送命令、讀取數據、寫(xiě)入數據的操作。位操作應嚴格按照一線(xiàn)總線(xiàn)時(shí)序來(lái)進(jìn)行。

（2）識別器件

一線(xiàn)總線(xiàn)上通?？蛇B接多個(gè)器件，可通過(guò)ID號搜索與匹配命令來(lái)選擇要操作的對象。搜索是在總線(xiàn)上的器件ID號未知情況下，通過(guò)相應算法來(lái)獲得所有器件的ID號。匹配是在總線(xiàn)上器件ID號已知時(shí)，對某一器件進(jìn)行定位。因為在當前操作周期內，主控制器只能對被定位的器件進(jìn)行操作。

（3）數據操作

該操作主要是指讀ID號、讀寫(xiě)RAM信息和讀寫(xiě)時(shí)鐘等操作。

（4）數據校驗

數據校驗是采用8位CRC方式來(lái)校驗數據傳送的正確性。其算法為X8+X5+X4+1。

圖2所示為該數據采集器的軟件設計框圖。

3 設計應用

將所設計的數據收集圖應用于小區保安巡查系統示意圖如圖3所示。圖中，A為數據收集器，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(gè)巡邏點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)所布置的一個(gè)信息紐扣DS1990可直接安裝于墻體任何位置，且無(wú)需電池。C為一事件本，上面安裝有代表各類(lèi)事件的紐扣DS1990，由巡邏人員攜帶，每個(gè)信息紐扣具有唯一的ID號，可以唯一地表示一個(gè)地點(diǎn)或事件。D為PC機和數據下載器，利用相應的管理軟件對數據進(jìn)行整理即可形成一份巡邏的時(shí)間、路線(xiàn)、事件等信息報表，以進(jìn)行電子化管理。

巡邏人員根據要求的路線(xiàn)對小區的各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行巡查，每到一個(gè)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碼及當前時(shí)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該類(lèi)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，其數據結構表如國4所示。

在存儲器滿(mǎn)或者每隔一段時(shí)間后，可將巡查記錄下載到PC機以便形成報表，同時(shí)還可以考核每個(gè)保安人員的工作出情況。數據傳輸可以通過(guò)RS232線(xiàn)總總轉換器完成。用巡查管理軟件可以建立信息紐扣ID碼與實(shí)現地點(diǎn)對應表、事件紐扣ID碼與事件名稱(chēng)對應表、保安人員信息表，并可設計規定的巡查路線(xiàn)，對數據收集器進(jìn)行時(shí)間校準以及對收集到的數據進(jìn)行分析以形成各種工作報表并打印。

采用一線(xiàn)總器件設計的數據收集器具有極低的功耗，用1200mAH的電池可以操作20萬(wàn)次以上，因而可廣泛適應于各種需要進(jìn)行數據收集的場(chǎng)合，并可對操作人員及現場(chǎng)數據進(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。