Надіслати статтю
вул. Інститутська 11, м. Хмельницький, 29016
visnyk.khnu@khmnu.edu.ua
(0382) 67-51-08


ВИКОРИСТАННЯ ПРОТОКОЛУ 1-WIRE У КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМАХ «РОЗУМНОГО БУДИНКУ»
USE OF THE 1-WIRE PROTOCOL IN SMART HOME COMPUTER SYSTEMS

 Сторінки: 94-99. Номер: №6.т.2, 2022 (315)  
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6(2)-94-99
Автори:
Дмитро СТАЦЕНКО
Київський національний університет технологій та дизайну
https://orcid.org/0000-0002-3064-3109
e-mail: statsenko.dv@knutd.com.ua
Володимир СТАЦЕНКО
Київський національний університет технологій та дизайну
https://orcid.org/0000-0002-3932-792X
e-mail: statsenko.v@knutd.edu.ua
Євгенія РОМАНЮК
Київський національний університет технологій та дизайну
https://orcid.org/0000-0003-4805-959X
e-mail: romanyuk.yo@knutd.edu.ua
ОСИПЕНКО В.В.
Київський національний університет технологій та дизайну
https://orcid.org/0000-0002-1077-1461
e-mail: osypenko.vv@knutd.edu.ua
Dmytro STATSENKO, Volodymyr STATSENKO, Yevheniia ROMANIUK, Volodymyr OSYPENKO
Kyiv national university of technologies and design

Анотація мовою оригіналу

 У статті розглядаються комп’ютерні системи, які використовуються у «Розумному будинку». Проведено порівняльний аналіз цих комп’ютерних систем. Наголошено, що такі системи мають ряд переваг, які позитивно впливають на життя та безпеку людини. Використання пристроїв для вимірювання температури широко використовується у комп’ютерних системах для моніторингу умов «Розумного будинку». Необхідність встановлення великої кількості датчиків призводить до зростання складності таких комп’ютерних систем. Важливу роль у розробці систем відіграють протоколи з’єднання датчиків з мікроконтролером.
Представлені дві імітаційні моделі комп’ютерних систем «Розумного будинку» для визначення температури в приміщенні на базі класичного протоколу з’єднання так і з використанням протоколу 1-Wire. У імітаційній моделі на базі стандартного протоколу використано: плата Arduino Uno на базі мікроконтролера Atmega328p, датчики температури LM35 та мультиплексор 74HC4051D. У імітаційній моделі з використанням протоколу 1-Wire використано: плата Arduino Uno тацифровий  датчики температури DS18B20. Наведено інформацію про роботу протоколу 1-Wire, який широко застосовується для підключення великої кількості датчиків з таким інтерфейсом, а саме існує теоретична можливість адресації необмеженої кількості подібних пристроїв на однопровідній лінії. В імітаційній моделі системи з використаним протоколом 1-Wire кількість датчиків під’єднаних до одного виводу збільшена до 12 з метою аналізу та демонстрації можливостей системи. За результатами моделювання представлені наступні параметри: кількість можливих з’єднань, складність конструкції, використання компактного програмного коду, частота тактового сигналу та вартість комп’ютерних систем «Розумного будинку».
У висновках подано результати проведеного аналізу розглянутих імітаційних моделей комп’ютерних систем. Наведено переваги та недоліки систем з 1-Wire протоколом.
Ключові слова: імітаційна модель, комп’ютерна системи, 1-Wire, датчик температури, Arduino UNO, мікроконтролер.

Розширена анотація англійською  мовою

The article examines the computer systems used in the “Smart House”. A comparative analysis of these computer systems was carried out. It was emphasized that such systems have a number of advantages that have a positive impact on human life and safety. The use of temperature measuring devices is widely used in computer systems to monitor Smart Home conditions. The need to install a large number of sensors leads to an increase in the complexity of such computer systems. Protocols for connecting sensors to a microcontroller play an important role in system development.
The analysis of the latest publications and studies provides information on the widespread use of the 1-Wire protocol in various fields to solve practical problems and the need for further improvement of systems using this protocol.
Two simulation models of “Smart House” computer systems for determining indoor temperature based on the classic connection protocol and using the 1-Wire protocol are presented. The simulation model based on the standard protocol uses: an Arduino Uno board based on an Atmega328p microcontroller, LM35 temperature sensors and a 74HC4051D multiplexer. In the simulation model using the 1-Wire protocol, the following are used: Arduino Uno board and DS18B20 digital temperature sensors. Information is given on the operation of the 1-Wire protocol, which is widely used to connect a large number of sensors with such an interface, namely, there is a theoretical possibility of addressing an unlimited number of similar devices on a single-wire line. In the simulation model of the system with the used 1-Wire protocol, the number of sensors connected to one output is increased to 12 in order to analyze and demonstrate the capabilities of the system. According to the simulation results, the following parameters are presented: the number of possible connections, the complexity of the design, the use of compact software code, the frequency of the clock signal, and the cost of the Smart Home computer systems.
The results of the analysis of the considered simulation models of computer systems are presented in the conclusions. Advantages and disadvantages of systems with 1-Wire protocol are given.
Keywords: simulation model, computer systems, 1-Wire, temperature sensor, Arduino UNO, microcontroller.

