【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 多路模擬開(kāi)關(guān)、增益調(diào)整電路以及 A/D 轉(zhuǎn)換電路組成。平滑濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的濾波，增益調(diào)整電路根據(jù)輸入信號(hào)的幅值將信號(hào)調(diào)整至較合適的電壓，提高對(duì)于系統(tǒng)對(duì)信號(hào)測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍， ADC 完成最終對(duì)于信號(hào)的測(cè)量。其中，多路模擬開(kāi)關(guān)、增益調(diào)整電路以及 A/D轉(zhuǎn)換電路是采用集成于芯片中 ADC芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。 輸入接線 ICAN4017具有 8路模擬量差分輸入通道，可以采集傳感器或變送器輸出的電壓信號(hào)或電流信號(hào)。電壓輸入信號(hào)，可以直接連接到輸入端子上。對(duì)于電流輸入信號(hào)，需要外接一個(gè)125Ω， %的精密電阻。其接線方式如 圖 。 圖 模擬量輸入接線方式 采樣值計(jì)算 ICAN4017將模擬量輸入的采樣值采集經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后，存放于指定的寄存器地址空間中，CAN主機(jī)可以通過(guò)命令讀取指定通道的采樣值。采樣值為 16位數(shù)據(jù)。 最高位符號(hào)位 CANOPEN 主機(jī)配置 AI 數(shù)據(jù)輸出格式為“最高位符號(hào)位”時(shí)，表示采樣值數(shù)據(jù)類型高位符號(hào)位類型。 16 位采樣值數(shù)據(jù)的最高位為符號(hào)位，“ 0”表示測(cè)量值為負(fù)值，“ 1”表示測(cè)量值為正值，其余 15位表示測(cè)量數(shù)值。測(cè)量值的零點(diǎn)值為 0x0000，滿量程值為 0x7FFF。 例如，主機(jī)在模塊配置測(cè)量范圍為 +，讀取的采樣值為 0x40BB，則測(cè)量的 數(shù)據(jù)采集儀表 8通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊 產(chǎn)品用戶手冊(cè) 14 ICAN4017 輸入信號(hào)伏值為 vxfffx bbx 400? 每個(gè)輸入通道的電壓測(cè)量范圍可獨(dú)立配置為177。 150mv，177。 500mv，177。 1v，177。 ，177。 5v，177。 10v。出廠默認(rèn)測(cè)量范圍為177。 10V。 ADC數(shù)據(jù)類型 設(shè)置輸出類型為 ADC數(shù)據(jù)時(shí)，表示輸出數(shù)據(jù)為 ADC輸出數(shù)據(jù)類型， 16 位有效數(shù)據(jù)，0x8000為 0值， 0x8001~0xFFFF表示采樣值為正數(shù)，轉(zhuǎn)換公式為： (X0x8000)*FSR/0x7FFF；0~0x7FFF表示采樣值為負(fù)數(shù)，轉(zhuǎn)換公式為 x F SRfffx xxx 708 0 0 00)1( ?? 將上下限值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù) 據(jù)類型寄存器數(shù)值計(jì)算公式為： fffxxF SRxx 7080000 ? ，其中 X為帶符號(hào)的模擬量值。 有符號(hào)整型 設(shè)置輸出類型為計(jì)算機(jī)補(bǔ)碼時(shí)，表示輸出數(shù)據(jù)為 16 位整型數(shù)據(jù)，負(fù)數(shù)采用補(bǔ)碼方式，可以將讀取到的寄存器中的值 X 當(dāng)成有符號(hào)數(shù)來(lái)處理，轉(zhuǎn)換成模擬量值的計(jì)算公式為：X*FSR/32767。 上下限的模擬量值轉(zhuǎn)換成寄存器值公式為： X*32767/FSR，其中 X為帶符號(hào)的模擬量值，計(jì)算后將數(shù)值轉(zhuǎn)換成有符號(hào)的 16進(jìn)制整型數(shù)據(jù)。 量程百分比 ICAN4017還提供采樣數(shù)據(jù)的量程百分比數(shù)據(jù)類型，當(dāng)設(shè)置為百分比輸 出時(shí)，輸出數(shù)據(jù)表示此時(shí)的采樣值為設(shè)定的量程的百分比，單位為 %，負(fù)數(shù)采用補(bǔ)碼方式。 輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量值公式為： X*FSR/10000，其中 X為有符號(hào)數(shù)。上下限的模擬量值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)類型寄存器值計(jì)算公式為： X*10000/FSR，其中 X為帶符號(hào)的模擬量值。 模擬量輸入通道控制 ICAN4017 的 8 路模擬量輸入通道可以獨(dú)立配置使能或禁止指定通道對(duì)輸入信號(hào)的采樣，應(yīng)用中可以將沒(méi)有用到的 AI 通道關(guān)閉，來(lái)提高其他通道的采樣速率，讀取關(guān)閉的通道的采樣值，將回復(fù)該通道關(guān)閉之前的最后采樣值。 ICAN4017還具有 AI 輸入上、下限超限報(bào)警的功能。模塊可以獨(dú)立配置各個(gè)通道的上、下限值，并對(duì)上、下限輸入超限報(bào)警功能進(jìn)行獨(dú)立的使能或禁止。當(dāng)有 AI 通道的上、下限功能配置為使能時(shí)，模塊具有的 2路數(shù)字量輸出用來(lái)指示上、下限的超限狀態(tài)。 通過(guò)配置軟件配置的各通道上、下限值和通道控制狀態(tài)都將保存在模塊的 E2PROM中，配置信息掉電后不丟失。 數(shù)據(jù)采集儀表 8通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊 產(chǎn)品用戶手冊(cè) 15 ICAN4017 3. ICAN4017的數(shù)字量輸出功能 ICAN4017還具有 2通道的數(shù)字量輸出，可以設(shè)置為用戶控制輸出或?qū)δM量輸入采樣進(jìn)行超限狀態(tài)指示輸出。 輸出原理 ICAN4017模塊的數(shù)字量輸 出通道，采用集電極開(kāi)漏輸出方式，需要在輸出端口連接負(fù)載以及上拉電源，最大負(fù)載電壓 50V，最大負(fù)載電流 50mA。輸出信號(hào)的內(nèi)部等效電路如 圖 。 圖 DO 輸出內(nèi)部等效電路 當(dāng) DO控制位寫入高電平信號(hào)時(shí)，晶體管 T1導(dǎo)通， DOUT引腳輸出為低電平信號(hào)；反之 DO控制位寫入低電平信號(hào)， T1截止， DOUT被外部上拉電阻拉為高電平。 輸出接線方式 ICAN4017模 塊的數(shù)字量輸出端口在使用時(shí)必須連接上拉電阻。模塊的 DOn 端子腳與用戶提供的上拉電阻連接， COM端子腳與用戶的提供的信號(hào)地相連接，如 圖 （ COM是輸出信號(hào)的公共地，與模塊電源電壓輸入地 GND是隔離的，接線時(shí)需要注意，不要混淆）。 圖 DO 接線方式示意圖 ICAN4017模塊的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器接線方式，如 圖 。 圖 DO 驅(qū)動(dòng)繼電器接線示意圖 數(shù)據(jù)采集儀表 8通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊 產(chǎn)品用戶手冊(cè) 16 ICAN4017 數(shù)字量輸出通道控制 ICAN4017的 2通道的數(shù)字量輸出，可以設(shè)置為用戶控制輸出或?qū)δM量輸入采樣進(jìn)行超限狀態(tài)指示輸出。當(dāng)有模擬量輸入通道使能上、下限超限報(bào)警功能時(shí)， DO輸出即選擇為超限狀態(tài)指示輸出模式，否則 DO 輸出為用戶控制輸出模式。 DO通道為用戶控制輸出模式時(shí)，具有安全輸出的功能?？梢耘渲?DO的安全時(shí)間和安全輸出值，當(dāng)模塊與主機(jī)超過(guò)設(shè)定的安全時(shí)間未成功通 信時(shí)，模塊的 DO將以設(shè)定的安全輸出值輸出以保護(hù)控制設(shè)備的安全，并將模塊的狀態(tài)恢復(fù)為未連接狀態(tài)。 DO 通道為超限狀態(tài)指示輸出模式時(shí)， DO 不受安全輸出配置的影響，但模塊的狀態(tài)受安全時(shí)間的控制。在此模式下， DO0對(duì)應(yīng)于所有使能超限功能的 AI 通道的下限超限報(bào)警，DO1對(duì)應(yīng)于上限超限報(bào)警輸出。 各個(gè) AI 通道的上、下限值可以獨(dú)立配置，但只要有一個(gè)使能超限報(bào)警功能的 AI 通道輸入超限，對(duì)應(yīng)的 DO超限輸出將以設(shè)定的超限值輸出。 DO的超限輸出值可以通過(guò)配置軟件配置，根據(jù)用戶需要配置為高電平輸出或低電平輸出。 