Trong chuẩn giao tiếp 1 dây (1 wire) chỉ cần một dây để truyền tín hiệu và làm nguồn nuôi.Đây là chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half- duplex).Trong giao tiếp này tuân theo mối liên hệ chủ tớ một cách chặt chẽ. Trên một bus có thể gắn một hoặc nhiều thết bị slave (tớ). Nhƣng chỉ có một master (chủ) có thể kết nối điểm bus này.
Bus dữ liệu khi ở trạng thái rảnh (khi khơng có dữ liệu trên đƣờng truyền) phải ở mức cao do vậy bus dữ liệu phải đƣợc kéo lên nguồn thông qua một điện trở. Giá trị điện trở này có thể tham khảo trong datasheet của thiết bị / các thiết bị slave.
Hình 25: Bộ ghép nối nhiều cảm biến DS18B20
Các thiết bị tớ (slave) kết nối với cùng một bus đƣợc phân biệt với nhau nhờ 64 bit địa chỉ duy nhất (64-bit serial number).8 byte (64 bit) này và đƣợc chia làm ba phần chính.
Bắt đầu với LSB, là byte đầu tiên là mã họ thiết bị có độ lớn 8 bit (8-bit family codes) xác định kiểu thiết bị. 6 byte tiếp theo lƣu trữ địa chỉ riêng của thiết bị. Byte cuối cùng (MSB) là byte kiểm tra tính tồn vẹn dữ liệu cyclic redundancy check (CRC) có giá trị tƣơng ứng với giá trị 7 byte đầu tiên. Nhờ byte CRC giúp cho master xác định có địa chỉ đƣợc đọc có bị lỗi hay khơng. Với 224 địa chỉ khác nhau tạo ra một số lƣợng rất lớn các địa chỉ. Do vậy, vấn đề về địa chỉ không phải là vấn đề chính trong chuẩn giao tiếp này.
Nguyên lý hoạt động của chuẩn giao tiếp 1 dây: [17]
Tín hiệu trên bus 1 wire chia thành các khe thời gian 60𝜇𝑠. 1 bit dữ liệu đƣợc truyền trên bus dựa trên khe thời gian (time slots).Các thiết bị slave cho phép có thời gian nền có một sự khác biệt.Tuy nhiên đối với thiết bị master cần có bộ định thời với độ chính xác cao, để đảm bảo giao tiếp đúng với các thiết bị slave có
thời gian nền khác biệt. Do đó các hoạt động của chuẩn giao tiếp 1 dây phải tuân theo giới hạn thời gian trong các phần sau.
Dạng sóng của chuẩn giao tiếp 1 dây (1-wire waveforms):[17]
Hình 26: Nguyên lý hoạt động của chuẩn giao tiếp 1 dây (1-wire)
Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 1, gửi bit 0, và đọc bit. Thao tác byte nhƣ gửi các byte và đọc byte dựa trên thao tác từng bit.
Gửi bit 1 (“Wire 1” signal)
Thiết bị master kéo xuống mức thấp trong khoảng 1 đến 5𝜇𝑠. Sau đó nhà bus (releases the bus) cho đến hết phần còn lại của khe thời gian.
Gửi bit 0 (“Wire 0” signal)
Kéo bus xuống mức thấp nhất trong ít nhất 60 𝜇𝑠, với chiều dài tối đa 120 𝜇𝑠.
Trong đó, giữa các lần gửi bit 0 (hoặc 1), phải có khoảng thời gian phục hồi bus (recovery time) tối thiểu 1 𝜇𝑠.
Đọc bit (“Read” signal)
Thiết bị master kéo bus xuống mức thấp từ 0 - 15 𝜇𝑠. Khi đó thiết bị tớ sẽ giữ bus ở mức thấp nếu muốn gửi bit 0, Nếu muốn gửi bit 1 đơn giản là nhả bus. Bus nên lấy mẫu 15 𝜇𝑠 sau khi bus kéo xuống mức thấp.
Thiết lập lại/Báo hiện diện (“Reset/Presence”)
Tín hiệu reset và presence (báo hiệu điện) đƣợc trình bày nhƣ hình 26. Thiết bị master kéo bus xuống thấp ít nhất 8 khe thời gian (tức là 480 𝜇𝑠) và sau đó nhả bus. Khoảng thời gian bus ở mức thấp đó gọi là tín hiệu reset.
Nếu có thiết bị slave gắn trên bus nó sẽ trả lời bằng tín hiệu Presence tức là thiết bị tớ sẽ kéo bus xuống mức thấp trong khoảng thời gian 60 𝜇𝑠.
Nếu khơng có tín hiệu presence, thiết bị master sẽ hiểu rằng khơng có thiết bị slave nào trên bus, và các giao tiếp tiếp theo sẽ không thể diễn ra.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống đo nhiệt độ dựa trên nguyên tắc giao tiếp một dây của cảm biến nhiệt DS18B20.
2.4. Cảm biến độ dẫn
Một cảm biến đo độ dẫn điển hình áp dụng dịng điện xoay chiều (I) ở tần số tối ƣu đến hai điện cực hoạt động và đo điện thế (V). Điện thế đo và điện thế chuẩn đƣợc sử dụng để tính tốn độ dẫn (I / V). Cảm biến đo độ dẫn sau đó sử dụng độ dẫn và hằng số tế bào để hiển thị độ dẫn [28].
2.4.1. Hằng số tế bào
Độ dẫn đƣợc đo bằng cách sử dụng một tế bào dẫn. Độ dẫn đo đƣợc phụ thuộc vào kích thƣớc và khoảng cách giữa các điện cực [28].
Hình 27: Hằng số tế bào [28]
Trong một tế bào sử dụng 1 hình vng cm bạch kim, 1 cm ngoài, hằng số tế bào là 1.0 𝑐𝑚−1và độ dẫn (G) đọc trong ms là số lƣợng tƣơng đƣơng với việc đọc dẫn trong ms / cm. Đối với các dung dịch có độ dẫn điện thấp, các điện cực có thể đƣợc đặt gần nhau, để cho các hằng số tế bào từ 0.1 𝑐𝑚−1 hoặc 0.01 𝑐𝑚−1 làm tăng độ dẫn giữa các tấm điện cực. Đối với các dung dịch dẫn điện cao, khoảng cánh các điện cực có thể tăng lên để tạo ra hằng số tế bào từ 10.0 trở lên [28].