[艺术人物]在荒漠中前行 迟轲的西方美术史研究之路

摘    要：本文就家庭监控网络的特点和要求，提出了一种基于Dallas半导体的1-Wire单总线技术的低成本家庭监控网络解决方案。文中主要介绍了1-Wire技术、1-Wire主要产品特性、基本的1-Wire家庭监控单元以及在家庭监控网络应用中的优点。并且结合实际要求，给出了一个完整的家庭监控网络应用示意图。
关键词： 1-Wire；单总线；家庭监控网络；Web服务器；TINI

概述
随着人们生活水平和住房条件的提高，对居住环境和安全性也随之提高。归纳这些方面的要求，统称为家庭监控网络。一个完整的家庭监控网络应该包括安全监测；环境监测；家电智能化；远程控制和Web服务器几个主要方面。
针对家庭监控网络应用，目前已经有一些解决方案，主要有以下三种方式：
1) 无线解决方案，即家庭内所有的监控单元采用无线连接至主机。其显著的优点是无须为网络连接铺设电缆。但也存在明显的缺点：每个监测单元由于采用电池供电，因而需要定期更换电池，容易受到外界强电磁干扰影响，且成本较高等；
2) 电力载波方案，即家庭内所有的监控单元通过电力线连接至主机。这种方式由于借助于现有的电缆，无须重新布线。但是目前国内使用一些低成本电力载波通讯方式的应用中存在较多问题，如可靠性差等。而且在市电停电后，家庭监控网络将失效；
3) 传统的有线通讯方案，即采用目前普遍使用的串行通讯方式，如RS-485/RS-422、CAN等。其中RS-485/RS-422应用最为广泛，相对成本较低。但由于需要微处理器控制，因此相对于家庭监控网络应用来说，其成本依然较高，尤其是在监测单个I/O时更为突出；而CAN在提供了更高的可靠性同时，成本也高过RS-485/RS-422通讯方案。
此外，上述这些方案还存在一个共同的缺点，即缺少统一的标准，从而使得不同功能的监控单元之间的互操作性差。为了解决上述方案中的诸多不足，本文提出了一种采用Dallas半导体的1-WireTM单总线作为家庭监控网络的解决方案，以解决家庭监控网络应用中的成本、标准和开放性的制约。
1-wire技术标准
1-wire单总线与目前多数标准串行数据通信方式，如SPI/I2C/Micro-wire不同，它采用单根信号线，既传输数据位又传输数据位的定时同步时钟，而且数据传输是双向的。大多数1-wire器件不需要额外的供电电源，可直接从单总线上获得足够的电源电流(即寄生供电方式)，1-Wire单总线的硬件接口如图1所示。
每个1-Wire器件都有全球唯一的、工厂激光刻度的64位ROM ID码(含8位CRC校验码)，即256种不同组合的全球唯一标识码。既可以作为产品身份标识，又可以作为多节点应用中的地址标识。因此，所有采用1-Wire器件的家庭监控单元都具有唯一的标识码，且无须人工分配网络的物理地址。访问1-Wire器件要求遵循标准的1-Wire协议，支持16kBit/s的正常速率及142kBit/s的高速模式。要求按照严格的命令顺序和时序操作，详细资料请参考1-Wire协议标准。

1-Wire产品特性
虽然各个家庭监控单元的功能不同，但它们都是由一些基本的数字I/O、模拟量的I/O、存储单元等组成。同时还需要网络扩展器件，以及支持监控网络接入并连接至Internet的Web服务器。 所有具有可编程I/O端口的微处理器都可以作为1-wire主机，只需严格执行1-Wire协议即可。

组建1-Wire家庭监控单元
虽然家庭监控对象各种各样，但它们都可以由一些基本的功能单元组成，不外乎开关量的输入/输出、模拟量的输入/输出以及一些特殊功能的监控单元。下面将讨论如何利用1-Wire器件，构造1-Wire家庭监控网络中所需的功能单元。
1-Wire数字量I/O
DS2405/DS2406/DS2408可以应用于开关按钮状态检测、门窗状态、漏水检测、燃气泄漏报警等数字量信号输入。基于这类器件的监控单元，无须本地供电或电池供电，仅连接两条线至1-wire总线，就解决了供电和数据通讯，大大简化了系统设计、现场布线及系统扩展。图2是一个典型的1-Wire数字量输入电路(不仅仅局限于漏水检测应用)。另外，DS2405/DS2406/DS2408还可以应用于漏极开路输出(如控制N沟道MOSFET)、无触点电子开关(如控制双向可控硅)、保持继电器等数字量输出。当控制零功耗功率器件时，如N-MOSFET、保持继电器等，也无须本地供电，仅在需要持续功率消耗时，才需要本地供电或由远端供电。1-Wire数字量输出电路基本上等同于1-Wire数字量输入电路。其数字量输出可以根据应用要求，实现灯光、家用电器开关、热水器、门锁等直接或间接控制。
1-Wire模拟量测量
DS2438/DS2450/DS2760都可以应用于模拟量测量。大多数模拟监测应用中，都可以采用寄生供电方式，除非所配套的传感器需要很大的电流。
图3是DS2438采用寄生供电方式的1-Wire湿度传感器。湿度传感器的电压输出比例于供电电压和相对湿度，且与工作的环境温度有关。这样要求既测量传感器元件的电源电压，又要求测量传感器的输出电压，还要测量湿敏元件的温度。由于DS2438内置2路ADC和1个温度传感器，刚好满足上述测量要求，因此由DS2438构建1-Wire湿度传感器是非常合适的。
1-Wire模拟量输出
此类应用多数可以采用寄生供电方式设计，以达到简化设计、降低成本。
web服务器
作为家庭监控网络的web服务器，必然要求低功耗、低成本设计，因此不可能采用PC机或服务器作为家庭web服务器。DS80C400网络单片机包含1-Wire主机，提供Ethernet接入控制，内置TCP/IP协议，支持IPv4以及未来使用的IPv6。
在具有以太网接口的环境，可以将基于DS80C400的家庭监控网络web服务器直接连网。除此以外，还可以通过连接至RS-232接口的调制解调器、CDMA/GPRS模块、或其它相同功能的通讯设备，利用TINI的拨号PPP协议接入Internet网。由于TINI支持标准的因特网协议，如TCP/IPv4/v6、DNS、DHCP、HTTP及FTP等，所以能够通过任何内置浏览器、支持Internet接入的主机设备，如PC、笔机本电脑、PDA、手机等。在经过必要的安全密码认证登录后，建立一个家庭监控网络web服务器和主机设备的双向TCP连接，允许用户在熟悉的网页界面上监测家庭环境和遥控家电设备。
1-Wire家庭监控网络的应用实例
至此，已经具备了设计一个完整而实用的1-Wire家庭监控网络的条件。通过1-Wire数字I/O、1-Wire模拟量I/O等其它监控单元，几乎可以检测、管理和控制家庭内的所有设备。而且采用TINI作为家庭监控网络的web服务器，允许用户方便地通过便携式设备或PC终端，在图形网页界面上浏览室内环境和设备，并进行远程调节和控制。图4为一个较为完整的1-Wire家庭监控网络应用示意图。

结语
1-Wire是一种简单、低成本、可寻址的单总线，所有1-Wire器件严格遵守1-Wire标准协议，保证了所有基于1-Wire器件的家庭监控单元的兼容性。因此，1-Wire技术更适合于家庭监控网络，具有广阔的应用前景和推广价值。■