LinuxDays 2023

Otevřený protokol uLAN RS-485, 30 let služby v laboratořích, zdravotnictví a zeměděltsví
10-08, 13:00–13:50 (Europe/Prague), 155
Language: Čeština

Protokol uLAN byl původně v devadesátých letech navržený pro sběr dat a řízení laboratorních přístrojů - HPLC chromatografů. Požadavek byla plnohodnotná multi-master komunikace s deterministickým přístupem na médium realizovatelná na tehdejším dostupném hardware, sériovém portu PC počítačů (pod DOSem) a dostupných osmibitových mikrokontrolérech Intel 8051 z assembleru. K arbitraci přístupu byl použitý podobný princip dominant-recessive signálů jako u sběrnice CAN, přitom vlastní data se přenáší na vyšší frekvenci než bity v arbitrační fázi (15 let před CAN FD), v diferenčním režimu push-pull (25 let před CAN XL) a do délky 2kB (25 let před CAN XL).

Protokol našel díky spolehlivosti a otevřenému návrhu uplatnění v zemědělství i domovní automatizaci. Aktuální verze driveru podporuje Linux kernel, Windows, NuttX a embedded zařízení bez operačního systému.

V příspěvku bude představen jak vlastní návrh a cesta k němu tak i přístoje v moha případech s otevřeným návrhem HW a souvisejících aplikací. Po přednášce si bude možné i s zařízeními vyzkoušet objektovou komunikaci s plnou automatickou introspekcí a konfigurovatelností datových kanálů pro procesní zprávy.


Protokol uLAN byl navržený pro sběr dat a řízení HPLC chromatografů, když se tým Ing. Ladislava Píši přestěhoval s vývojem do Laboratorních přístrojů Praha. Záměrem bylo vytvořit řešení, kde ne jen nadřízený počítač může vyzývat přístroje k předání dat, ale i ty se mohou o nadávkování vzorku, řízení průtoků a koncentrací informovat vzájemně. Technologie byla založena na "multidrop" uspořádání navrženém firmou Intel pro mikrokontroléry i8051. K adresování byl přidaný systém distribuované arbitrace přístupu k médiu s mechanizmem zamezení kolizí a cyklickou distribucí šířky přenosového pásma do 16 aktivních iniciátorů (přitom determinizmus je zachovaný až do 64 stanic). Přístroje byly po zprivatizování státního podniku na parcely pro hotely dokončené již v nově založené firmě PiKRON. Při porovnání s protokolem Profibus nabízí protokol uLAN výhodu, že pro více nadřazených jednotek nevyžaduje zdlouhavou rekonstrukci tokenu. Přesto, že byl protokol PROFIBUS z velké části financován německou vládou a Evropskou unií, tak bylo jeho otevřeným implementacím bráněno hrozbami právníků a podloudně zanesenými patenty. V porovnání protokol uLAN, přesto že vznikl pro přístroje, jejichž vývoj byl odkoupený za soukromé peníze a firma PiKRON nikdy na něj ani na vývoj přístrojů nedodržela žádnou dotaci, tak byl protokol plně publikovaný již v okamžiku, kdy byl zadarmo poskytnutý univerzitě pro monitoring a nastavování řídicích jednotek pro vznětové motory přestavěné na zemní plyn, později i pro domovní automatizaci.

Projekt začali používat i další firmy pro řízení v zemědělském průmyslu a domovní automatizaci. V přednášce bude předvedená historie nasazení pro dávkování krmení ve velkochovech prasat, sledování a identifikaci krav na dojírnách i ve stájích.

Protokol byl využívaný i k monitorování injekčních a infuzních pump.

Použití v laboratorních přístrojích včetně inovativní koncepce analogově-digitálního převodu signálu (rozlišení kroku desítky femto-ampér) a matematické zpracování záznamu je popsané v dizertační práci Matematické a elektronické zpracování signálu kapalinového chromatografu.

Popisované HPLC přístroje jsou již nyní vyráběné ve třetí generaci a používá je například Ústav organické chemie a biochemie AVČR, který se podílí na výzkumu léků proti rakovině a dalším nemocem. Přitom i nejstarší přistroj z roku 1991 po celou dobu komunikoval i s nejnovějšími přístroji a otevřeným softwarem (CHROMuLAN) určeným pro vyhodnocení analýz (původně open-source Delphi aplikace jen pro Windows, nyní i Lazarus Win64, Linux a Mac OS).

Implementace a drivery protokolu jsou k dispozici pro zařízení bez operačního systému, 32 a 64-bit GNU/Linux i Windows a nyní i NuttX. Na počítači PC byla nejdříve podporovaná sběrnice ISA, poté PCI a USB převodník postavený na embedded buildu projektu.

Protokol využívá nižší frekvenci s dominantní a recesivní úrovní signálu během arabizace a vyššího bitrate pro přenos vlastních dat (tato inovace do prostředí sběrnice CAN přišla v roce 2011, jako CAN FD). uLAN ale pro datový bitrate používá symetrické push-pull uspořádání (inovace, na kterou se u sběrnice CAN přechází až nyní s vydáním standardu CAN XL).


Difficulty

Intermediate

See also:

He studied cybernetics and robotics at CTU FEE, where he currently teaches and works on projects using GNU/Linux and other processor technologies. He participates in design of firmware and electronics of laboratory and medical devices and precise servo control at PiKRON.com company. He provides consultations to more companies in the field as well.

This speaker also appears in: