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CC2420和MMA7260的无线传感器数据采集系统

摘要:简要介绍了ZigBee技术协议以及和的性能和特点,设计了一种基于和的无线传感器数据采集系统,给出了具体的软、硬件设计方法以及实际测试结果。该系统选用高灵敏度的三轴加速度传感器芯片来采集机构的振动加速度信号,再通过支持ZigBee无线传输协议的把数据发送给接收装置。关键词:CC2420;MMA7260;ZigBee;数据采集 本文引用地址: 引言 随着工业测控系统规模的不断扩大以及数据采集的多样性,有线网络由于安装盒成本高昂以及使用不便等缺点受到很大的限制,而无线传感器网络凭借投资成本低、结构灵活、易于改造、无需布线等优势,在数据采集领域得到了比较广泛的应用。ZigBee无线传输协议是一种新兴的短距离、低功耗、低复杂度、低数据传输速率且低成本的双向无线网络通信技术,主要应用于工业控制、传感数据采集和系统监控等领域。工业中各种机构的振动对机械产品的工作性能有较大影响,机构疲劳损坏容易导致生产过程中事故的发生。因此,采用传感器来采集振动信号用于分析产品性能和预防事故的发生具有重大意义。 1 ZigBee技术协议简介 2002年8月ZigBee联盟成立,由英国Invenys公司、日本三菱电气公司、美国Motorola公司以及荷兰Philips公司组成。IEEE 802.15.4的ZigBee协议标准于2003年5月获得批准。ZigBee技术的物理层和数据链路层(包括逻辑链路控制子层LLC和介质访问控制子层MAC)协议主要采用IEEE 802.15.4标准,而ZigBee联盟主要负责网络层和应用汇聚层的开发,以及制定其安全协议和市场推广等。ZigBee协议体系架构如图1所示。 ZigBee的名字来源于蜂群赖以生存和发展的通信方式,故又称为“紫蜂”技术。该协议的拓扑结构包括星形、树状和网状拓扑结构,开发者可以根据不同的应用需求来选择相应的网络拓扑结构,从而有效地降低成本,提高系统运行效率。相对于其他无线通信网络技术,ZigB-ee具有如下特点: ①功耗低。在低功耗待机模式下,2节五号电池可支持长达6个月到2年左右的使用时间。 ②数据传输速率低,只有10~250 kbps。 ③成本低,工作频段灵活。由于数据传输速率低、协议简单,使用的频段分布在24 GHz、868 MHz(欧洲)和915 MHz(美国),均为免执照频段,大大降低了使用成本。 ④时间延迟短。正常通信情况下,时间延迟为l5~3O ms。 ⑤安全性高。提供了数据完整性检查和鉴权功能,采用高级加密标准(AES-128)的算法,安全性很高。 2 CC2420和MMA7260芯片简介 CC2420基于Chipcon公司的Smart RF03技术,使用O.18μm的CMOS工艺生产,具有很高的集成度。该芯片具有完全集成的压控振荡器,只需要天线、16 MHz晶振等非常少的外围电路就能在2.4 GHz频段工作;并且提供一个SPI接口与微处理器相连,完成寄存器的设置和收发数据的任务。CC2420的选择性和敏感性指数都超过了IEEE 802.15.4标准的要求,可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持的最高数据传输速率可达250 kbps,可以实现多点对多点的快速组网。 HFZ-CC2420EM-22 ZigBee射频模块是采用CC2420射频芯片制成的无线通信模块,支持ZigBee协议栈。该模块集成有天线和CC2420其他的外围器件,可以通过SPI接口直接与8位、16位或32位的MCU相连,使用方便。 MMA7260是飞思卡尔公司生产的低成本微型电容式三轴加速度传感器。它采用信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术,提供±1.5g /2g/4g/6g四个量程,用户可在这4个灵敏度中选择。该器件带有低通滤波并已做0g补偿,提供休眠模式,因而是电池供电的无线数据采集的理想之选。该芯片具有如下特性: ◆可选灵敏度,±1.5g/2g/4g/6g; ◆低功耗,工作时电流为500μA,休眠模式下为3μA; ◆低压运行,工作电压为2.2~3.6 V; ◆高灵敏度,在1.5g量程下为800 mV/g; ◆低通滤波器具有内部信号调理功能; ◆设计稳定,防震能力强。 上一页 1

