Компоненты для систем автоматической идентификации

Широкое внедрение информационных систем потребовало создания более совершенных средств автоматической идентификации. К таким средствам с полным основанием можно отнести принципиально новый тип электронных идентификаторов компании Dallas Semiconductor. Приборы семейства, получившие название iButton (старое название Touch Memory), обладают целым рядом уникальных особенностей.

Конструктивные особенности. Целый ряд уникальных свойств iButton обеспечивается благодаря необычному корпусу прибора. Кристалл памяти и миниатюрная литиевая батарейка смонтированы в герметичном корпусе MicroCan из нержавеющей стали диаметром 17.35 мм и толщиной 5,89 мм (корпус типа F5) или 3,1 мм (корпус типа F3). Помимо защитных свойств стальной корпус выполняет также роль электрических контактов. Корпус прибора состоит из ободка с донышком и электрически изолированной крышки. Доступ к содержимому памяти прибора осуществляется только через две линии: земляную и двунаправленную сигнальную. Ободок и донышко представляют собой земляной контакт, а крышка выполняет функцию сигнального контакта. Для считывания данных из приборов iButton используется контактное устройство Touch Probe, которое представляет собой механический узел, форма которого сделана такой, чтобы он точно сопрягался с круглым корпусом прибора. Малые размеры Touch Probe позволяют встраивать его непосредственно в контроллер, прикреплять на любую поверхность или использовать в виде отдельного устройства. Взаимодействие с прибором обеспечивается моментальным касанием зонда с корпусом iButton таким образом, что донышко прибора контактирует с углубленной центральной областью зонда, а ободок - с боковой поверхностью.

Одним из основных преимуществ iButton по сравнению с идентификаторами других типов является их высокая надежность. Приборы выдерживают механический удар 500 g, падение с высоты 1.5 метра на бетонный пол, 11-килограммовую нагрузку на корпус, не подвержены воздействию магнитных и статических полей, промышленной атмосферы, работают в диапазоне температур от –40°C до +85°C для DS1990 и от -20 °C до +85°C для всех остальных приборов семейства.

В структуре iButton можно выделить четыре основных блока: постоянное запоминающее устройство, блокнотная память, оперативное запоминающее устройство, часы реального времени (для DS1994), а также элемент питания - встроенная миниатюрная литиевая батарейка.

Постоянное запоминающее устройство. Каждый прибор iButton содержит ПЗУ, в котором хранится 64-разрядный код, состоящий из 8-разрядного кода типа прибора, 48-разрядного уникального серийного номера и 8-разрядной контрольной суммы. Размещаемые в ПЗУ данные представляют собой уникальную кодовую комбинацию, которая записывается в прибор с помощью лазера во время его изготовления. Напряжение питания ПЗУ подается по сигнальной линии данных, что позволяет, во-первых, сэкономить энергию встроенной литиевой батарейки, и, во-вторых, считывать память независимо от энергии батарейки.

Оперативное запоминающее устройство. Самый простой прибор семейства DS1990 содержит только постоянную память. Все остальные приборы имеют в своем составе также статическую оперативную память с неограниченным числом циклов записи/чтения. Питание памяти обеспечивается миниатюрной литиевой батарейкой, срок службы которой составляет не менее 10 лет.

Вся оперативная память разделена на отдельные страницы объемом по 32 байта. DS1992 содержит 4 страницы, DS1993 и DS1994 - 16 страниц. DS1994 содержит дополнительную 17-ю страницу, которая имеет объем 30 байт и предназначена для работы часов реального времени.

Чтобы предотвратить разрушение информации, в структуре iButton предусмотрена дополнительная буферная память, которая выполняет функцию блокнотной области. Эта память защищает прибор от случайной записи новых данных на место имеющихся или от записи не по тому адресу. Все поступающие в прибор данные первоначально записываются в блокнотную память. Затем они читаются из нее в считывающее устройство, где сравниваются с данными, которые необходимо было записать. После верификации выполняется операция копирования содержимого блокнотной памяти в основную.

