1-Wire Bussystem. Grundlagen, Tipps und Hintergrundinformationen. Inhaltsangabe und Leseprobe

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1 1-Wire Bussystem Grundlagen, Tipps und Hintergrundinformationen Inhaltsangabe und Leseprobe Andreas Geisler E-Service GmbH Inhaltsangabe zu Grundlagen 1-Wire Bussystem_V1.4 Seite 1 von 5

2 Inhalt Seite 1 WAS IST DER 1-WIRE BUS? 4 2 RICHTLINIEN FÜR 1-WIRE NETZWERKE 4 3 DATENÜBERTRAGUNG (ETWAS THEORIE) WIRE NETZWERK TOPOLOGIEN LINEAR TOPOLOGIE ABZWEIG TOPOLOGIE STERN ODER BAUM TOPOLOGIE BEWERTUNG DER BUS-TOPOLOGIEN REFLEXIONEN PRAKTISCHE UMSETZUNG, BAUM TOPOLOGIE 6 5 REPEATER 6 6 KABELLÄNGEN EINES 1-WIRE BUS 6 7 BUSABSCHLUSS 7 8 SIGNALVERFORMUNG BEI LANGEN LEITUNGEN 7 9 KENNDATEN EINES 1-WIRE BUS RADIUS (GEMESSEN IN METERN) GEWICHT (GEMESSEN IN METERN) BEDEUTUNG DER KENNDATEN 8 10 INSTALLATION NETZWERK GRÖßE VERKABELUNG USB-SCHNITTSTELLEN FÜR BUSKOPPLER / CONTROLLER TELEFON UND CAT-KABEL TIPPS ZUR KABELAUSWAHL 9 11 STECKERBELEGUNG BELEGUNG VON CAT-KABELN (E-SERVICE UND 1-WIRE.ORG) WIRE VERTEILER MIT RJ45 BUCHSEN BEWERTUNG DES 1-WIRE NETZWERKS ELEKTRISCHE DATEN BETRIEBSSPANNUNG STROMAUFNAHME WIRE SENSOREN BETRIEBSART PARASITÄR MODE ABBLOCK- ODER STÜTZKONDENSATOREN FÜR BAUSTEINE WIRE UND PT1000 TEMPERATURSENSOREN SPANNUNGSVERSORGUNG DES 1-WIRE NETZWERKS ENERGIEVERBRAUCH / ENERGIESPAREND WANN IST EIN NETZTEIL / 1-WIRE HUB NOTWENDIG? ELEKTROMAGNETISCHE UMWELTVERTRÄGLICHKEIT (ELEKTRO SMOG) TIPPS ZUR VERSORGUNG DER SENSOREN UND AKTOREN WIRE ADAPTER, 1-WIRE BUSKOPPLER WIRE ADAPTER / BUSKOPPLER (BUS MASTER, BLAUES GEHÄUSE) WIRE BUSKOPPLER AUF BASIS DS WIRE BUSKOPPLER MIT ISOLATION AUF BASIS DS WIRE BUSKOPPLER ETHERNET WIRE CONTROLLER WIRE HUB DESIGNRICHTLINIEN FÜR SENSOREN UND AKTOREN ANHANG, STECKER UND BUCHSEN BELEGUNG 1-WIRE FÜR RJ45, ETHERNET KABEL Inhaltsangabe zu Grundlagen 1-Wire Bussystem_V1.4 Seite 2 von 5

3 19.2 RJ45 STECKER USB-ADAPTER DS ADAPTERKABEL RJ12 BUCHSE RJ12 STECKER TEMPERATURSENSOREN MIT KABEL RJ11 BUCHSE RJ11 STECKER QUELLEN WARENZEICHEN BILDNACHWEIS Inhaltsangabe zu Grundlagen 1-Wire Bussystem_V1.4 Seite 3 von 5