基于CC2420的无线传感器网络节点的设计

引 言 网络是当今国内外通信领域的一大研究热点,它在军事、民用及工商业领域都具有广阔的应用前景。在军事领域,通过网络,隐蔽地分布在战场上的传感器可将获取的信息回给指挥部;在民用领域,网络可在家居智能化、环境监测、医疗保健、灾害预测等方面得到广泛应用;在工商业领域,无线传感器网络在工业自动化、空间探索和其他商业用途卜得到广泛应用。 本文引用地址: 考虑到无线传感器网络在通信上消耗能量较大,故选用功耗较小的芯片作为通信芯片来设计节点。 1 无线传感器的特征 无线传感器网络由大量体积小、能耗低、具有无线通信、传感和数据处理功能的传感器节点组成。因此,传感器节点是尤线传感器网络的基本单元,节点设计的好坏直接影响到整个网络的质量。无线传感器主要负责对周围信息的采集和处理,并发送自己采集的数据给相邻节点或将相邻节点发过来的数据转发给基站或更靠近基站的节点。它一般由传感器模块(传感器、A/D转换器)、处理器模块(微处理器、存储器)、无线通信模块(无线收发器)和能量供应模块(电池)组成,如图1所示。 所有无线传感器都具有相同的功能,但在某一时刻,各个节点可能正在执行不同的功能。根据功能,可以把节点分成传感器节点、簇头节点和汇聚节点3种类型。当节点作为传感器节点时,主要是采集周围环境的数据(温度、光度和湿度等),然后进行A/D转换,交由处理器处理,最后由通信模块发送到相邻节点,同时该节点也要执行数据转发的功能,即把相邻节点发送过来的数据发送到汇聚节点或离汇聚节点更近的节点;当节点作为簇头节点时,主要是收集该簇内所有节点所采集到的信息,经数据融合后,发往汇聚节点;当节点作为汇聚节点时,其主要功能就足连接传感器网络与外部网络(如Internet),将传感器节点采集到的数据通过互联网或卫星发送给用户。 2 芯片的性能和结构特点 是Chipcon公司开发的首款符合Zigbee标准的2.4 GHz射频芯片,集成了所有Zigbee技术的优点,可快速应用到Zigbee产品中。Zigbee是建立在IEEE 802.15.4定义的可靠的PHY(物理层)和MAC(媒体访问控制层)之上的标准,它定义了网络层、安全层和应用层。Zigbee的协议架构如图2所示。 Zigbee技术的特点如下: a) 数据传输速率低:只有20~250 kbit/s,专注于低传输速率的应用。 b) 时延短:休眠激活时延和活动设备接入信道时延均为15 ms,典型的搜索设备时延为30 ms,这便可以使系统有更多的睡眠时问,从而大大降低能量消耗。 c) 功耗低:由于Zigbee的传输速率低,且采用了休眠模式,因此大大降低了功耗。单靠两节5号电池便可维持6到24个月,这是其他无线通信技术望尘莫及的。 d) 安全性高:Zigbee提供了基于CRC(循环冗余校验)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用高级加密标准(AES-128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。 e) 免执照频段:采用直接序列扩频在ISM(工业、科学、医疗)频段,2.4 GHz(全球)、915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲),均为免执照频段。 f) 网络容量大:Zigbee可采用星状、树状和网状网络结构,并采用IEEE标准的64-bit编址和16 bit短编址。由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时,主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65 000个节点的大网。 g) 可靠性高:采用了CSMA-CA技术来避免发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。 h) 低成本:由于Zigbee数据传输速率低,协议简单,因此大大降低了成本。 CC2420芯片除了拥有以上Zigbee的所有优点外,还具有与微控制器的接口配置容易(四线SPI串行口)、接收与发送采用不同存储空间、所需外部元件较少以及采用QLP-48封装,外形尺寸只有7 mm×7 mm等性能特征。 CC2420芯片的内部结构如图3所示。天线接收的信号经低噪声放大器放大,并通过I/Q降频转换为2 MHz的中频信号。该信号再经滤波、放大、A/D转换、自动增益控制、终端信道过滤以及信号修正等,最终得到正确数据。当要发送数据时,先把要发送的数据放入容量为128字节的发送缓冲区。报头和起始帧由硬件自动生成。根据IEEE 802.15.4标准,将数据流的每4个比特扩展为32码片,然后送到D/A转换器。最后,经过低通滤波和上变频混频,并在能量放大器中进行放大后,交由天线发送。 3 节点设计 由于在设计中用到的传感器较少(主要是温度传感器和光传感器),因此将传感器模块集成到处理器模块中。所以对节点设计的描述将分为处理器模块、通信模块和供电模块3部分。其中处理器模块选用ATmega128L作为处理器芯片,通信模块选用CC2420作为通信芯片,在电源方面,采用2节5号电池提供3V供电。 3.1 处理器模块 处理器是整个节点的中心,其他模块都要通过处理器来联系,因此处理器性能的好坏决定了整个节点的性能。ATmega128L芯片是ATMEL公司开发的一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器。它有128 kB的系统可编程Flash存储器,4 kB EEPROM,以及4 kB的片内SRAM,同时还可以扩展外部存储器;采用先进的RISC结构,大部分指令在一个时钟周期内完成;有64个10引脚,都与通用单片机兼容;片内提供1个串行外围接口SPI、1个两线串行接口TWI和2个通用同异步串行接口,用于与外部元件的通信;并提供8通道10位采样精度的A/D转换器,该器件同时支持16路差分电压输入组合。 处理器与传感器的连接如图4所示。因为光传感器与温度传感器的工作原理相似,因此它们可采用同样的电路图。图中的R1为光敏电阻或热敏电阻,R2为10kΩ电阻,用于保护电路,加入电容C1是为使A/D转换器采样所得到的数据更精确。 电路的工作原理是:用ATmega128L的一个引脚给电路提供电源,从图中的电源端输入电路。R1的阻值根据光(R1为光敏电阻)或温度(R1为热敏电阻)的变化而发生变化,从而引起其压降的变化。将R1的负端与处理器的一个A/D转换器端口连接,处理器即可收到一个电信号,然后处理器启动A/D转换功能,将电信号转换为数字存入寄存器,当MCU需要处理或发送该数据时便可来取。利用下式可计算出十位二进制A/D转换器读数DADC。 式中:Vin为A/D转换器引脚的输入电压;Vref为参考电压。 上一页 1

