CANNY 7.2 Alfa

CANNY 7.2 Alfa — новый серийный контроллер CANNY с рабочим напряжением 12В/24В. Четыре силовых выхода с током длительной нагрузки до 12,5А на каждый, два интерфейса CAN, 8 универсальных каналов ввода-вывода с АЦП и одновременной поддержкой до четырех интерфейсов LIN. Как и другие контроллеры CANNY он ориентирован на автомобильное, бытовое и промышленное применение.

Общие сведения

CANNY 7.2 Alfa — новый серийный контроллер CANNY с рабочим напряжением 12В/24В. Четыре силовых выхода с током длительной нагрузки до 12,5А на каждый, два интерфейса CAN, 8 универсальных каналов ввода-вывода с АЦП и одновременной поддержкой до четырех интерфейсов LIN. Как и другие контроллеры CANNY он ориентирован на автомобильное, бытовое и промышленное применение.

Как и контроллеры CANNY 7, CANNY 7.2 Duo и CANNY 5.3 Pico, контроллер CANNY 7.2 Alfa может быть отнесен к классу интеллектуальных реле или NanoPLC.

Контроллер отличается высокопроизводительным вычислительным ядром, увеличенной памятью, наличием драйверов асинхронной передачи CAN и асинхронных ПИД-регуляторов. Для работы с CANNY 7.2 Alfa специальный программатор не требуется – загрузка программного обеспечения в контроллер осуществляется с помощью обычного кабеля mini-USB.

ОСТОРОЖНО ГОРЯЧО! При работе контроллера с мощными нагрузками, либо в режиме ШИМ/ВЧ ШИМ, отдельные внутренние элементы контроллера могут разогреваться до температуры более +100°С. Неправильное обращение с контроллером может привести к травме.

ОПАСНОСТЬ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ПОЖАРА! Подключение проводников силовой части к контроллеру производите пайкой, при этом используйте провод соответствующий по характеристикам подключаемой нагрузке. Всегда используйте предохранители соответствующего номинала в цепях питания контроллера и нагрузки. Не используйте провода с поврежденной изоляцией. Не допускайте попадания внутрь контроллера влаги или посторонних токопроводящих предметов. При необходимости организуйте достаточный принудительный отвод тепла от силовых элементов контроллера. Не используйте контроллер со следами повреждений. При несоблюдении данных условий может возникнуть короткое замыкание или пожар.

К основным особенностям CANNY 7.2 Alfa можно отнести:

  • номинальное напряжение питания 7 / 28В;
  • номинальное напряжение каналов ввода-вывода 0 / 28В (32В max);
  • 8 универсальных каналов ввода/вывода с индивидуальными АЦП, управляемым порогом срабатывания входов и с максимальным током каждого из них 100мА, достаточного для управления типовыми автомобильными реле; 4 канала ввода/вывода имеют управляемую усиленную подтяжку к напряжению питания;
  • 4 силовых выхода с индивидуальным контролем тока, с током длительной нагрузки до 12,5А на каждый и общим током нагрузки до 30А (до 50А кратковременно);
  • два интерфейса CAN 2.0B совместимых с ISO-11898, SAE J2411 широко применяемым в автомобилях и промышленной автоматике;
  • драйвер асинхронной передачи CAN-сообщений;
  • четыре интерфейса UART;
  • четыре интерфейса LIN;
  • до четырех индивидуально настраиваемых ПИД-регуляторов;
  • до шести индивидуально настраиваемых ВЧ ШИМ с разрешением 1 мкс;
  • каждый из 8 универсальных каналов ввода/вывода контроллера может работать в режиме асинхронного входа-счетчика и определения ширины входных импульсов с разрешением 1 мкс;
  • встроенные средства управления собственным энергопотреблением контроллера в диапазоне от 4 до 80мА, позволяющие экономно расходовать заряд аккумулятора во время простоя автомобиля;
  • энергонезависимая память программ и шестьдесят четыре 16-и битные ячейки энергонезависимой памяти данных доступные пользовательскому приложению, способные сохранить критически важные данные при сбоях питания;
  • широкий диапазон рабочих температур от -40 до + 85оС;
  • встроенная защита от высоковольтных выбросов и переполюсовки питания;
  • компактный корпус соответствующий классу защиты IP50 подходит для монтажа и эксплуатации в составе оборудования кабины автомобиля.

Для написания пользовательских программ CANNY 7.2 Alfa используется тот же самый графический язык программирования CFD, что применяется для программирования других контроллеров CANNY и та же среда разработки - CannyLab.

