用一線總一器件實現移動數據收集

摘要：一線總線是DALLSA公司推出的總線標準。文中介紹了用一線總線信息紐扣器件iBUTTON設計手持式移動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。

關鍵詞：iBUTTON 信息紐扣 低功耗 一線總線

一線總線是DALLAS半導體公司推出的總線標準，是帶ID標識的一線器件之間的數據傳輸協議。它采用單根數據線和地址構成的半雙工通訊，可為移動數據采集系統的接口設計帶來極大方便。由于一線器件功耗低，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間大大提高，并可滿足實用化的要求。

移動數據采集系統通常由一個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、時鐘、溫度傳感器等器件分布在各個不同的點。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，從而實現信息采集。因而可廣泛用于安全巡檢、設備維護記錄、鐵路及電力線路巡查等不便于布線、且需要進行管理的設備。

1 硬件構成

采用線信息紐扣器件（iBUTTON）來設計數據收集器時，其獨特的一線總線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，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位標識碼，所以可解保每個信息紐具唯一性。

數據收集器通常要求記錄實時數據信息，因此可利用這些標識碼來表達地址、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。需要讀取數據時，由所接觸的信息紐扣所發出的低電平信號喚醒并復位CPU。工作完成后，重新進入睡眠節電模式。

（2）選用DS1996作為數據存儲器，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，也可根據需要任意增加，其內部鋰電池可將數據保持10年。

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

（4）用指示燈及蜂鳴器在數據讀取完成、存儲器滿、電池電壓不足進進行提示。把電波電壓通過R3、R4分壓得到的電平通過GP4端口檢測，當檢測達到低電平時，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，應選擇R3=10kΩ、R4=9.1kΩ。

2 軟件設計

軟件設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送命令、讀取數據、寫入數據的操作。位操作應嚴格按照一線總線時序來進行。

（2）識別器件

一線總線上通常可連接多個器件，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行操作。

（3）數據操作

該操作主要是指讀ID號、讀寫RAM信息和讀寫時鐘等操作。

（4）數據校驗

數據校驗是采用8位CRC方式來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巡邏點，每個點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，以進行電子化管理。

巡邏人員根據要求的路線對小區的各個點進行巡查，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ID碼及當前時間。針對發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事件信息的信息紐扣，即可記錄該地點所發生的情況，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。

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

采用一線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20萬次以上，因而可廣泛適應于各種需要進行數據收集的場合，并可對操作人員及現場數據進行電子化管理，對于提高工作效率及管理水平可起到有效的促進作用。