简化Li+电池充电器CC-CV充电测试

锂离子(Li+)电池比其它化学类型的电池更脆弱,对于违规操作具有非常小的容限。因此,锂电池电路比较复杂,要求高精度电流、电压设置。如果无法满足这些精度要求,器可能无法将电池完全充满,进而降低电池寿命,或影响电池性能。 鉴于对Li+电池器的这些要求,对充电器设计进行完全测试并在整个工作范围内进行分段测试非常重要。然而,采用常规负载(即Li+电池)测试Li+电池充电器将非常耗时,而且在实验室和生产环境中也难于实现。为了简化测试过程,本文给出了一个电池仿真电路,可加快测试速度,在不带实际电池的情况下实现对锂离子电池充电器的测试。 -充电 锂离子电池充电过程的第一阶段需要中等精度的恒流()充电,然后在第二阶段过渡到高精度恒压()充电。 图1为用于锂离子电池充电器的-集成电路(MAX1737)的V-I特性曲线。这种类型的IC是消费类产品中所有锂离子电池充电器的核心。图中可清楚 看出CC (2.6V至4.2V电池电压)和CV (4.2V)区域。 图1. MAX1737的V-I曲线是Li+电池充电器的标准特性曲线 电池低于2.6V时,需要采用不同的充电技术。如果试图对放电至2.6V以下的电池充电,充电器须提供一个较低的充电电流(“调理电流”),将电池电压充至2.6V。这是锂离子电池过放电时所必须采取的安全机制。VBATT 2.6V时强行进行快速充电,会使电池进入不可恢复的短路状态。 CC向CV阶段的过渡点的临界容差为± 40mV。之所以要求如此严格的容差,是因为如果CV过低,电池将无法完全充满;而CV过高,则会缩短电池的使用寿命。充电过程终止意味着检测到电池达到满电量,充电器必须断开或关闭。在CV阶段,当检测到充电电流降至快充电流或最大充电电流的一定比例(通常 10%)时终止充电。 Li+电池充电器参数测试 Li+电池充电器设计通常包括两个基本部分:数字部分(控制状态机)和模拟部分,模拟部分包括带有高精度(>1%)基准、可精确控制的电流/电压源。对锂离子充电器(不仅指IC)进行完全测试是一项非常棘手且耗费时间的工作,不仅仅限于对电流或电压值进行检验。 测试时,应该在整个工作范围对充电器进行分段检测:包括CC阶段、从CC到CV的切换、充电终止等。如上所述,测试的理想情况是采用常规充电器的负载:即Li+电池。然而,由于充电过程需要一小时甚至更长时间,使用锂电池进行测试非常耗时。根据具体测试条件的不同:例如大容量电池+慢速充电,小容量电池+快速充电以及其它可能组合,测试时间也不尽相同。 此外,充电过程无法在保证不损坏电池的前提下提高充电电流,因为充电电流受电池最大充电速率(即快速充电电流)的制约。对于消费类产品常用的电池,很少规定电流大于1C (在1小时内将电池完全放电的电流)。因此,大多数情况下完成整个充电周期所需要的时间往往超过两小时。如果需要重复测试,则需要将电池完全放电 — 这一过程仅仅比充电稍微短一些。或者,必须能够随时备有完全放电的电池。 另外可以使用一个模拟的理想负载替代真实电池进行负载测试。仿真时,应验证电路的直流响应和动态稳定性。然而,使用功率测试所用的标准负载进行电池仿真非常困难。与大多数电源测试使用的负载不同,电池不能简单地当作电阻或固定地吸入电流。如上所述,必须在整个工作范围内进行分段测试。以下介绍的Li+充电器测试电路完全满足这些要求。 选择电池模型负载 我们先讨论两个必须考虑但最终放弃的建模方法。电池负载建模的方法之一是:使用一个具有源出(放电)和吸入(充电)电流能力的电压源与代表电池内阻的电阻串联。由于Li+电池要求精确控制终止电压和充电电流,目前所有Li+充电器实际上是稳压电源转换器。 此外,由于稳压电源变换器(充电器)的稳定性取决于负载(电池)的动态特性,因此必须选择一个与模型非常相似的负载。否则,测试只能验证充电器本身的V-I特性。 如果只是进行一次性测试,可以使用并联型稳压器与电阻串联,这足以模拟电池的内阻,并且,这一简单的电池模型完全可以满足测试要求。这种方法的优势是由充电器本身供电。然而,更严格的测试需要更精确的模型。该模型采用内部电压源,电压值是充电过程中供给电池的总电荷的函数。 用恒流源对电池充电时电压将不断变化,以一定的正斜率上升。这是由于放电和其它电池内部化学变化过程中,电池正极周围累积的极化离子逐渐减少。