Для записи программного обеспечения в контроллер не требуется каких-либо специальных программаторов, загрузка программного обеспечения осуществляется с помощью обычного кабеля-переходника USB-A–miniUSB.

Доступный пользователю объем памяти контроллера способен вместить программы, состоящие из нескольких сотен функциональных блоков, что позволяет реализовать достаточно сложные алгоритмы.

Четыре двухцветных светодиодных индикатора, управляемых из пользовательской диаграммы, удобны для индикации режимов работы контроллера и диагностики.

Устройство и принцип работы

Внешний вид и расположение элементов

Основными конструктивными элементами CANNY 7.2 Alfa являются: микроконтроллер (MCU) со вспомогательными цепями, система электропитания всех элементов контроллера, схема согласования электрических уровней каналов ввода-вывода, силовые элементы, система электрической защиты, разъем и индикаторные светодиоды, размещенные на единой печатной плате 80 х 70 мм установленной внутри быстроразборного пластикового корпуса.

Внешний вид контроллера CANNY 7.2 Alfa

Контроллер имеет один 21-контактный наружный разъем и один разъем miniUSB, расположенный внутри корпуса. Для подключения контроллера к питанию и внешним устройствам, в комплект его поставки включена ответная часть разъема и набор обжимных контактов. Кабель-переходник USB-A–miniUSB в комплект поставки не входит.

Разъем USB предназначен для подключения CANNY 7.2 Alfa к персональному компьютеру и загрузки программного обеспечения в контроллер.

Назначение контактов разъема CANNY 7.2 Alfa

На плате контроллера предусмотрены контактные площадки, расположенные на обороте платы, имеющие обозначения Т1 и Т2, предназначенные для установки перемычек подключения терминирующих сопротивлений интерфейсов CAN0 и CAN1 соответственно.

По умолчанию, терминирующие сопротивления на плате установлены, но не подключены.

Площадки для установки перемычек терминирующих сопротивлений контроллера CANNY 7.2 Alfa

Программная архитектура

CANNY 7.2 Alfa является цифровым программируемым вычислительным управляющим устройством.

В целом, для CANNY 7.2 Alfa справедливы общие сведения о программируемых логических контроллерах изложенные в соответствующей статье.

Основными элементами CANNY 7.2 Alfa являются: арифметическо-логическое устройство (АЛУ), внутренняя память, подсистема управления ходом исполнения команд и система ввода-вывода.

Программная архитектура контроллера CANNY 7.2 Alfa

Арифметическо-логическое устройство — вычислительное ядро CANNY 7.2 Alfa. АЛУ обеспечивает исполнение системного программного обеспечения и пользовательских функциональных диаграмм, помещенных во внутреннюю память контроллера.

Внутренняя память контроллера состоит из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). В ПЗУ расположена энергонезависимая память программ и энергонезависимая память данных, в ОЗУ - оперативная память данных.

Подсистема управления ходом обработки команд отвечает за переключение и настройку режимов работы контроллера.

Система ввода-вывода обеспечивает связь контроллера с внешним миром, с использованием как дискретных каналов ввода-вывода, так и стандартных цифровых интерфейсов.

Структура программного обеспечения

Структура программного обеспечения CANNY 7.2 Alfa

Программный загрузчик обеспечивает работу контроллера в режиме загрузки ПО, обеспечивая передачу данных между персональным компьютером и CANNY 7.2 Alfa, осуществляет проверку целостности и запись переданного от ПК программного обеспечения во внутреннюю память контроллера. Программный загрузчик помещается во внутреннюю память контроллера в процессе его производства и не может быть удален или изменен пользователем.

Системное программное обеспечение CANNY 7.2 Alfa распространяется производителем в виде файлов формата CCX и содержит операционную систему и набор драйверов, обеспечивающих исполнение пользовательской функциональной диаграммы и её взаимодействие с ресурсами контроллера. Модификация пользователем содержимого данных файлов не допускается. Содержимое различных файлов CCX может быть многократно записано пользователем в контроллер.

Пользовательская функциональная диаграмма создается и модифицируется пользователем в интегрированной среде разработки CannyLab и, после записи в контроллер, задает алгоритм его работы в автономном режиме. Пользовательские диаграммы могут быть многократно записаны в контроллер и сохранены из среды CannyLab в файлы формата CFD.

Режимы работы

Предусмотрено несколько режимов работы контроллера, предназначенных для выполнения основных операций с ним.