Література

  1. Alexandra Deschamps-Sonsino Smarter Homes. Apress Berkeley, CA. 2018. pp. 168.
  2. Nagender Kumar Suryadevara, Subhas Chandra Mukhopadhyay Design, Implementation and Issues. Springer Cham, 2015. pp. 180.
  3. Kamran Souri, Kofi A.A. Makinwa. Energy-Efficient Smart Temperature Sensors in CMOS Technology. Springer Cham, 2018. pp. 118.
  4. Magre, Luz & Martinez Santos, Juan Carlos. Leveraging 1-wire Communication Bus System for Secure Home Automation / Colombian Conference on Computing. Communications in Computer and Information Science. Springer Verlag. 2017, pp 759-771.
  5. Du, Zuliang & Lv, Z.. An intelligent temperature-measuring system based on 1-wire bus in underground heat exchanger / International Review on Computers and Software, Praise Worthy Prize, s.r.l.. 2012, pp. 1845-1849.
  6. Wu, Tao & Zhou, Xiaomin & He, Xiaonan & Xu, Yan.. Design of distributed temperature-measuring system based on 1-wire bus for ultra-kilometre frozen deep well / Evolutionary Intelligence, Springer Nature. 2021.
  7. Nasir, Ibrahim & Abdurrhman, Ahmed & Al-Hashmi, Salem & Mohammed, Hamd.. Design and Development of a Temperature Monitoring System Based on PIC Microcontroller and 1- Wire Communication Protocol / Journal of Pure & Applied Sciences. 2017, pp. 8-13.
  8. Mohammad, Chowdhury & Masum Refat, Chowdhury.. Design and Implementation of Data Acquisition and Control System Using 1-Wire Protocol.
  9. PCB Design and Circuit Simulator Software – Proteus. URL: https://www.labcenter.com/
  10. Arduino UNO R3. Product Reference Manual. URL: https://docs.arduino.cc/resources/datasheets/A000066-datasheet.pdf
  11. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf
  12. CMOS Digital Integrated Circuits 74HC4051D, 74HC4052D. URL: https://www.mouser.com/datasheet/2/408/74HC4051D_datasheet_en_20201203-959201.pdf
  13. DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermomete. URL: https://arduino.ua/docs/DS18B20.pdf

References

  1. Alexandra Deschamps-Sonsino Smarter Homes. Apress Berkeley, CA. 2018. pp. 168.
  2. Nagender Kumar Suryadevara, Subhas Chandra Mukhopadhyay Design, Implementation and Issues. Springer Cham, 2015. pp. 180.
  3. Kamran Souri, Kofi A.A. Makinwa. Energy-Efficient Smart Temperature Sensors in CMOS Technology. Springer Cham, 2018. pp. 118.
  4. Magre, Luz & Martinez Santos, Juan Carlos. Leveraging 1-wire Communication Bus System for Secure Home Automation / Colombian Conference on Computing. Communications in Computer and Information Science. Springer Verlag. 2017, pp 759-771.
  5. Du, Zuliang & Lv, Z.. An intelligent temperature-measuring system based on 1-wire bus in underground heat exchanger / International Review on Computers and Software, Praise Worthy Prize, s.r.l.. 2012, pp. 1845-1849.
  6. Wu, Tao & Zhou, Xiaomin & He, Xiaonan & Xu, Yan.. Design of distributed temperature-measuring system based on 1-wire bus for ultra-kilometre frozen deep well / Evolutionary Intelligence, Springer Nature. 2021.
  7. Nasir, Ibrahim & Abdurrhman, Ahmed & Al-Hashmi, Salem & Mohammed, Hamd.. Design and Development of a Temperature Monitoring System Based on PIC Microcontroller and 1- Wire Communication Protocol / Journal of Pure & Applied Sciences. 2017, pp. 8-13.
  8. Mohammad, Chowdhury & Masum Refat, Chowdhury.. Design and Implementation of Data Acquisition and Control System Using 1-Wire Protocol.
  9. PCB Design and Circuit Simulator Software – Proteus. URL: https://www.labcenter.com/
  10. Arduino UNO R3. Product Reference Manual. URL: https://docs.arduino.cc/resources/datasheets/A000066-datasheet.pdf
  11. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf
  12. CMOS Digital Integrated Circuits 74HC4051D, 74HC4052D. URL: https://www.mouser.com/datasheet/2/408/74HC4051D_datasheet_en_20201203-959201.pdf
  13. DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermomete. URL: https://arduino.ua/docs/DS18B20.pdf

Post Author: Горященко Сергій

Translate