因此,充电器的工作点取决于电池连接时间的长短,以及电池的工作历史。用大多数电子实验室能够找到的通用器件构建负载,以模拟这一复杂负载的模型很困难。 需要经常对充电电路进行测试,或必须详细描述电路特性时,准确模拟充电过程的电池非常有用。模拟过程需要连续扫描充电器的所有直流工作点。模拟电路还要显示结果,使操作人员可以查找问题、故障和干扰。如果模拟电路能够提供电池电压输出和信号,这些结果可以直接作为示波器信号。测试速度可以加快(从几小时到数十秒),并可根据需要进行多次反复,比用真正的电池测试更方便。然而,测试速度加快后对确定充电电源的热效应不利。因此,可能需要额外的长时间测试,以便与充电电源和调节电路的热时间常数相吻合。 建立电池模型负载 图2电路模拟的是单节锂离子电池。充电器CC阶段的终止充电电压和快速充电电流由充电器设置决定。仿真器初始化时,可设置完全放电条件下内部电池电压为3V,但该电压可以提升到4.3V,以测试过充电情况。3V初始值通常用于低电池电压关断电路(用来终止锂离子电池放电过程)。这种设计专门针对终止充电压为4.2V的标准CC-CV锂离子电池充电器。该设计调整起来很容易,能够适应非标准终止电压和完全放电电压的测试。测试时充电器用高达3A的充电电流驱动仿真电路,受功率晶体管功耗的限制。图2电路模拟了电池电压增加的情况,电池电压是从仿真电路设置为完全放电状态开始,电路充电电流的函数。 根据图中给出的参数值,充电电流为1A时,积分时间常数使模拟电路在6至7秒内达到充电器的4.2V限制。对电流范围、内阻、充电终止电压和完全放电电压的模拟是在锂离子电池(本例中指Sony US18650G3)典型参数的基础上完成的。所仿真的电池电压没有考虑环境温度的影响。 图2单节Li+电池充电情况的仿真电路,该电路可以在不使用实际电池的情况下测试Li+电池充电器 并联稳压器设计采用MAX8515并联稳压器和一对双极型功率晶体管(选择该稳压器时考虑了其内部基准电压的精度),大电流TIP35晶体管安装在能够耗散25W热量的散热器上。 MAX4163双运放的其中一个放大器用来对充电电流积分,另一个放大器对电流测量信号进行放大和偏置。该运算放大器具有较高的电源抑制比,并可支持满摆幅输入/输出范围,简化了两种功能电路的设计。注意,与电池仿真器正端串联的0.100Ω电流检测电阻同时也作为电池内阻。 在具有自动测试-数据采集功能的系统内工作时,可用外部信号将仿真电池复位到完全放电状态。另外,手动操作测试设置时,可用按键复位。 利用单刀单掷开关可以选择仿真电池的两种工作模式。掷向A端时,实现积分充电仿真器,如上所述。掷向B端时,仿真器将设定在某一固定的直流工作点对充电器进行现场测试时的输出电压和吸电流。为实现这一功能,“设置”电压可通过改变50kΩ可变电阻,在2.75V至5.75V之间手动调整。这些设置电压值与内部吸入电流有关。仿真器端实测电压(VBATT)等于设定电压加上吸电流流经仿真电池内阻(0.100Ω电阻)产生的压降。仿真电路工作时的电源取自电池充电器输出。 仿真电路的性能 图3为模拟锂离子电池充电至4.2V时获得的典型V-I波形。从图中可以看出两个测试过程:一个是以1A初始快充电流充电(曲线B和D),另一个是以2A快充电流充电(曲线A和C)。这两种情况下,首先进入CC阶段充电,直到电池电压达到终止电压4.2V。在此之后,电流呈指数衰减,而仿真电池的电压保持不变。充电电流为2A时到达终止电压所需的时间更短,与预期设计相同。然而,请注意,电流加倍不会使充电时间减半,只会使到达CV模式的时间减半,与真实电池负载的测试情况一样。 图4为两个不同设置电压:3V和4.1V时的吸电流V-I曲线。两个曲线的动态电阻(用斜率表示)仅仅是由0.100Ω电阻模拟的电池内阻。 图3根据图2电池仿真电路绘制出的图形,快速充电波形表明两种条件下电池充电器的工作情况,分别是:CC阶段提供1A (曲线B和D)和2A (曲线A和C)充电电流 图4图2电路在电压为4.1V (上部曲线)和3V (下部曲线)时的吸入电流,两种情况下斜率均代表0.1Ω内阻 结语 由于锂离子电池充电过程需要一小时或更长时间,利用实际负载测试锂电池充电器将非常耗时,而且往往不切实际。为了加快电池充电器测试,本文介绍了一个简单电路,用来模拟锂离子电池。该电路提供了一个不使用实际电池对锂电池充电器进行测试的有效手段。