Режим загрузки ПО

В данном режиме, контроллер функционирует под управлением встроенного программного загрузчика, выполняющего запись системного программного обеспечения и функциональной диаграммы в контроллер по командам CannyLab. Вход в режим осуществляется при подключении контроллера к ПК. Более подробная информация приведена в разделе “Общие сведения о контроллере”.

Для перехода контроллера в данный режим, необходимо полностью отключенный от всех внешних соединений контроллер подключить ПК с помощью кабеля-переходника USB-A-miniUSB, при этом включается встроенный зеленый светодиод 1 контроллера, и установить соединение устройства с интегрированной средой разработки CannyLab, контрольный зеленый светодиод 1 переходит в мигающий режим.

Выход из данного режима происходит автоматически, при разрыве соединения контроллера с ПК. Если в момент выхода из режима загрузки ПО, энергонезависимая память программ контроллера содержала корректно записанное системное программное обеспечение, то при очередном подключении питания контроллер переходит в автономный режим работы.

Автономный режим

Автономный режим является основным режимом работы контроллера. В данном режиме контроллер под управлением загруженного в него системного программного обеспечения последовательно, в бесконечном цикле, исполняет функциональную диаграмму, работая по алгоритму заданному пользователем. Переход в данный режим происходит автоматически, при подключении контроллера к внешнему питанию 7…28В в отсутствие USB соединения. При работе в данном режиме, функциональной диаграмме пользователя доступны все ресурсы контроллера, драйверы которых включены в загруженное системное программное обеспечение.

Автономный режим пониженного энергопотребления

Данный режим является вариантом обычного автономного режима, в котором после каждого цикла исполнения функциональной диаграммы, контроллер делает паузу в работе, снижая своё энергопотребление до минимального. Таким образом, контроллер работает в пульсирующем режиме, периодически «засыпая» и «просыпаясь». Включением и отключением данного режима управляет функциональная диаграмма. Использование данного режима актуально при разработке систем, ориентированных на батарейное питание, таких как бортовое автомобильное оборудование.

Среда исполнения функциональных диаграмм

Представление функциональной диаграммы

Созданная в среде CannyLab графическая функциональная диаграмма, непосредственно перед записью в контроллер автоматически обрабатывается транслятором, который выполняет проверку диаграммы на непротиворечивость, определяет порядок выполнения функциональных блоков и преобразует диаграмму в исполняемый код — последовательность машинных команд АЛУ контроллера CANNY 7.2 Alfa.

Порядок исполнения

Исполняемый код диаграммы, при записи в контроллер, память которого уже содержит системное программное обеспечение, включается в последовательность машинных команд системного ПО. Таким образом, общая последовательность команд контроллера с загруженным системным ПО и функциональной диаграммой, будет состоять из: процедуры инициализации, исполняемой однократно после каждого сброса контроллера и исполняемого кода функциональной диаграммы, обрамленного процедурами управления ресурсами контроллера, и помещенного в бесконечно исполняемый цикл – цикл выполнения диаграммы.

Алгоритм исполнения диаграммы контроллером CANNY 7.2 Alfa

Некоторые драйверы, включенные в состав системного ПО контроллера, например драйвер CAN, требуют безотлагательной реакции контроллера на возникающие в процессе приема и передачи данных программные события. Программный код таких драйверов обрабатывается контроллером асинхронно, параллельно с основным потоком исполнения. На время обработки асинхронных вызовов драйверов, исполнение основного цикла выполнения диаграммы кратковременно приостанавливается.

Доступ к ресурсам контроллера

Все доступные пользователю из функциональной диаграммы ресурсы: системные ресурсы контроллера, подсистема ввода-вывода и дополнительные драйверы включенные в состав системного ПО, отображаются на защищенное адресное пространство внутренней памяти контроллера. Данное адресное пространство разделено на регистры чтения (контроля) и регистры записи.

Пользователь имеет возможность указать регистр чтения в качестве источника входных данных практически любого функционального блока на диаграмме и, тем самым, извлечь и использовать при реализации собственных алгоритмов сведения, полученные контроллером из внешнего мира. Например информацию об электрическом потенциале на каком-либо контакте контроллера, или содержимое пакета данных принятого контроллером из CAN.

Регистр записи может быть использован в качестве получателя выходных данных любого функционального блока на диаграмме. Таким образом, пользователь осуществляет управление ресурсами контроллера из функциональной диаграммы, получая возможность воздействовать на объекты внешнего мира. Например, переключить внешнее реле, изменив электрический потенциал на одном из контактов контроллера, к которому подключена его обмотка; включить контрольный светодиод; задать режим работы CAN; отправить пакет данных.