數(shù)據(jù)采集儀表 8通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊 產(chǎn)品用戶手冊(cè) 17 ICAN4017 4. ICAN4017模塊的參數(shù)配置 Canopen協(xié)議是 CANinAutomation(CA)定義的標(biāo)準(zhǔn)之一，并且在發(fā)布后不久就獲得了廣泛的承認(rèn)。尤其是在歐洲， Can open協(xié)議被認(rèn)為是在基于 CAN的工業(yè)系統(tǒng)中占領(lǐng)導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)。大多數(shù)重要的設(shè)備類型，例如數(shù)字和模擬的輸入輸出模塊、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、操作設(shè)備、控制器、可編程控制器或編碼器，都在稱為“設(shè)備描述”的協(xié)議中進(jìn)行描述；“設(shè)備描述”定義了不同類型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其相應(yīng)的功能。依靠 Canopen協(xié)議的支持，可以對(duì)不同廠商的設(shè)備通過(guò)總線進(jìn)行配置。 通訊參數(shù)說(shuō)明 對(duì)象字典清單如附 錄 A 所示，除設(shè)備廠商定義參數(shù)以外，都是 Canopen 協(xié)議中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，詳情請(qǐng)參考協(xié)議文本。設(shè)備廠商定義參數(shù)從 0x2020開(kāi)始，如表 。 表 設(shè)備廠商定義參數(shù)表 索引 子索引 參數(shù)名 說(shuō)明 0x2020 0 Number of Entries 參數(shù)個(gè)數(shù) 1 Channel Enable 通道使能 0x2020 0 Number of Entries 參數(shù)個(gè)數(shù) 1 Channel Range1 通道類型 2 Channel Range2 通道類型 3 Channel Range3 通道類型 4 Channel Range4 通道類型 5 Channel Range5 通道類型 6 Channel Range6 通道類型 7 Channel Range7 通道類型 8 Channel Range8 通道類型 0x2020 0 Number of Entries 參數(shù)個(gè)數(shù) 1 Channel Alarm 通道報(bào)警使能 0x2020 0 Number of Entries 參數(shù)個(gè)數(shù) 1 Channel Limit Alarm(up)1 通道 0上限報(bào) 警值 2 Channel Limit Alarm(up)2 通道 1上限報(bào)警值 3 Channel Limit Alarm(up)3 通道 2上限報(bào)警值 4 Channel Limit Alarm(up)4 通道 3上限報(bào)警值 5 Channel Limit Alarm(up)5 通道 4上限報(bào)警值 6 Channel Limit Alarm(up)6 通道 5上限報(bào)警值 數(shù)據(jù)采集儀表 8通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊 產(chǎn)品用戶手冊(cè) 18 ICAN4017 7 Channel Limit Alarm(up)7 通道 6上限報(bào)警值 8 Channel Limit Alarm(up)8 通道 7上限報(bào)警值 0x2020 0 Number of Entries 參數(shù)個(gè)數(shù) 1 Channel Limit Alarm(down)1 通道 0下限報(bào)警值 2 Channel Limit Alarm(down)2 通道 1下限報(bào)警值 3 Channel Limit Alarm(down)3 通道 2下限報(bào)警值 4 Channel Limit Alarm(down)4 通道 3下限報(bào)警值 5 Channel Limit Alarm(down)5 通道 4下限報(bào)警值 6 Channel Limit Alarm(down)6 通道 5下限報(bào)警值 7 Channel Limit Alarm(down)7 通道 6下限報(bào)警值 8 Channel Limit Alarm(down)8 通道 7下限報(bào)警值 0x2020 0 Number of Entries 參數(shù)個(gè)數(shù) 1 Stakeout DO安全輸出值 0x2020 0 Number of Entries 參數(shù)個(gè)數(shù) 1 Dartmouth DO報(bào)警輸出值 參數(shù)配置 對(duì)象字典中的參數(shù)，若其屬性為可寫，均可以有用戶配置。 