凌华推出High Speed Link延伸模块

 科技推出  系统HSL-HUB3与HSL-Repeater。此产品可以为HSL用户提供最长可达2400公尺的长距离使用及多点连接(multi-drop)接线架构,搭配高达十余种I/O及运动控制的组合,提供客户实时控制的完整解决方案。        的  (HSL)技术是串列式远程I/O实时控制的绝佳选择。HSL-HUB3/Repeater基于HSL技术,针对接线的架构及距离的延续为HSL用户提供更高的系统弹性。设备制造商及工厂自动化的集成商可以将此导入次系统的规划,也可以用于远程最长2400公尺的I/O控制或是运动控制。       HSL串列式架构帮助系统集成商降低在主控端系统资源分配的难度。HSL-HUB3/Repeater则为长距离串接及次系统导入提供解决方法。本系列产品已上市,现货供应中,欢迎浏览凌华网站:http://www.adlinktech.com 。

i2为友讯提供SCM解决方案

宣布将协同前进国际(AIC)为( Corporation)导入 解决方案。该项计划於四月份上旬签约,预计以6个月时间完成导入,2002年Q4正式上线。 本文引用地址: 本次计画将由前进国际(AIC)与共同提供导入期间的顾问服务。导入的模组主要为i2 模组中的Factory Planner。该项计画导入後预计将可协助降低现阶段库存量,加快供应链上、下游回应速度,同时提升整体客户服务品质。 i2台湾分公司总经理曹衡康表示,IT产业往往由於产品线多样化使得上游零组件种类复杂,备料困难,生产时程难以预期。模组中的工厂规划系统(Factory Planner)能协助组装业者做好原物料以及产能的规划,预期订单的产出情形,相对提升生产过程中的透明度,解决过去由於上、下游供需变动频繁所产生备料困难的问题。 本文由 CTIMES 同意转载,原文链接:http://www.ctimes.com.tw/DispCols/cn/SCM//i2/0204151822GS.shtmll

