1-Wire Busverlegung

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Kabeltypen

Es kann eine Vielzahl von Kabeltypen verwendet werden.

Eine Abschirmung sollte möglichst immer vorhanden sein, ist aber nicht zwingend notwendig. Die Verwendung dieser Abschirmung als Nutzleitung ist eher ungünstig, sie sollte vielmehr einseitig (!) an Masse=GND angeschlossen sein.

Anforderungen an den Durchmesser der einzelnen Adern werden durch den Stromverbrauch der 1-Wire-Komponenten bestimmt. Hat man nur Temperatursensoren etc., reichen 0.6 mm vollständig aus, das Kabel könnte sogar noch dünner sein (z.B. um es unauffällig unter Tapeten zu verlegen). Wenn Aktoren, LEDs, oder sonstige echte Stromverbraucher auf dem Bus sitzen, sollten 0.8 mm Aderdurchmesser vorgesehen werden.

Die Frequenzen, die über diese Kabel transportiert werden müssen, liegen im niederfrequenten Bereich (Anstiegs- und Abfallzeit der Impulse bei ca. 20-30 Mikrosekunden). Abrupte Veränderungen des Kabeldurchmessers oder der Kabelart führen immer immer zu Sprüngen der Impedanz (Wellenwiderstand) und damit zur Reflexion, die sich in einer Verschlechterung der Impulsqualität bemerkbar macht. Es ist daher zu empfehlen, nicht zu viele solche Wechsel auf dem Weg zum Sensor/Aktor einzubauen.

  • Für parasitär (d.h. aus der Datenleitung) versorgte Sensoren und Aktoren reichen 2 Adern = 1 Aderpaar vollständig aus (Datenleitung und Masse=GND)
  • Für Sensoren und Aktoren mit echter Spannungsversorgung ist eine dritte Ader mit +5V vorzusehen. Wenn ein externes Netzteil verwendet wird, ist zu beachten, dass GND des Netzteils auch mit GND des Busmasters verbunden werden muss.
  • Für größere Netze ist zu beachten, dass keine Sterntopologie entsteht: Zwei längere Kabel (d.h., länger als 3,5 m) an einem Busmaster erfordern dann, dass das eines der beiden Kabel als Hin- + Rückleitung ausgelegt wird, das erfordert dann also 4 Adern = 2 Aderpaare. Siehe hierzu den unten stehenden Abschnitt

Netzwerkkabel

Hierbei handelt es sich typischerweise um STP(Shielded Twisted Pair)-Kabel mit 8 Adern, 4x2x0.8mm bis zu 4x2x0.1mm für extra flache Kabel. Es ist jedoch Unsinn, diese wegen ihrer ggf. hervorragenden Abschirmung zu bevorzugen, denn die Signalfrequenzen auf dem 1-Wire Bus liegen im niederfrequenten Bereich. Der einzige Grund zum Einsatz von STP-Kabeln könnte in der Anzahl der Adern liegen, falls man eventuell noch eine weitere Spannung (z.B. 12V für Antriebszwecke) darüber leiten möchte. Schon gar nicht sinnvoll ist die Verwendung von STP-Kabeln einer Kategorie oberhalb von 5: Diese sind nur wegen der doppelten Schirmung unnötig dick und damit auffällig.

Brandmeldekabel

Dieses Kabel hat eine unterschiedliche Anzahl von Aderpaaren, z.B. 2x2x0.8mm, aber auch 2x3, 2x4 oder gar 2x5 Aderpaare; die äußere Farbe ist rot. Kosten ab 0,40 €/m.

EIB/KNX Buskabel

Dieses Kabel hat 4 Adern 2x2x0.8mm und ist mit einem Folienschirm geschirmt, die äußere Farbe ist meist grün. Kosten ab 0,40 €/m. Die 4. Ader kann entweder zur Datenrückleitung verwendet werden, oder eine weitere Spannung (z.B. 12 V) zu Aktoren (z.B. Relais) transportieren.

Geschirmtes Fernmeldekabel

Dieses Kabel hat 4 Adern 2x2x0.6mm und ist mit einem Folienschirm geschirmt, die äußere Farbe ist meist grau. Kosten ab 0,20 €/m. Die 4. Ader kann entweder zur Datenrückleitung verwendet werden, oder eine weitere Spannung (z.B. 12 V) zu Aktoren (z.B. Relais) transportieren.

Geschirmtes NF-Kabel

Auch als Mikrofonkabel verkauft, zwei Innenleiter in gemeinsamer Abschirmung. Diese wird dann als 3. Leiter verwendet. Das Kabel ist sehr flexibel und daher besonders für den mobilen Anschluss von Sensoren/Aktoren geeignet. Bewährt hat sich dies für kurze Stubs (max. 3.5 m), mit denen Sensoren/Aktoren an den Bus angeschlossen werden. Hierfür gibt es preisgünstige Kabelenden mit angegossenem 3.5 mm Klinkenstecker.

