Регистратор температуры производства фирмы DALLAS SEMICONDUCTOR

Петров Андрей

Компания DALLAS SEMICONDUCTOR является мировым лидером в производстве полупроводниковых цифровых термометров и часов/календарей реального времени. Одной из последних разработок в этой области является многофункциональный регистратор температуры DS1615. Микросхема объединяет в своем составе датчик температуры, часы/календарь реального времени и энергонезависимую память пользователя. При этом измерение температуры может проводится в двух режимах : обычном режиме и режиме "data log". Data log - это режим периодического измерения температуры с записью результата в энергонезависимую память. Этот режим дает возможность пользователю с периодичностью от 1 до 255 минут измерять температуру и хранить последовательность до 2048 измеренных значений. Режим data log может быть включен как программным, так и аппаратным путем. Также регистратор DS1615 предоставляет возможность пользователю устанавливать верхний и нижний температурные пороги и отслеживать температуру в заданном диапазоне. Имеется возможность подключения светодиодов для визуальной индикации текущего состояния контролируемого объекта.
    Ниже кратко перечислены основные особенности устройства DS1615 :

• Диапазон измеряемых температур составляет от -40С до +85С с дискретным шагом 0,50С.
  
• Точность измерения составляет ±0,2С.
  
• Встроенные часы/календарь BCD формата считают: секунды, минуты, часы, число, месяц, день недели и год с компенсацией високосного.
  
• Предусмотрен режим автоматического измерения температуры с программируемым интервалом между измерениями от 1 до 255 минут (режим "data log").
  
• Имеется возможность хранения до 2048 последовательно измеренных значений температуры.
  
• Возможна запись и хранение температурной гистограммы с разрешением 20С (63 bins).
  
• Пользователем программируются верхний и нижний температурные пороги.
  
• Предусмотрены два встроенных интерфейса: 3W синхронный и UART совместимый асинхронный.
  
• Имеется встроенный 16-битный CRC генератор.
  
• Каждая микросхема имеет уникальный 64-битный серийный номер.
  

Благодаря всем этим свойствам, регистратор DS1615 делает возможным построение систем удаленного измерения температуры без использования внешних элементов управления (микропроцессора, памяти, времязадающих цепей и др.). DS1615 идеально подходит для использования в системах автономного и непрерывного измерения температуры с функцией ведения журнала состояний. Это могут быть, как производственные системы контроля температурного режима трубопроводов, охладительных систем и пр., так и системы бытового назначения, например, система контроля температуры в сети отопления жилого кооперативного дома. При этом совершенно несложно написать компьютерную программу, которая преобразует последовательности измеренных значений, например, в формат Microsoft Excel и в конце отчетного периода готовит документы для расчетов.
    Теперь рассмотрим устройство регистратора DS1615 подробнее.

    Микросхема DS1615 выпускается в двух типах корпусов
    DS1615 300-mil DIP
    DS1615S 300-mil SOIC

Обозначение и назначение выводов:

Vbat - Вход подключения литиевой батареи или другого резервного источника питания. Регистратор сохраняет все функции кроме возможности связи по выбранному встроенному интерфейсу.

X1 - Вход подключения стандартного кварцевого резонатора на 32,768кГц.

X2 - Выход подключения стандартного кварцевого резонатора на 32,768кГц.

NC - Вывод не используется.

INSPEC (OPEN DRAIN IN-SPECIFICATION OUTPUT)

OUTSPEC (OPEN DRAIN OUT-SPECIFICATION OUTPUT)- Выходы состояния. Эти выводы могут использоваться для управления светодиодами.

INT (INTERRUPT OUTPUT) - Выход прерывания.

GND - Земля.

ST (START/STATUS BUTTON INPUT) - Вход Запуск/Состояние. В зависимости от значения бита SE (SE-Start Enable- выделенный бит Регистра Управления. Подробнее его функция рассматривается ниже.) выполняет следующие функции:

• инициализирует режим DATA LOG.
  
• управляет выводами INSPEC и OUTSPEC.
  