友冠资讯推出D-Link 网路卡 600万感谢回??抽奖刮刮乐

为了厌祝 DFE-530TX高速乙太的销售长红绩效,资讯於即日起推出回??抽奖刮刮乐活动,只要於90年12月31日前购买 DFE-53OTX 10/100M 就有机会刮中无线宽频路由器、USB烧录机 、MP3随身听、或集点兑换券等,奖额多多请快来试手气 ! DFE-530TX刮刮乐活动办法说明如下:凡刮中头奖、二奖、三奖者,填妥中奖资料将刮刮卡正本及身份证影本於有效期间91年2月28日前,寄至资讯530TX活动小组收,即可在1月个内收到赠品;头奖为多功能宽频无线路由器50名(市价NT$15,000)、二奖为USB外接式烧录机250名(市价NT$8,500)、三奖为MP3 CD随身听400名(市价NT$4,000)另外集点兑换奖共有2000名可以获得4埠的USB Hub 。 本文引用地址: 资讯陈醒初总经理表示:『友冠资讯所代理的D-Link网路卡已经连续六年荣获资策会所举办的”MIS USERS’票选活动”最隹网路卡票选第一名,在今年的票选活动中得票率更是达42%,由於D-Link品牌的高度稳定性、友冠支援快速售後服务的机制及长久已来通路经营的成果,D-Link品牌的网卡已成为用户心中最值得购买的网卡产品』。 另外,友冠资讯所推出的D-Link DGE-550T(RJ-45)Gigabit网路卡,是专为高性能伺服器与高频宽需求的用户而设计的超高速PCI网路卡,它透过双绞线在伺服主机与交换器之间提供高达2000Mbps的高速网路连结效能。DGE-550T 为传统的Gigabit 光纤技术提供了安装容易且更经济的替代方案,DGE-550T采用与100Base-TX相同的Cat.5 Twisted-Pair 作为传输介质更同时支援10Mbps、100Mbps及1000Mbps三种传输速率,可以轻易地将原有的伺服主机直接提升到Gigabit 的传输速度,而不需重新架设昂贵的光纤网路,除了有效的减低升级成本外也减轻用户升级的困难。DGE-550T 支援全双工模式可提供2Gbps的传输频宽,同时符合32/64位元PCI汇流排标准可以适用於不同配置的伺服主机。为进一步提高效能DGE-550T还提供VLAN、Flow Control、Priority Queue等增强网路功能,能够有效提高性能和安全性,从而为多媒体、视频会议以及IP电话等高频宽需求得应用提供更好的支援。 本文由 CTIMES 同意转载,原文链接:http://www.ctimes.com.tw/DispCols/cn/%E5%8F%8B%E5%86%A0/WAN%E9%85%8D%E6%8E%A5%E4%B8%8E%E7%AE%A1%E7%90%86/0110301758SH.shtmll