Auch kommerziell erhältliche Busmaster, wie der USB9097, haben solche Klinkenbuchsen. (Foto folgt)

Ungeschirmtes 3-adriges Kabel

Prinzipiell auch geeignet, sorgt aber bei großen Leitungslängen für eine gewisse Störanfälligkeit. Bei Abzweigungen oder für kurze Stubs aber problemlos verwendbar.

Bei eBay sind preisgünstige 1-Wire Temperatursensoren in wasserdichtem Gehäuse erhältlich, die mit einem solchen Kabelende versehen sind.

Belegung

Es muss ausdrücklich betont werden, dass für die Belegung der Adern keine wie auch immer geartete Norm existiert. Die nachfolgenden Farbcodierungen sind lediglich Beispiele.

Typ GND
Masse
VDD
+5V
1-Wire
Data
1-Wire
Return
Bemerkung /
Vorgabe durch
Fernmeldekabel sw rt ge ws
Mikrofonkabel ws
(schwarz)
Schirm
(rot)
rt
(gelb)
-- Busmaster USB9097
(Sensoren mit Klinkenstecker)
Ungeschirmtes
3-adriges Kabel
gn rt ge -- Kommerzielle
Sensoren
Netzwerkkabel blau-weiß
orange-weiß
orange blau n. def. LinkUSB(i)

Anm. zum Mikrofonkabel: Die Werte in Klammern geben die Belegung bei (einigen) kommerziell erhältlichen Sensoren wieder (z.B. 1WAD_5V), bei denen der Anschluss an den 1-Wire-Bus über Klinkenstecker funktioniert.

Verbindung verschiedener Kabeltypen

Connectionbox (geöffnet)
Connectionbox Platinenunterseite (paarweise Verbindung der Adern)

Gute Erfahrungen wurden gemacht mit CAT 5 Connection Boxes für Netzwerkkabel, die für ca. 1,50€ z.B. bei Reichelt erhältlich sind. Voraussetzung für die Verwendung ist allerdings der Besitz eines LSA-Anlegewerkzeuges (ca. 6 €). Da meist nur 4 Adern benötigt werden, können die insgesamt 8 Adern auf der Unterseite paarweise verbunden werden. Der Aderdruchmesser ist dabei egal, weil nur relativ niedrige Frequenzen verwendet werden, allerdings sollte er nicht zu klein sein, um den Durchgangswiderstand klein zu halten.

Zu beachten ist, dass die Kontaktsicherheit von Schneid-Klemm-Kontakten nur für Volldrähte gilt. Litzen kann man zwar ebenfalls einlegen, allerdings schafft diese eine potenziell unsichere Kontaktstelle.

Achtung, wichtiger Hinweis: Bei der Verwendung dieser Anschlussboxen ist darauf zu achten, dass beim mehrfachen Lösen der Kabel aus den Boxen Isolationsreste an den Schneid-Klemm-Kontakten zurückbleiben können. Bei der Verwendung von Litzen kann es außerdem passieren, dass Feindrähte der Litzen zurückbleiben. Diese Reste sorgen für Kontaktstörungen, die das gesamte Bussystem in Unordnung bringen können. Es ist also ein egute Idee, beim Auftreten von Störungen nach solchen Kontaktierungsfehlern zu suchen.


Topologie

Maßgebliches Whitepaper für große Kabellängen ist das von Maxim herausgegebene Tutorial Guidelines for Reliable Long 1-Wire Networks.

Die Kabellänge bis zum entferntesten Sensor kann bis zu 100 m betragen. Typischerweise werden die einzelnen 1-Wire-Komponenten an eine zentrale Busleitung über so genannte Stubs (kurze Kabelenden) angeschlossen, diese sollten nicht länger als 3.5 m sein. Die gleiche Beschränkung der Leitungslänge gilt, wenn alle 1-Wire Komponenten sternförmig zusammengeführt werden (Sterntopologie).

Bei Kabellängen von mehr als 3.5 m sollte immer eine lineare Topologie eingehalten werden (bis auf die Stubs), gegebenenfalls ist die Datenleitung (nicht Masse und Stromversorgung) als Hin- und Rückleitung vorzusehen.

Pullup

Maßgebliches Whitepaper für die Frage eines Pullup-Widerstandes, der bei gewissen Operationen den Datenbus mit mehr Strom versorgt, ist das von Maxim herausgegebene Tutorial How to Power the Extended Features of 1-Wire Devices.

Links

  • Informationen zum Aufbau des 1-Wire Bus [1]
  • Weitere Informationen zum Aufbau des 1-Wire Bus [2]