使用專用配置軟件 市場(chǎng)上有賣的 Canopen 主站卡和配套的 Canopen 網(wǎng)絡(luò)配置軟件，該系統(tǒng)一般功能都比較強(qiáng)大，既能配置節(jié)點(diǎn)參數(shù)，也能監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，使用比較方便，但價(jià)格都比較貴。 使用一般軟件 如果用戶沒(méi)有專用的 Canopen 網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)，那么也可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方法配置模塊參數(shù)，具體方法如下。 （ 1），購(gòu)買一款簡(jiǎn)單的 CAN 通信接口卡，只要支持 ，安裝到電腦上，運(yùn)行接口卡廠商提供的測(cè)試軟件，如下圖所示； （ 2），設(shè)置好通信速率和其他通信參數(shù)； （ 3），配置參數(shù)：舉例說(shuō)明如下 . a，讀 對(duì)象字典：如圖 。 0x601： SDO的標(biāo)識(shí)為 0x600+Anode（模塊標(biāo)識(shí) ID）； 40001805：讀索引為 0x1800，子索引為 05 的項(xiàng)，即事件時(shí)間 Event Time； 40001803：讀索引為 0x1800，子索引為 03 的項(xiàng)，即約束時(shí)間 Inhibit Time。 數(shù)據(jù)采集儀表 8通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊 產(chǎn)品用戶手冊(cè) 19 ICAN4017 圖 讀對(duì)象字典 b，寫對(duì)象字典：如圖 。 0x601： SDO的標(biāo)識(shí)為 0x600+Anode； 將約束時(shí)間改為 0， SDO命令為： 220208030000； 將事件時(shí)間改為 1000毫秒，即 0x3E8， SDO命令為： 2202080503E8； 數(shù)據(jù)采集儀表 8通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊 產(chǎn)品用戶手冊(cè) 20 ICAN4017 圖 寫對(duì)象字典 數(shù)據(jù)采集儀表 8通道模擬量輸入數(shù)據(jù)采集模塊 產(chǎn)品用戶手冊(cè) 21 ICAN4017 5. ICAN4017的 Canopen 協(xié)議及其應(yīng)用 CAN僅定義了第 1層和第 2 層（見(jiàn) ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)），即只定義物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，沒(méi)有定義應(yīng)用層，所以要實(shí)現(xiàn)互連還需要一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議，如圖 所示。 CAL（ CAN Application Layer）協(xié)議是目前基于 CAN 的高層通訊協(xié)議中的一種，由 CA（ CAN in Automation）協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)管理、發(fā)展和推廣。 CAL提供了所有的網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)和報(bào)文傳送協(xié)議， 但并沒(méi)有定 義 CMS對(duì)象的內(nèi)容， Canopen 是在 CAL 基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，使用了 CAL 通訊和服務(wù)協(xié)議子集，提供了分布式控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方案。經(jīng)過(guò)對(duì) Canopen協(xié)議規(guī)范的多次修改，使得 Canopen協(xié)議的穩(wěn)定性、 實(shí)時(shí)性和抗干擾性都得到了進(jìn)一步的提高， 并且 CA在各個(gè)行業(yè)不斷推出設(shè)備子協(xié)議， 使 Canopen協(xié)議在各個(gè)行業(yè)得到更快的發(fā)展。 圖 CAN、 Canopen標(biāo)準(zhǔn)在 OSI網(wǎng)絡(luò)模型中的位置框圖 NMT 對(duì)象 NMT適用于 Master/Slave結(jié)構(gòu)的 CA