Сеть 1-Wire в "полевых условиях"

О практическом применении сети 1-Wire и температурных датчиков DS18B20 в частности, написано много и  подробно. Цель этой статьи - рассказать, как использовать эти датчики (или другие устройства сети) в суровых "полевых условиях". Не секрет, что на столе под лампой светлой цифровой датчик DS18B20 или его бюджетный брат DS18S20 замечательно работает  с минимальным обвязом со стороны микроконтроллера в т.н. двухпроводной схеме:

Фактически, весь "обвяз" состоит из резистора 4К7, между шиной питания VCC (+5В) и шиной данных VDO, который и позволяет датчику паразитно питаться от этой же шины. Схема проста, наглядна и кроме этого, позволяет экономить на одном проводе в кабеле сети. Для расстояний менее 10 метров - вполне оправдано, правда точность преобразования будет не лучше 2°C (разрядность АЦП датчика DS18B20 снижается с 12 до 10 бит), что во многих случаях будет вполне достаточно.

К сожалению,  двухпроводный способ включения практически непригоден в "полевых условиях" из-за незащищенности от помех. Дальнейшее увеличение длины сетевого кабеля  будет приводить к большему числу сбоев, вплоть до полного отказа сети. Поэтому, часто приходится отказываться от паразитного питания в пользу трехпроводного подключения:

Дополнительная выделенная линия питания сулит нам следующие "бонусы":

1. Длина сетевого кабеля 100 метров и более;
2. Количество одновременно подключенных датчиков - не менее 32шт.;
3. Разрешающая способность АЦП - 0,0625°C и точность измерения - 1°C.

Однако, еще остается борьба с помехами на длинных линиях связи. Простейшей защитой является включенный в обратном направлении диод Шоттки между линией данный и общим проводом, именно так советует поступать Brian C. Lane, автор популярного проекта DigiTemp. Мы лишь немного расширим данное решение для трехпроводной схемы включения:

D1 - сборка быстродействующих диодов Шоттки BAV199, механизм действия такой защиты подробно описан в блоге Уважаемого киберсатаниста DI HALT;

L1, L2 - фербиды BLM21AG221SN1D - индуктивности для защиты от высокочастотных помех, возникающих при коммутации сильноточных потребителей;

C1 - керамический конденсатор, естественный спутник ножек питания цифровой микросхемы;

IC1 - собственно цифровой датчик температуры DS18B20Z в корпусе SOIC8.

Все компоненты - SMD (0805 и SOT23) для уменьшения размера платы датчика:

После сборки, плата температурного датчика выглядит следующим образом:

Обязательно защищаем плату датчика от влаги (цапонлаком или акриловым лаком):

Для монтажа датчика на поверхность, например на трубопровод, очень хорошо подходит самовулканизирующаяся резиновая изолента. Кроме того, необходимо хорошо теплоизолировать точку установки датчика. Я использую пористую самоклеющуюся ленту.

Контактные площадки для пайки кабеля сети 1-Wire сознательно сделаны крупными и вот почему...

Трактат о проводочках кабеля

Самой распространенной ошибкой при построении сети 1-Wire является выбор в пользу Ethernet-кабеля Cat.5! Подавляющее большинство читателей скажет - "у нас все очень хорошо и бодро работает на обрезках сетевухи". Не спорю ни в коем случае, кабель Cat.5 длиной 10..30 м вполне годится для 3-х проводного способа подключения датчиков, более того - вот вам рекомендованная схема использования народного кабеля, которую и сам использую на даче для водоснабжения дома:

"Ну таки и в чем дело?" - скажет проницательный читатель. А вот в чем: в кардинальном различии "физики и логики" сетей Ethernet и 1-Wire. Не вдаваясь в сложности организации сети Ethernet, просто прошу поверить (и с мультиметром проверить) в то, что из-за значительного падения напряжения на длинных и весьма тонких проводах кабеля Cat.5e датчику сети 1-Wire банально не хватает напряжения питания!

Вывод напрашивается простой и логичный - использовать кабель с проводами бОльшего сечения и желательно - экранированный! Для своих целей, я выбрал вполне доступный по цене (и наличию в магазинах) кабель МКЭШ-3х0.5 - схема подключения датчиков будет выглядит так:

Несколько худший, но вполне приемлемый результат, можно получить с кабелем МКЭШ-2х0.35 и следующей схемой подключения:

Наконец, можно использовать вполне приличный провод от торшера - ПВС3х0.75...ПВС3х1

Заключение

Нынешний владелец торговой марки 1-Wire - компания Maxim, для защиты нежных ножек микропроцессора от "суровых полевых условий", предлагает приборчик DS9503, который по сути - просто быстродействующий диод Шоттки + токоограничивающие резисторы в линиях питания и данных. Сам я его еще в руках не держал, но как только это случиться - немедленно опишу полученные впечатления.

Послесловие

C огромным удовольствием - благодарю Илью Данилова за помощь словом и хардвером в освоении платформы Ардуино, конструктивные замечания и неоценимую поддержку в разработке проекта ОткрытогоПЛК!

• Скачать проект платы-подавителя помех в формате Eagle.