详解CC-Link现场总线

融合了控制与信息处理的 现场总线 CC-Link(Control & Communication Link)是一种省配线、信息化的网络,它不但具备高实时性、分散控制、与智能设备通信、RAS等功能,而且依靠与诸多现场设备制造厂商的紧密联系,提供开放式的环境。Q系列PLC的CC-Link模块QJ61BTll,在继承A/QnA系列特长的同时,还采用了远程设备站初始设定等方便的功能。 为了将各种各样的现场设备直接连接到CC-Link上,与国内外众多的设备制造商建立了合作伙伴关系,使用户可以很从容地选择现场设备,以构成开放式的网络。2000年10月,Woodhead、Contec、Digital、NEC、松下电工、三菱等6家常务理事公司发起,在日本成立了独立的非盈利性机构“CC-Link协会”(CC-Link Partner Association,简称CLPA),旨在有效地在全球范围内推广和普及CC-Link技术。到2001年12月CLPA成员数量为230多家公司,拥有360多种兼容产品。 1 .CC-Link 系统的构成 CC-Link系统只少1个主站,可以连接远程I/O站、远程设备站、本地站、备用主站、智能设备站等总计64个站。CC-Link站的类型如表1所示。 表1 CC-Link站的类型 CC-Link站的类型 内容 主 站 控制CC-Link上全部站,并需设定参数的站。每个系统中必须有1个主站。如A/QnA/Q系列PLC等 本 地 站 具有CPU模块,可以与主站及其他本地站进行通信的站。如A/QnA/Q系列PLC等 备用主站 主站出现故障时,接替作为主站,并作为主站继续进行数据链接的站。(http://www.diangon.com/版权所有)如A/QnA/Q系列PLC等 远程I/O站 只能处理位信息的站,如远程I/O模块、电磁阀等 远程设备站 可处理位信息及字信息的站,如A/D、D/A转换模块、变频器等 智能设备站 可处理位信息及字信息,而且也可完成不定期数据传送的站,如A/QnA/Q系列PLC、人机界面等 CC-Link系统可配备多种 中继器,可在不降低通信速度的情况下,延长通信距离,最长可达13.2km。例如,可使用光中继器,在保持10Mbps通信速度的情况下,将总距离延长至 4300m。另外,T型中继器可完成T型连接,更适合现场的连接要求。 2 .CC-Link 的通信方式 (1)循环通信方式 CC-Link采用广播循环通信方式。在CC-Link系统中,主站、本地站的循环数据区与各个远程I/O站、远程设备站、智能设备站相对应,远程输入输出及远程寄存器的数据将被自动刷新。而且,因为主站向远程I/O站、远程设备站、智能设备站发出的信息也会传送到其他本地站,所以在本地站也可以了解远程站的动作状态。 (2)CC-Link的链接元件 每一个CC-Link系统可以进行总计4096点的位,加上总计512点的字的数据的循环通信,通过这些链接元件以完成与远程I/O、模拟量模块、人机界面、变频器等FA(工业自动化)设备产品间高速的通信。 CC-Link的链接元件有远程输入(RX)、远程输出(RY)、远程寄存器(RWw)和远程寄存器(RWr)四种,如表2所示。远程输入(RX)是从远程站向主站输入的开/关信号(位数据);远程输出(RY)是从主站向远程站输出的开/关信号(位数据);远程寄存器(RWw)是从主站向远程站输出的数字数据(字数据);远程寄存器(RWr)是从远程站向主站输入的数字数据(字数据)。 表2 链接元件一览表 项 目 规 格 整个CC-Link系统最大链接点数 远程输入(RX) 2048点 远程输出(RY) 2048点 远程寄存器(RWw) 256点 远程寄存器(RWr) 256点 每个站的链接点数 远程输入(RX) 32点 远程输出(RY) 32点 远程寄存器(RWw) 4点 远程寄存器(RWr) 4点 注:CC-Link中的每个站可根据其站的类型,分别定义为1个、2个、3个或4个站,即通信量可为表中“每个站的链接点数”的1到4倍。 (3)瞬时传送通信 在CC-Link中,除了自动刷新的循环通信之外,还可以使用不定期收发信息的瞬时传送通信方式。瞬时传送通信可以由主站、本地站、智能设备站发起,可以进行以下的处理: l)某一PLC站读写另一PLC站的软元件数据。 2)主站PLC对智能设备站读写数据。 3)用GX Developer软件对另一PLC站的程序进行读写或监控。 4)上位PC等设备读写一台PLC站内的软元件数据。 3 .CC-Link 的特点 (1)通信速度快 CC-Link达到了行业中最高的通信速度(10Mbps),可确保需高速响应的 传感器输入和智能化设备间的大容量数据的通信。可以选择对系统最合适的通信速度及总的距离见表3. 表3 CC-Link通信速度和距离的关系 通信速度 10Mbps 5Mbps 2.5Mbps 625kbps 156kbps 通信距离 ≤100m ≤160m ≤400m ≤900m ≤1200m 注:可通过中继器延长通信距离 (2)高速链接扫描 在只有主站及远程I/O站的系统中,通过设定为远程I/O网络模式的方法,可以缩短链接扫描时间。 表4为全部为远程I/O站的系统所使用的远程I/O网络模式和有各种站类型的系统所使用的远程网络模式(普通模式)的链接扫描时间的比较。 表4 链接扫描时间的比较(通信速度为10Mbps时) 站数 链接扫描时间/ms 远程I/O网络模式 远程网络模式(普通模式) 16 1.02 1.57 32 1.77 2.32 64 3.26 3.81 (3)备用主站功能 使用备用主站功能时,当主站发生了异常时,备用主站接替作为主站,使网络的数据链接继续进行。而且在备用主站运行过程中,原先的主站如果恢复正常时,则将作为备用主站回到数据链路中。在这种情况下,如果运行中主站又发生异常时,则备用主站又将接替作为主站继续进行数据链接。 (4)CC-Link自动起动功能 在只有主站和远程I/O站的系统中,如果不设定网络参数,当接通 电源时,也可自动开始数据链接。缺省参数为64个远程I/O站。 (5)远程设备站初始设定功能…