4 1 Was ist der 1-Wire Bus? 1-Wire ist ein digitaler, serieller Bus des Herstellers Maxim (ehem. Dallas), der in seiner kleinsten Ausbaustufe mit einer Datenleitung (DQ) und einer Masseleitung (GND) auskommt. Die Bezeichnung 1-Wire leitet sich daher ab, dass zu der vorhandenen Masseleitung nur eine weitere Ader, die Datenleitung, für die gesamte Buskommunikation notwendig ist. In einigen Dokumenten wird der 1-Wire Bus auch als "MicroLAN" bzw. "Single- Wire Serial Interface" bezeichnet. Ursprünglich wurde der 1-Wire Bus für die Kommunikation zwischen den Komponenten eines Gerätes bzw. innerhalb eines Schaltschrankes entwickelt. Im Laufe der Zeit wurde er als ein einfach anwendbares Bussystem für längere Strecken, mit bis zu mehreren hundert Metern, erweitert ("1-Wire Extended Network Standard"). Dies wurde insbesondere durch verbesserte Busmaster / Buskoppler mit Kontrolle der Signalanstiegszeit ("Slew Rate Control") und aktivem Pull Up Widerstand, sowie durch Rauschfilter und ein optimiertes Timing erreicht. Alle bei uns erhältlichen 1-Wire Adapter / Buskoppler erfüllen diese Anforderungen. 2 Richtlinien für 1-Wire Netzwerke Von Dallas / Maxim gibt es eine umfangreiche, englischsprachige Dokumentation zum Einsatz und Betrieb von 1-Wire Bauteilen. Die folgende Beschreibung basiert u.a. auf der Application Note AN148 von Dallas / Maxim "Guidelines for Reliable 1-Wire Networks" ( und auf langjährigen praktischen Erfahrungen mit 1-Wire Netzwerken. Die Application Note AN148, wie auch die anderen Dokumentationen zum 1-Wire Bus, sind durchaus interessante Nachschlagewerke von Dallas / Maxim, die einem möglicherweise viele Stunden Suche bei einem Fehler oder bei einem Fehlverhalten ersparen kann. Ich empfehle ausdrücklich, die Dokumente zu lesen. 3 Datenübertragung (etwas Theorie) Die Datenübertragung erfolgt in Blöcken zu 64 Bit und ist bidirektional, seriell, asynchron und halbduplex, da dieselbe Datenleitung für Senden, Empfangen und Clock-Signal benutzt wird. Die gesamte Kommunikation wird durch den Buskoppler (Busmaster) gesteuert. Es können eine große Anzahl von 1-Wire Bausteinen (Slaves) an einem Buskoppler angeschlossen werden. Die Anzahl der Slaves wird praktisch nur durch die Busauslastung der Datenübertragung pro Zeiteinheit limitiert. Die Geschwindigkeit der Datenübertragung reicht von 9,6 kbps (Standard) bis 125 kbps (Overdrive). Hierbei ist "Parasitic Power"* nur bei der Standard-Übertragungsrate möglich. Üblicherweise wird die Geschwindigkeit von 9,6 kbps zur Datenübertragung benutzt, was auch sehr gut ausreicht. * Parasitic Power = Spannungsversorgung von 1-Wire Bausteinen über die Datenleitung 4 1-Wire Netzwerk Topologien An einer Stelle im 1-Wire Bussystem wird der Buskoppler (Busmaster oder auch Busadapter genannt) angeschlossen. Dieser stellt die Verbindung zu dem übergeordneten Rechnersystem dar. Über den Buskoppler oder einen 1-Wire Hub wird meist auch die Spannungsversorgung (5V und 12V Hilfsspannung) zur Verfügung gestellt. 4.1 Linear Topologie Die Hauptleitung (Strang) erstreckt sich vom Master bis zum am weitest entfernten Slave. Alle dazwischen liegenden Slaves sind entweder direkt am Strang oder über kurze Leitungen, mit einer Länge von max. 3m, angeschlossen Inhaltsangabe zu Grundlagen 1-Wire Bussystem_V1.4 Seite 4 von 5

5 4.2 Abzweig Topologie Der Aufbau entspricht der Linear-Topologie mit dem Unterschied, dass die Slaves über Leitungen mit einer Länge von mehr als 3m (Abzweig, Stub) am Hauptstrang angeschlossen sind. 4.3 Stern oder Baum Topologie Das Netz teilt sich hier am oder in der Nähe vom Master in mehrere große Stränge auf. Die Slaves sind am Ende oder entlang des jeweiligen Strangs angeschlossen. 4.4 Bewertung der Bus-Topologien Reflexionen Jede Abzweigung verursacht an der Anschlussstelle eine Impedanz-Fehlanpassung. Diese erzeugt unerwünschte Reflexionen auf der Datenleitung, die das Nutzsignal verfälschen oder teilweise auslöschen kann. Je länger ein Abzweig ist, desto stärker treten sie in Erscheinung. Unter diesem Gesichtspunkt betrachtet, schneidet die Stern- Topologie am schlechtesten ab. Die verschiedenen Stränge bilden Äste mit starker Fehlanpassung, die sich gegenseitig ungünstig beeinflussen. Die Stern Topologie oder Baum Topologie ist in der Praxis mit Abstand am schwierigsten in den Griff zu bekommen, jedoch am häufigsten im Einsatz. Durch den Einsatz von Repeater kann diese Topologie entspannt werden, da hier die nachgeschalteten Netzwerkteile vom Hauptstrang elektrisch getrennt werden. In der Dallas / Maxim Application Note AN148 wird daher ausdrücklich von nicht-geschalteten Stern-Topologien (unswitched star type topologies) abgeraten. In der Praxis ist dies aber wahrscheinlich die am häufigsten vorkommende Topologie. Von uns auch Kraut und Rüben Topologie oder eleganter Baumstruktur genannt. Die beste Topologie ist die Lineare Topologie, da bei Abzweiglängen unter 3m so gut wie keine Reflexionen auftreten. Bei dieser Topologie wird die höchste Zuverlässigkeit erzielt. Es ist jedoch in der Praxis die am schwierigsten umzusetzende und aufwendigste Installation. Bisher kennen wir nur wenige Kunden, die es geschafft haben, diese Technik konsequent in einem Haus umzusetzen Inhaltsangabe zu Grundlagen 1-Wire Bussystem_V1.4 Seite 5 von 5