RST (3-W RESET INPUT) - Вход сброса трехпроводного интерфейса.

I/O (3-W INPUT/OUTPUT) - Вход/выход данных трехпроводного интерфейса.

SCLK (3-W SERIAL CLOCK INPUT) - Стробирущий вход трехпроводного интерфейса.

TX (TRANSMIT OUTPUT) - Выход передачи асинхронного интерфейса.

RX (RECEIVE INPUT) - Вход приемника асинхронного интерфейса.

COMSEL (COMMUNICATION SELECT INPUT) - Выбор интерфейса. С помощью этого вывода можно выбрать возможность использования одного из двух встроенных интерфейсов: синхронного (установкой логической единицы) либо асинхронного (установкой логического нуля) на данном выводе.

VCC - Основное напряжение питания +5V. Необходимо для соединения и управления регистратором по встроенному интерфейсу.

Блок-диаграмма на рис. 1 показывает функциональный состав и связи между основными блоками DS1615. Регистратор состоит из пяти основных элементов, расположенных на одном адресном пространстве следующим образом:

• 32 байта часов/календаря реального времени с регистрами управления.
  
• 32 байта энергонезависимой памяти пользователя с уникальным 64-битным серийным номером.
  
• 96 байт встроенного будильника.
  
• 128 байт памяти гистограммы.
  
• 2048 байт памяти data log.
  

Рисунок 1. Блок-диаграмма DS1615.

****************************Перевод надписей на рис. 1 ****************************
Oscillator and divider - Задающий генератор и делитель частоты.
Serial interface - Последовательный интерфейс
Internal RTC and control registers - Встроенные часы/календарь реального времени и регистры управления.
RTC and control registers - Регистры управления.
Memory function control - Управление функционированием памяти.
Control logic - Логические элементы управления.
User NV RAM - Пользовательская энергонезависимая память.
Optional Serial number - Серийный номер регистратора.
Alarm time stamp and duration logging memory - регистратор времени возникновения и продолжительности тревоги (выхода значения температуры за один из порогов)
Histogram memory - память значений гистограммы.
Temperature logging memory - память режима "data log".
Temperature sensor -- датчик температуры.
*********** *********** Конец перевода надписей**********************************

Карта памяти на рис 2. показывает основную организацию DS1615. Как видно из рисунка вся память разделена на 32-байтовые страницы следующим образом:

1. Страница 0 - часы/календарь реального времени и регистры управления.
   
2. Страница 1 - энергонезависимая память пользователя.
   
3. Страницы 17-19 - встроенный будильник.
   
4. Страницы 64-67 - память значений гистограммы.
   
5. Страницы 128-191 - память режима data log.
   
6. Страницы 2-16, 20-63, 68-127 и 192 зарезервированы для следующих модификаций.
   

Пользователь может изменить значения энергонезависимой памяти, регистров часов/календаря реального времени и регистров управления. Остальная память со стороны пользователя доступна только для чтения.

Рисунок 2. Карта памяти DS1615.

****************************Перевод надписей на рис. 1 ****************************
RTC and control registers - Часы/календарь реального времени и регистры управления.
User NV RAM - Пользовательская энергонезависимая память.
Optional Serial number - Серийный номер регистратора.
Alarm time stamp and duration logging memory - регистрация времени возникновения и продолжительности тревоги (выхода значения температуры за один из порогов).
Temperature histogram memory - память значений гистограммы.
Temperature datalog memory - память режима "data log".
Reserved for future extensions - Зарезервированы для следующих модификаций.
*********** *********** Конец перевода надписей**********************************

Встроенный датчик температуры производит измерения в диапазоне температур от -400С до +850С с шагом 0,50С и точностью ±20С. Формат данных - один байт. Нулевой температуре соответствует значение 00000000, температуре +850С - 11111110.
    Во время работы режиме "data log" значения измеренной температуры записываются в отведенные для этого страницы памяти data log. Адресное пространство начинается с адреса 1000h, в который происходит запись первого измеренного значения и заканчивается адресом 17FFh, в который записывается 2048 значение температуры. Режим data log может быть инициирован двумя различными методами:

1. Программно, используя соответствующую команду по интерфейсу.
   