Порядок использования большинства ресурсов контроллера включает в себя задание пользователем необходимых параметров их работы, например скорости обмена данными по CAN и т.д.

Задание таких параметров производится в форме записи специальных констант в один или в несколько определенных регистров контроллера, в зависимости от того, конфигурацию какого из ресурсов требуется задать. Например, передачей константы со значением 1 в регистр, расположенный по адресу 1302 задает настройки драйвера CAN0 для работы с шиной на скорости 125кБод.

В среде CannyLab, для удобства пользователя, все доступные регистры контроллера поименованы, как и все специальные константы, использующиеся при взаимодействии с ресурсами контроллера. Поэтому для пользователя CannyLab данная операция будет выглядеть как установка константы с именем «CAN 125k» в регистр с именем «Регистр установки конфигурации CAN0».

Запись константы в регистр контроллера CANNY 7.2 Alfa

Аналогичным образом, установкой константы со значением 260 в регистр, расположенный по адресу 1396 задается режим работы канала №0 в качестве выхода положительной полярности, а по появлению значения «1» в регистре расположенном по адресу 1088 («Регистр входного значения канала №0»), мы можем узнать о приложении положительного электрического потенциала к контакту №4 разъема контроллера.

Получение сигнала на выходе регистра контроллера CANNY 7.2 Alfa

Ресурсы контроллера – краткое описание

Системные ресурсы и режимы работы

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Системные ресурсы и режимы работы

Системные ресурсы контроллера отображаются на группу регистров чтения и группу регистров записи. Обращаясь к данным регистрам из функциональной диаграммы, можно получить востребованные в практическом применении сведения о текущем состоянии контроллера и управлять режимами его работы. Список регистров системных ресурсов находится в разделе «Состояние контроллера» справочника регистров, который доступен пользователю через контекстное меню элементов «Регистр чтения» и «Регистр записи».

Драйвер каналов ввода-вывода

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Драйвер каналов ввода-вывода

Пользователям CANNY 7.2 Alfa доступны 8 дискретных каналов ввода-вывода общего назначения, которые физически представлены контактами №№4,10,16,5,14,17,6,15 разъема контроллера (Каналы №№0…7, соответственно). Записывая и считывая данные соответствующих регистров драйвера, функциональная диаграмма может как управлять электрическим потенциалом на каждом из этих контактов так и получать информацию о текущем значении потенциала каждого из них.

Физические характеристики каналов позволяют подключать к ним различные внешние слаботочные цепи управления. Каналы №№0..7 могут быть использованы для работы с любыми видами нагрузки, например с электромагнитными реле, небольшими электродвигателями, светодиодами, и другими слаботочными цепями управления оборудованием. В качестве внешних источников дискретных сигналов способных управлять работой контроллера, возможно использовать механические, электромеханические и электронные кнопки и переключатели, генераторы импульсов, источники напряжения 0-24В, транзисторные выходы различной аппаратуры и т.п.

Драйвер силовых выходных каналов

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Драйвер силовых выходных каналов

Контроллер имеет 4 силовых выхода с током длительной нагрузки до 12,5А на каждый и общим током нагрузки до 30А (до 50А кратковременно). Питание силовых выходов осуществляется через отдельные контакты разъема контроллера (контакты №№2 и 3), напряжение питания силовых выходов может находиться в интервале 8…32В.

Драйвер высокочастотного широтно-импульсного модулятора (ВЧ ШИМ)

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Драйвер высокочастотного широтно-импульсного модулятора (ВЧ ШИМ)

Любой из каналов ввода-вывода контроллера, а также любой из силовых выходов, поддерживает работу в режиме высокочастотного широтно-импульсного модулятора. Одновременно может быть задействовано до 6 независимых каналов ВЧ ШИМ с индивидуальными настройками периода и заполнения (скважности). В процессе работы контроллера, с помощью пользовательской диаграммы, каналы ВЧ ШИМ могут быть переназначены. В режиме ВЧ ШИМ, временные параметры ШИМ – период и скважность задаются в диапазоне от 2 до 65535 микросекунд, с шагом 1 микросекунда.

Использование драйвера ВЧ ШИМ позволяет указанным каналам контроллера работать асинхронно функциональной диаграмме, что дает возможность добиться максимальной стабильности временных параметров генерируемого сигнала.

