用一线总一器件实现移动数据收集

    摘要：一线总线是DALLSA公司推出的总线标准。文中介绍了用一线总线信息纽扣器件iBUTTON设计手持式移动数据收集器的设计方法，给出了该设计的硬件构成和软件框图，最后给出了将该数据收集用于小区保安巡查系统的具体例子。

    关键词：iBUTTON 信息纽扣 低功耗 一线总线

一线总线是DALLAS半导体公司推出的总线标准，是带ID标识的一线器件之间的数据传输协议。它采用单根数据线和地址构成的半双工通讯，可为移动数据采集系统的接口设计带来极大方便。由于一线器件功耗低，体积小，且内置锂电池，数据保持可达10年之久，因而可使电池电的便携式数据收集设备的维持时间大大提高，并可满足实用化的要求。

移动数据采集系统通常由一个便携式数据收集器和具有ID标识的信息纽扣器件组成。其信息纽扣可作为标识、数据存储器、时钟、温度传感器等器件分布在各个不同的点。数据收集器只要将探头与其瞬间接触即可完成数据的读写，从而实现信息采集。因而可广泛用于安全巡检、设备维护记录、铁路及电力线路巡查等不便于布线、且需要进行管理的设备。

1 硬件构成

采用线信息纽扣器件（iBUTTON）来设计数据收集器时，其独特的一线总线接口可以方便地设计装置结构外壳的一体化密封，以达到防水、防冲击的目的。金属装置的外壳可作为地线，而仅需要在装置的某处将数据引出以作为探头，它们之间可采用绝缘密封圈进行隔离。

一线总线上可挂有多个信息纽扣器件，由于每个器件均具有全球唯一的64位标识码，所以可解保每个信息纽具唯一性。

数据收集器通常要求记录实时数据信息，因此可利用这些标识码来表达地址、事件等信息，并通过收集器记录后由PC管理软件来演译代码的含义。

图1所示是笔者设计的数据收集器原理图，由于它需要采用电池供电，因此，笔者在选择芯片时从以几个方面来充分考虑降低功耗问题：

（1）采用低功耗的PIC12C508作为控制器，在低功耗睡眠模式下使其电池小于1μA。需要读取数据时，由所接触的信息纽扣所发出的低电平信号唤醒并复位CPU。工作完成后，重新进入睡眠节电模式。

（2）选用DS1996作为数据存储器，无需工作电源，作可将多片存储器直接连到一线总线上，每片容量为64kbit，也可根据需要任意增加，其内部锂电池可将数据保持10年。

（3）实时时钟芯生DS1994和纽扣式一线器件，可直接连到一线总线上。内部锂电池可独立工作，CPU在需要时对其时间进行读写。

（4）用指示灯及蜂鸣器在数据读取完成、存储器满、电池电压不足进进行提示。把电波电压通过R3、R4分压得到的电平通过GP4端口检测，当检测达到低电平时，以认为电池电压不足。为了降低功耗，应使系统只在每次工作时才读GP4电平。如果低电平上限为1V，晶体管饱和压降0.3V，那么在需求电池电压在2.5V提出警告时，应选择R3=10kΩ、R4=9.1kΩ。

2 软件设计

软件设计主要由几个基本子程序模块组成：

（1）读写操作

读写操作主要是通过对一线总线的位读和位写来完成发送命令、读取数据、写入数据的操作。位操作应严格按照一线总线时序来进行。

（2）识别器件

一线总线上通常可连接多个器件，可通过ID号搜索与匹配命令来选择要操作的对象。搜索是在总线上的器件ID号未知情况下，通过相应算法来获得所有器件的ID号。匹配是在总线上器件ID号已知时，对某一器件进行定位。因为在当前操作周期内，主控制器只能对被定位的器件进行操作。

（3）数据操作

该操作主要是指读ID号、读写RAM信息和读写时钟等操作。

（4）数据校验

数据校验是采用8位CRC方式来校验数据传送的正确性。其算法为X8+X5+X4+1。

图2所示为该数据采集器的软件设计框图。

3 设计应用

将所设计的数据收集图应用于小区保安巡查系统示意图如图3所示。图中，A为数据收集器，它的外部接口为金属探头。B表示分布于不同地理位置的各个巡逻点，每个点所布置的一个信息纽扣DS1990可直接安装于墙体任何位置，且无需电池。C为一事件本，上面安装有代表各类事件的纽扣DS1990，由巡逻人员携带，每个信息纽扣具有唯一的ID号，可以唯一地表示一个地点或事件。D为PC机和数据下载器，利用相应的管理软件对数据进行整理即可形成一份巡逻的时间、路线、事件等信息报表，以进行电子化管理。

巡逻人员根据要求的路线对小区的各个点进行巡查，每到一个地方，只要用收集器与安装于各地址的信息纽扣轻触，便可记录地点ID码及当前时间。针对发生的损坏及意外事件，巡加急人员同样只要轻触事件本表达该类事件信息的信息纽扣，即可记录该地点所发生的情况，所有信息都被保存在非易失性存储器DS1996中，其数据结构表如国4所示。

在存储器满或者每隔一段时间后，可将巡查记录下载到PC机以便形成报表，同时还可以考核每个保安人员的工作出情况。数据传输可以通过RS232线总总转换器完成。用巡查管理软件可以建立信息纽扣ID码与实现地点对应表、事件纽扣ID码与事件名称对应表、保安人员信息表，并可设计规定的巡查路线，对数据收集器进行时间校准以及对收集到的数据进行分析以形成各种工作报表并打印。