Mezi novinky letošního roku v nabídce senzorů firmy MAXIM, resp. divize Dallas Semiconductor, mimo jiné patří i teplotní senzor DS28EA00 poskytující navíc k jednovodičové sběrnici 1-Wire, umožňující propojení mnoha senzorů do jednoho "řetězce", i schopnost automatického zjištění a identifikace pořadí senzorů (jejich adres) v řetězci. Tak je možné jednodušeji kontrolovat a měřit teplotu v rozsáhlých zařízeních s mnoha komponentami, kde každá potřebuje svůj teplotní senzor.

Pomocí propojení mnoha senzorů do řetězce lze jednovodičovou sběrnicí sbírat data ze všech teploměrů a zpracovat jen jedním vstupem mikrokontroléru MCU. Nejen, že tak lze využít jen málovývodový MCU (např. 8vývodový MCU Freescale HC08), ale snižuje se množství propojovacích vodičů, což je příjemné nejen při instalaci, ale užitečné pro zvýšení spolehlivosti. Jenže každý 1-Wire senzor teploty Dallas má od výroby unikátní pevnou 64bitovou adresu (64bit. ID), která je využívána pro jeho adresaci na sběrnici, a kterou nelze měnit. Pokud tedy náhodně vezmeme například 10 senzorů, umístíme na požadovaná místa a propojíme do jednoho řetězce nelze jednoduše zjistit a přiřadit teploměry, resp. jimi naměřené hodnoty, jednotlivým fyzickým místům. Respektive řídící MCU (Master / Host Controller) si potřebuje vytvořit tabulku přiřazující unikátními 64bit. ID určité fyzické pozici (měřícímu místu) v systému či zařízení. K tomuto účelu byl firmou MAXIM/Dallas Semiconductor letos vyvinut senzor DS28EA00 obsahující mechanismus pro softwarové zjištění a přiřazení ID adresy senzoru jeho pozici v zapojeném řetězci, tedy kolikátý je ten či onen teploměr od I/O vývodu řídící Master/Host jednotky (MCU).

Teplotní senzor DS28EA00

Popis senzoru

DS28EA00 je jednochipový křemíkový digitální senzor teploty v rozsahu -40°C až +85°C s unikátním jednovývodovým komunikačním výstupem označený jako 1-Wire. Díky této technologii, kde se nastavení senzoru i přenos naměřených hodnot provádí prostřednictvím obousměrné sériové komunikace, reprezentované logickými napěťovými úrovněmi vztaženými k nulovému potenciálu země GND. Komunikace je typu Master/Slave, kde řídící systém, často mikrokontrolér MCU, je Master a všechny připojené jednovodičové senzory Dallas typu Slave.

Tím, čím je senzor DS28EA00 výjimečný proti svým 1-Wire "bratříčkům", je tzv. řetězový mód (chain mode), který se z hardwarového hlediska navenek projevuje existencí dvou přidaných vývodů (PIOA/EN a PIOB/DONE), které jsou navíc přidány k jinak potřebným 3 vývodům (napájení Vdd, GND a komun. vývod IO). Piny PIOA a PIOB lze v okamžiku, kdy se Chain mode nevyužívá používat jako univerzální vstupní a výstupní pin jehož logický stav je ovládaný/čtený příkazy Masteru. Ze softwarového hlediska se to pak projevuje přidáním 4 příkazů (PIO ACCESS READ, PIO ACCESS WRITE, CHAIN COMMAND a CONDITIONAL READ ROM) k řízení chain módu a již zmíněnému ovládání přidaných vývodů. K tomu jsou navíc implementovány přidané filtry (Hysteresis a Glitch Filter), které zajišťující spolehlivější komunikaci u dlouhých 1-Wire sběrnic a zvýšenému okolnímu elmag. rušení.

Mezi další zajímavé vlastnosti patří široký rozsah napájecích napětí 3.0 až 5.0 V, přičemž obvod může být napájen buď klasicky externím pinem VDD nebo dokonce jen pomocí komunikačního pinu IO v režimu "parasite power”. Mimo samotné měření teploty automaticky nebo jednorázově příkazem, jsou k dispozici i tzv. ALARM registry, v nichž uložená horní a spodní hranice je porovnávána s právě změřenou a v případě překročení hodnot dochází k indikaci poplachu. Master (MCU) pak vysláním příkazu "Alarm Search Command" okamžitě zjistí, u kterých senzorů připojených na sběrnici došlo k překročení limitů. Pro zachování uloženého nastavení i bez přítomnosti napájení je na chip umístěna EEPROM paměť.

Struktura senzoru

Základem senzoru mimo samotný snímač teploty (Temperature Sensor) je řídící logika (dva Control bloky) a zápisové/čtecí registry (64-bit Scratchpad a Alarm and Config Registers).