Оперативное запоминающее устройство с защитой доступа. Приборы DS1992-94 имеют идентичную по структуре оперативную память, любая страница которой доступна как по чтению, так и по записи. Прибор DS1991 имеет более сложную архитектуру оперативной памяти. В этом приборе реализована на аппаратном уровне защита памяти от несанкционированного доступа. Вся энергонезависимая память разделена на четыре независимых страницы по 64 байта, одна из страниц - блокнотная память. Каждая страница основной памяти состоит из 48 байтов, предназначенных для хранения данных, и двух служебных полей по 8 байт каждое для хранения идентификатора и пароля. Механизм доступа к памяти реализован с помощью двух ключей: открытого, хранящегося в поле идентификатора, и закрытого, записанного в поле пароля. Открытый ключ записывается и считывается, закрытый - только устанавливается и не может быть прочитан. Закрытый ключ обеспечивает санкционированный доступ к памяти и защищен от случайного изменения с помощью открытого ключа. При любом обращении к памяти в DS1991 сначала передается закрытый ключ данной страницы. В том случае, если он совпадает с ключом, предварительно записанным в поле пароля, память будет доступна как по записи, так и по чтению. При несовпадении кодов данные в память не записываются, а в режиме чтения из DS1991 считывается последовательность случайных чисел. Для записи нового значения закрытого ключа в DS1991 необходимо передать код открытого ключа выбранной страницы. При совпадении этого кода с кодом, ранее записанным в поле идентификатора, в служебное поле данной страницы записываются новые значения обоих ключей, а область данных стирается. При несовпадении кодов значение закрытого ключа не изменяется. Реализованный в DS1991 механизм доступа к памяти обеспечивает надежную защиту памяти от несанкционированной записи/чтения.

Приборы серии DS198X имеют однократно программируемую память EPROM. Поставляется несколько типов приборов с различным объемом памяти: DS1982 - 1 Кбит, DS1985 - 16 Кбит, DS1986 - 64 Кбит.

Прибор DS1971 сочетает в себе достоинства, присущие приборам семейств DS199X и DS198X. В своем составе он имеет два типа основной памяти: однократно программируемую объемом 64 бита типа EPROM, которая автоматически становится недоступной для модификации после ее записи и многократно перепрограммируемую память объемом 256 бит типа EEPROM, которая может служить для хранения информации, требующей модификации во время работы. Это могут быть шифровальные ключи, пароли, категории доступа, информация о владельце прибора и др. Прибор DS1971 может использоваться в качестве недорогой и многофункциональной карточки при построении развитых систем контроля доступа.

Зачастую в распределенных системах контроля доступа, охранной сигнализации локально размещается большое количество приборов, после монтажа которых возникает потребность детализировать информацию об установленном оборудовании. Информация такого рода может храниться непосредственно на идентификаторе объекта сети. Для этого предназначены микросхемы DS2502, DS2505, DS2506. Эти приборы, кроме стандартных средств однопроводного интерфейса, имеют встроенную память типа EPROM размерностью, соответственно, 1КБит, 16КБит, 64КБит. Объем памяти приборов позволяет хранить не только справочные данные об объекте, но и пополняемую информацию о его состоянии, которую записывает в них локальный контроллер. Такую информацию могут составлять даты проведенных проверок, пиковые значения параметров, результаты контрольных измерений и т.п.

Часы реального времени. В DS1994 имеется схема часов реального времени. Встроенный кварцевый генератор, работающий на частоте 32,768 Гц, вырабатывает стабильные сигналы отсчета времени. Схема содержит три счетчика: 40-разрядный счетчик временных импульсов, 40-разрядный интервальный таймер, подсчитывающий время активного состояния сигнальной линии и 32-разрядный счетчик циклов, подсчитывающий число циклов обмена данными с прибором. Помимо этих счетчиков в схеме имеются три регистра аналогичного назначения. При совпадении текущего значения счетчика с предварительно записанными в регистре данными в статусном регистре устанавливается соответствующий флаг.

Однопроводный интерфейс. Важнейшей особенностью всех приборов описываемого семейства является их способность обмениваться данными с контроллерами по однопроводному интерфейсу MicroLAN. Скорость обмена невысока (16.3 Кбит/сек), однако компенсацией этого является существенный выигрыш в стоимости коммутационной проводки, все соединения которой выполняются проводом типа "витая пара".

Не менее важно и то, что Dallas Semiconductor предлагает адресуемые переключатели DS2405, предназначенные для ветвления сети. В выключенном состоянии этот прибор представляется для сети как обычный электронный идентификатор. После включения DS2405 делает ветвь доступной микроконтроллеру и возникает возможность опросить контактные приспособления этой ветви сети. Каждая линия может иметь до 20 ветвлений длиной до 50 метров.

Для передачи/приема информации используется двунаправленная сигнальная линия, обмен в которой осуществляется в режиме полудуплекса. Взаимодействие приборов по однопроводному интерфейсу организовано по принципу ведущий-ведомый. При этом считывающее устройство всегда ведущее, а один или несколько приборов iButton - ведомые.

Возможность расширения сети реализуется применением схемы двухпортовой памяти DS2404, которая обладает уникальным серийным номером, сетевым контроллером, поддерживает стандартный однопроводный интерфейс Dallas Semiconductor. Кроме этого, в прибор встроен программируемый интервальный таймер, часы/календарь и программируемый счетчик количества циклов включения питания. Прибор имеет энергонезависимую память, питающуюся от литиевой батарейки.