온도세서가 어떻게 동작하는걸까?

김지성·2022년 8월 4일

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One-Wire가 뭘까?

우리가 사용하고 있는 온도센서는 One-Wire 통신 방식으로 작동되고 있다. One-Wire 통신의 최대 장점은 두 개의 선으로 양방향 통신과 전원을 공급할 수 있다는 것이다.

[짧은 상식] POE(Power Over Ethernet)이란?

네트워크 장비에 전원을 연결하지 않고, UTP 케이블을 이용하여 데이터 및 전력을 함께 전송하는 기술을 말한다.

PSE(Power Soucring Equipment) - UTP케이블 이용하여 PD에게 전원 공급
PD(Power Devices) - 전원을 공급 받는 장치(IP Camera, CCTV, IP Phone 등)

**UTP : 주거, 빌딩 등 각종 건물에 흔히 사용되는 통신케이블

프로토콜의 종류

1) 물리적인 통신 방식만을 규정한 프로토콜(SPI...)
2) 물리적 + 소프트웨어적인 규칙까지 정한 프로토콜(One-Wire...)
3) 소프트웨어적인 규칙만 정의한 프로토콜(http, TCP...)
4) 서로 상하관계가 있는 프로토콜(http->tcp->ethernet->광통신 프로토콜...)

1.1 통신 시작

One-Wire는 클럭을 받고 보내는 핀이 따로있지 않다. 그래서 전압과 시간을 이용하여 신호를 구분해낸다.

1) "5V = 1, 4V = 2, 3V = 3..."이런 방식의 신호는 노이즈에 굉장히 취약하다.
2) "5V = 1, 0V = 0일때 그 전압을 n초 유지하라" 이런 방식을 굉장히 많이 사용한다.

위 그림은 DS18B20가 초반에 어떻게 작동하는지 보여주는 정보이다.

1) 처음에는 마스터(MCU)가 HIGH에서 LOW로 떨어트리고 480us만큼 유지하라고 한다.
2) 그리고 15~60us만큼 LOW에서 HIGH로 올린다.
3) 그리고 HIGH에서 LOW로 떨어지는데 60~240us만큼 유지한다(데이터 정보를 수집).
4) 반복
위 그림은 DS18B20이 작동하기 위해 필요한 조건들을 소스로 정리한 것이다.

1.2 명령어 종류

MASTER가 통신 시작을 알리고 DS18B20으로부터 presence pulse(정보)를 수신후
"슬레이브는 ROM code(주소)를 갖는다"라는 명령어를 보낼 수 있다.
** i2c에서는 adress라고 하지만 one-wire에서는 ROM code라고 한다.(이름만 다를뿐 원리는 비슷하다.)

ROM Command : 장치를 선택하기 위한 명령어(One-Wire를 사용하는 장치들의 약속)

Search ROM : One-Wire bus에 연결된 모든 slave 장치들의 ROM Code(Adress)를 읽는다. (전체 주소를 알아내는 과정)

Read ROM : Bus에 장치가 하나만 있을 때 사용(전체 다 훑어 볼 필요없이 바로 선택)

Match ROM : Bus에 연결된 slave 장치들이 있지만 그 중에서도 내가 선택한 slave를 작동시킨다. 나머지 slave는 기다리게 한다. (1:1 매칭하는 과정)

Skip ROM : 모든 slave장치에게 동시에 명령을 보낼 때 사용한다.

Function Command : 장치에게 특정 동작을 수행하기 위한 명령어
(제조사 마다 성격도 다르고 센서마다 하는 역할이 다르므로 정해진게 없다.)

Convert t : 신호선으로 전원을 공급받는 경우 converttmp 명령을 보낸 뒤 신호선을 HIGH로 올려 온도가 변하는 동안에도 전원을 공급해줌

Write Scratchpad3바이트 데이터를 scratchpad에 쓴다. (Output Mode)

Read Scratchpad
Scratchpad의 값을 읽어온다. (Input Mode)

Copy Scratchpad
Scratchpad의 값을 EEPROM으로 저장한다. (Scratchpad는 전원이 꺼지면 내부에 있는 정보들이 싹 날라가지만, EEPROM은 사라지지 않는다.) + 신호선으로 전원 공급시 명령어를 보낸 뒤 10us동안 HIGH 유지해야 한다.