Řídící logika je tvořena dvěma bloky:

• 1-Wire ROM Function Control blok, který zabezpečuje navázání a správu komunikace senzoru s Masterem (MCU) dle zaslaných příkazů (1-Wire ROM FUNCTION COMMANDS)
• Device Function Control blok, který dekóduje a provádí Masterem zaslané příkazy (CONTROL FUNCTION COMMANDS - zápis, čtení hodnot apod.)

S blokem 1-Wire ROM Function Control koresponduje blok 64-Bit Registration, což je vlastně již výše zmíněné a od výroby pevně vylaserované identifikační číslo (adresa) senzoru, kterou je identifikován při komunikaci s Masterem. 64-Bit Scratchpad je pak malá RAM paměť obsahující vždy poslední naměřenou hodnotu teploty a Alarm and Config Registers tvoří EEPROM paměť se zaznamenanými limitními ALARM hodnotami a konfigurační registr určující na jaký počet bitů má být A/D převodníkem převáděna teplota (9 až 12bitů).

CHAIN MODE = přiřazení pozice senzoru v řetězci

Jak již bylo zmíněno výše, novinka Chain mode, je "službička" pro Master mikrokontrolér, kterému dovoluje si samostatně vytvořit přiřazovací tabulku fyzické pozice senzoru v řetězci a jeho ID.

Pro využití chain módu je nutné senzory vzájemně propojit a připojit k Master MCU dle obrázku výše. Tzn. mimo prvního senzoru (označeného #1) musí být vždy výstup PIOA/DONE propojen na vstup PIOB/EN následujícího senzoru. Pak po Masterem vyslaném příkazu Skip ROM následovaný příkazem Chain ON přejdou všechny senzory to chain módu a mimo pevně uzemněného vstupu PIOB senzoru #1 přejdou všechny vstupy a výstupy do stavu log. 1 = ON. Na následně všem senzorům zaslaný příkaz Conditional Read ROM odpoví jen senzor se stavem log. 0 na vstupu PIOB/EN a stavem log. 1 na výstupu PIOA/DONE, tj. nejdříve senzor #1. Ten, když je vše OK, zašle zpět svoje ID a to si Master přiřadí (senzor #1 = ID xxxx). Následně Master zašle příkaz Chain DONE a senzor #1 přepne svůj výstup PIOA/DONE do stavu log. 0 a tím předá "štafetu" kolegovi. Vše se pak opakuje až se dojede na konec řetězce. Master si tak nejen spočítá počet senzorů v řetězci, ale i si vytvoří přiřazovací tabulku.

Vlastnosti senzoru DS28EA00

• Měřící rozsah: -40 až 85 °C
• Rozlišení: nastavitelné 9 a 12 bitů (tj. 0.5 až 0.0625 °C)
• Přesnost: 0.5 °C v rozsahu (-10 až 85 °C) a 2 °C (teploty pod -10°C)
• Měřící/převodní čas: 93 ms (9bit. rozlišení) až 750 ms (12bit. rozlišení)
• Komunikace: 1-Wire, přepínatelný rychlost (Standard/Overdrive)
• Kom. vývody: IO (1-Wire), PIOA a PIOB (víceúčelové piny)
• Napájecí napětí: 3.0 až 5.5 V DC
• Spotřeba: 1.5 mA, v standby módu jen 1.5 mikroA
• Pouzdro: 8-Pin µSOP
• Funkce: ALARM detekce (překročení nastav. min. a max. hodnoty), uložení hodnot v EEPROM, možnost napájení ze sběrnice (pinu IO)

Použití

• Měření teploty jednotlivých počítačových komponent
• Kontrola teploty jednotlivých částí řídícího systému
• Plošné měření teploty
• Automatický update systému při přidání či odebrání senzoru ze sběrnice
• Rack-Based Electronic System
• Zabezpečovací technika
• Inteligentní regulace vytápění a klimatizace
• apod.

Závěr

Dallas Semiconductor očividně neusíná na vavřínech a snaží se svůj populární sortiment 1-Wire teploměrů stále rozšiřovat a stále přicházet s něčím novým. Funkce Chain mode je myslím si velmi užitečná zvláště pro automatické systémy a v aplikacích, kde může docházet k postupnému připojování/odpojování či přemisťování senzorů nebo tam, kde se instaluje velké množství senzorů. Odpadá tak zdlouhavé a pracné zjišťování ID adres jednotlivých teploměrů na konkrétních místech a zadávání těchto informací do systému. Následně se zjednodušuje i identifikace problémů a oprava systému.

Pro více informací odkazuji přímo na stránky firmy MAXIM/Dallas - www.maxim-ic.com. V případě konkrétního zájmu o nákup nebo testování těchto senzorů a integrovaných obvodů MAXIM/Dallas odkazuji na distributory v ČR, například na pražskou firmu HT-Eurep Electronics s.r.o. - www.hte.cz.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovské stránky firmy MAXIM/Dallas - www.maxim-ic.com
• Přímý odkaz na podrobný datasheet obvodu DS28EA00 - DS28EA00.pdf
• Přímý odkaz na podrobný datasheet k vývojovému kitu pro DS28EA00 se schématy - DS28EA00EVKIT.pdf