Драйвер CAN

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Драйвер CAN

Контроллеры CANNY 7.2 Alfa имеют два независимых интерфейса CAN. Контакты №№8 и 9, использующиеся драйвером интерфейса CAN0 (CAN0-H и CAN0-L соответственно), и Контакты №№11 и 12, использующиеся драйвером интерфейса CAN1 (CAN1-H и CAN1-L соответственно), предназначены для подключения к цифровой информационной шине CAN.

Драйвер LIN

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Драйвер LIN

Одновременно, до четырех из восьми каналов ввода-вывода CANNY 7.2 Alfa, могут быть использованы для организации приема-передачи данных в качестве независимых каналов драйвера LIN.

Каналы драйвера LIN могут подключаться как вместе так и по отдельности, иметь индивидуальные настройки скорости передачи данных, подтяжки линии и типа узла сети MASTER или SLAVE.

Драйвер LIN в своей работе использует ресурсы каналов контроллера, но имеет более высокий приоритет чем драйвер дискретного ввода-вывода. Таким образом, при активации драйвера LIN, для задействованных в его работе каналов, изменение значений в связанных с ними регистрах драйвера дискретного ввода-вывода будет проигнорировано контроллером.

Драйвер UART / RS-232 / Modbus

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Драйвер UART

Драйвер UART, позволяет контроллеру обмениваться данными с внешними устройствами, например ПК, в процессе выполнения пользовательской диаграммы.

Контроллер имеет четыре интерфейса UART, способные работать в полудуплексном режиме, что позволяет, при необходимости, организовать на их основе два интерфейса, работающие в дуплексном режиме.

Объем приемного и передающего буферов каждого из интерфейсов драйвера UART CANNY 7.2 Alfa составляет 64 байта.

Драйвер асинхронной передачи в CAN

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Драйвер асинхронной передачи в CAN

Драйвер асинхронной передачи в CAN позволяет, независмо от функциональной диаграммы, осуществлять отправку CAN-сообщений, с заренее определенными параметрами, с установленной периодичностью отправки. Работа в асинхронном режиме, в случаях когда это критически важно, позволяет добиваться более стабильной периодичности отправки сообщений, чем при отправке из функциональной диаграммы.

Пользователю доступны 32 буфера для асинхронной передачи сообщений в CAN с индивидуальными настройками номера CAN-интерфейса, идентификатора, данных и периода отправки сообщений.

Драйвер асинхронных ПИД-регуляторов

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Драйвер асинхронных ПИД-регуляторов

Драйвер асинхронных ПИД-регуляторов позволяет пользоватиелю одновременно активировать до 4 регуляторов с индивидуальными параметрами, позволяющих осуществлять автоматическое управление различными системами. Источниками обратной связи могут служить как показания АЦП универсальных каналов ввода-вывода, датчиков тока силовых каналов контроллера так и параметры, определяемые пользователем.

Работа ПИД-регуляторов в асинхронном функциональной диаграмме режиме позволяет добиться высокой точности контроля параметров регулируемых систем и управления ими.

Параметры пользовательской конфигурации

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Параметры пользовательской конфигурации

Параметры пользовательской конфигурации могут быть заданы конечным пользователем контроллера в момент загрузки в него программного обеспечения с использованием исполняемого файла автономной загрузки ПО в контроллер. После загрузки ПО и запуска контроллера в автономном режиме, установленные пользователем таким образом данные, становятся доступны функциональной диаграмме в соответствующих регистрах контроллера.

Энергонезависимая память (ЭНП)

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Энергонезависимая память (ЭНП)

Для предотвращения потери критически важной информации о состоянии пользовательской диаграммы (настройки, коды, текущие режимы работы и т. п.) при сбросе питания либо рестарте, в CANNY 7.2 Alfa предусмотрен доступ (чтение и запись) ко встроенной энергонезависимой памяти контроллера из пользовательской диаграммы.

Пользователю доступны 64 шестнадцатибитные ячейки энергонезависимой памяти, доступ к которым осуществляется с помощью соответствующих регистров чтения и записи.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Основная статья: CANNY 7.2 Alfa, Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Универсальные каналы ввода-вывода имеют входное сопротивление ~130кОм и каждый из них оснащен собственным АЦП, позволяющим измерять напряжение 0…32В с разрешением 12 бит.

В процессе работы контроллера АЦП каналов ввода-вывода активны постоянно, дополнительных действий для их включения выполнять не требуется.

СМОТРИ ТАКЖЕ