2. Аппаратным путем с помощью кнопки запуска.
   

При этом пользователем определяется значение бита SE Регистра Управления. Если значение SE равно 0, то запись ненулевого значения в регистр Sample Rate (регистра, в котором хранится значения периода измерения температуры) означает включение режима. Если значение SE равно 1 и в регистре Sample Rate записано ненулевое значение, то включение режима происходит удержанием логического нуля на выводе ST в течении более чем 0,5 секунды.
    Время первого измерения температуры определяется значениями регистров Start Delay. Оба регистра Start Delay дают возможность пользователю программировать время первого измерения в диапазоне от 1 до 255 минут.
    В случае заполнения всех регистров памяти data log, т. е. при проведении более чем 2048 измерений, пользователь может выбрать следующие варианты работы:

1. Установить значение бита Roller bit в единицу и производить дальнейшие измерения температуры с записью результатов на место предыдущих, начиная с адреса 1000h.
   
2. Остановить запись измеренных значений в память.
   

Во время проведения измерений регистратор фиксирует только время первого измерения. Время проведения любого другого измерения легко находится из известных значений времени первого измерения, периода измерений и номера измерений.
    В режиме data log регистратор ведет гистограмму измеренных значений температуры. Гистограмма представлена в виде 63 отрезков данных, расположенных в области памяти, выделенной для гистограмм. Каждый отрезок представлен в виде 16-ти битного двоичного счетчика, который увеличивает свое значение на единицу каждый раз когда значение температуры попадает в данный отрезок. Для некоторых применений необходимо вести запись времени выхода температуры за заданные пороги и фиксировать продолжительность нахождения в этом состоянии. Для реализации этого режима пользователь может установить верхний и нижний пороги температуры. При выходе температуры за установленные значения микросхема генерирует сигнал тревоги и устанавливает флаг прерывания либо THF, либо TLF в Регистре Статуса. Вывод прерывания INT может быть запрограммирован на активизацию при выходе температуры либо за верхний либо за нижний пороги. Регистратор записывает время срабатывания тревоги и включает счетчик продолжительности. Формат записи состоит из трех байт:

1. Порядковый номер тревоги.
   
2. Время выхода температуры.
   
3. Продолжительность нахождения температуры за установленным диапазоном.
   

В DS1615 реализовано ряд мер по обеспечению защиты от несанкционированного доступа к памяти data log и памяти гистограммы:

1. Пользователь не может изменить программным либо аппаратным путем содержимое отдельных регистров памяти гистограммы и памяти data log. Однако он может обнулить все значения памяти data log и памяти гистограммы используя команду Очистить Память.
   
2. Пользователь не может изменить программным либо аппаратным путем содержимое регистра Sample Rate, хранящего значение периода измерения температуры. Новое значение может быть записано только после обнуления памяти data log и памяти гистограммы.
   
3. Наличие двух счетчиков измерений температуры: текущего (изменяет значение до 2048) и общего (подсчитывает общее число измерений со времени подключения питания) гарантирует, что содержимое памяти data log и памяти гистограмм не было обнулено с момента подключения питающего напряжения.
   
4. Изменение любого значения в регистрах часов/календаря реального времени либо регистров управления останавливает режим data log.
   

Рассмотрев основные свойства регистратора DS1615, можно сделать вывод, о том, что данный прибор идеально подходит именно для российских условий эксплуатации (в промышленных системах и в бытовом применении), кроме того он имеет оптимальное соотношение меду ценой и качеством для приборов данного класса. Фирма "ПетроИнТрейд" обеспечит поставку данного прибора под заказ и предоставит образцы. Кроме того, мы производим комплексные поставки изделий фирмы DALLAS SEMICONDUCTOR со склада и под заказ.
    По техническим и другим вопросам обращайтесь:

ПетроИнТрейд,
Группа электронных компонентов
(812) 310-2959, (812)511-8165,
E-mail: semicond@pit.spb.ru