Локальная сеть с приемниками без микроконтроллеров

     В мире уже реализовано много проектов по развертыванию сетей, охватывающих многоквартирные дома, гостиницы, школы. Свойства соответствующих решений неодинаковы, зависят от круга решаемых при этом задач, затрагивающих технические, правовые и коммерческие аспекты. Состояние дел по разработке и принятию стандартов и нормативных актов пока заметно отстает от развития самих технологий. Значительное распространение получают новые виды информационного обмена: средства домашней автоматики, сети малых и домашних офисов, распределенные системы охранной и иной сигнализации. При этом определяющую роль играет экономический фактор: дешевизна и доступность. В Интернете можно встретить описания оригинальных проектов и различных интересных конструкций для нужд промышленной электроники, включая любительские (ограничивается использованием для формирования набора команд тонов звукового, ультразвукового диапазона частот или инфракрасной связи).
     Каждое принимающее устройство в системе имеет собственный адрес, а управление им осуществляется посредством сигналов декодируемых в приемнике. Последний факт особенно важен при массовом распространении, так как определяет возможность однозначно идентифицировать, куда направлена информация.
     Протокол LIN (Local Interconnection Network) [1] предназначен для создания дешевых локальных сетей обмена данными на коротких расстояниях, имеющих универсальность, многофункциональность, а также простоту разработки и отладки. Он служит для передачи входных воздействий, состояний переключателей на панелях управления, а также ответных действий различных устройств, соединенных в одну систему. LIN эффективно поддерживает управление электронными узлами в автомобильных системах и подразумевает наличие в системе одного главного (master) и нескольких подчиненных (slave) узлов, работающих от RC-генератора (без кварцевого резонатора) на расстоянии до 40 м со скоростью до 20 кбит/с. В пассивном состоянии напряжение на шине близко к напряжению аккумуляторной батареи, хотя напряжение питания микроконтроллера 5 В.
     Каждое сообщение в протоколе LIN  содержит поле синхронизации, и каждый подчиненный узел обязан подстроить по этому полю частоту своего приемопередатчика. Для того чтобы определить время передачи одного бита, необходимо засечь время четырех периодов стартовой посылки, разделить на 8 и округлить. В идентификационном поле сообщается информация о том, что последует дальше. Поле синхронизации разделено на три части: четыре бита (0-3) содержат адрес приемника, с которым будет производиться обмен, два бита (4-5) указывают количество передаваемых байт, и последние два бита (6-7) используются для контроля четности. Четыре бита адреса могут выбирать один из 16-ти приемников. Спецификация LIN не устанавливает жестких рамок на передаваемую информацию, оставляя свободу творчества для программистов. Это перечисление сделано специально, чтобы дальше показать, что от всех этих сложностей можно успешно отказаться.
     В [2] приведена схема приемника для побитного последовательного приема информации с одновременным преобразованием в параллельный вид для канала односторонней проводной связи с одним подчиненным узлом. На рис. 1 показана схема, использующая такой же принцип, но снабженная элементами тактовой временной синхронизации для выбора нужного приемника и пригодная для создания локальной сети. Количество приемников может быть ограничено только нагрузочной способностью передающего узла и реальным временем обслуживания задач конкретной сети. В схеме использовано 3 типа широко распространенных микросхем. В пассивном состоянии напряжение на шине равно лог. "1" передающего устройства (IBM PC или микроконтроллер) и обеспечивает надежную помехозащищенность в период ожидания сигнала. Приемники будут отличаться только номиналом конденсатора С4 или резистора R4 (на выбор). Взаимодействие сигналов для выполнения выбора конкретного приемника и приема информации показано на рис. 2. Длительность импульсов для первого приемника, формируемая одновибраторами  DA1 и DA2 на выводах 3, составляет 10 мкс (более точно 9,9 мкс, t = 1,1(R)C). Длительность импульса DA2 - 20 мкс. Для второго приемника длительность импульса DA1 должна быть 30 мкс, третьего - 50 мкс и т.д. На микросхеме DD1 К561ЛА7 выполняется выбор нужного приемника в момент совпадения перехода сигнала на шине с уровня лог. "0" в лог. "1" с высоким уровнем на выходе микросхемы DA2. Последовательная запись лог. "0" или лог. "1" в параллельный регистр DD2, находящийся в режиме приема последовательной информации, определяется состоянием сигнала на выводе 8 микросхемы DA3 синхронно с моментом положительного перепада на его тактовом входе "С" и обеспечивается длительностью сигнала от передатчика. Конденсатор С3 предназначен для исключения высокочастотных помех. Три таймера NE555 могут быть заменены одним 558 с любым буквенным индексом (4 таймера в 16-ти выводном корпусе).
     Следует отметить, что задержка распространения сигнала при организации связи с помощью несогласованных витых пар при длине связи 30 м на порядок ниже используемых временных параметров, обеспечивающих устойчивость передачи данных.
     Вся логика схемы может быть заменена одним микроконтроллером, что при удачном его выборе окажется дешевле и компактнее, отпадет необходимость в резисторах и конденсаторах, хотя понадобятся индивидуальные программы для каждого приемника. В этом случае связь гораздо проще может быть выполнена через коаксиальный кабель по схеме последовательного или параллельного согласования [3]. При параллельном согласовании частоту передачи можно поднять больше чем на порядок.
     Устройство может быть применено для вывода информации с РС на большие семисегментные индикаторы, светодинамические установки, выборочного включения Web-камер, подключенных к одному кабелю и т.д.

     Литература
     1. http://www.chip-news.ru/archive/chipnews/200102/12.html.
     2. Мельник В. Простой приемник последовательной информации//Радиосхема.- 2007.- №5.- С.6.
     3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник/С.В. Якубовский, Л.Н. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского//Радио и связь.- 1990.-С.85.

  Рис. 1    Рис. 2