CC-link总线应用特点

由于 CC-Link 可以直接连接各种流量计、电磁阀、温控仪等现场设备,降低了配线成本,并且便于接线设计的更改;通过中继器可以在 4.3 公里以内保持 10M 的高速通讯速度,因此广泛用于半导体生产线、自动化传送线、食品加工线以及汽车生产线等各个现场控制领域。在中国国内,也已经有不少地方使用了 CC-Link 。 现将其应用特色归纳如下:  a) 便于组建价格低廉的简易控制网  作为现场总线网络的 CC-Link 不仅可以连接各种现场仪表,而且还可以连接各种本地控制站 PLC 作为智能设备站。在各个本地控制站之间通讯量不大的情况下,采用 CC-Link 可以构成一个简易的 PLC 控制网,与真正的控制网相比,价格极为低廉。  例如青岛海尔的空调测试生产线。该生产线的每个测试工位都采用了一套独立的 PLC (三菱电机的 FX2N PLC ),来控制该测试工位的测试任务。为了使管理层的人员能够及时了解生产线各工位的工作情况,所以采用 CC-Link 将各个独立的控制站连接成为一个网络,通过与主站(三菱电机的 A1SJHCPU )连接的上位机来监控整个测试线的工作情况。与传统的 RS485 通讯方式相比, CC-Link 不仅通讯距离长、速度快,具有价格上的竞争优势,而且由于 CC-Link 提供了强大的 RAS 功能,所以在上位机上可以监控各个现场测试站的工作情况,及时发现各种异常,以及网络的连线异常等。当现场测试站中的某一个 PLC 站出现问题,会自动断线,而不影响其他站的工作,当该站修复后,会自动上线。   本文引用地址:b) 便于组建价格低廉的冗余网络  在一些领域对系统的可靠性提出了很高的要求,这时往往需要设置主站和备用主站构成冗余系统。虽然 CC-Link 是一个现场级的网络,但是提供了很多高一等级网络所具有的功能,如:可以对其设定主站和备用主站,由于其造价低廉,因此性价比较高。  例如在苏州的热电厂项目中,采用了 CC-Link 的这一功能。主站、备用主站均采用三菱电机的 Q2ASHCPU ,通过 CC-Link 连接了两个远程输入站和远程输出站。当主站、备用站均正常工作时,由主站对远程站进行控制;当主站出现故障时,备用主站将自动接管系统的控制权,作为主站工作,防止了系统的停滞。  c) 适用于一些控制点分散,安装范围狭窄的现场。  在楼宇监控系统中,如燃气监控系统,其相应的检测点很多,而且比较分散。另外,高层建筑为追求设计的经济型,往往尽量缩小夹层和上下通道的尺寸。采用 CC-Link 现场网连接分立的远程 I/O 模块,一层网络最多可以控制 64 个地方的 2048 点,总延长距离可达 7.6 公里。小型的输入输出模块体积仅为 87.3x50x40mm ,足以安装在极为狭窄的空间内。内容来自dedecms  上海西派埃实业公司测控部采用 CC-Link 的现场网络通讯方式,与 1998 年上半年成功地开发了 “FLD 现场总线式燃气泄漏监控系统 ” 并将其产品化,此产品已成功运用于上海浦东国际机场等项目中。  d) 适用于直接连接各种现场设备。  由于 CC-Link 是一个现场总线网,因此它可以直接连接各种现场设备。  例如在河北大剧院的项目中,使用了众多的变频器。原先常用的连接变频器的方法是通过输出接点、模拟量或者 RS485 通讯等方式进行控制。例如采用模拟量,则针对一个变频器, PLC 需要有一个模拟量模块的一个通道与之相对应,如果采用 1 个模块 8 通道的 D/A 转换模块,则连接 40 台变频器需要 5 个这样的模块,而如果采用 CC-Link 的连接方式, PLC 上安装一个连接模块,就可以连接 42 台变频器。采用 CC-Link 连接变频器,不仅可连接的数量多,通讯距离也比 RS485 长,而且具有网络通讯的总体监控和诊断功能,通讯编程方便,这些都是 RS485 通讯所无法比拟的。

CC-Link的优势有哪些

CC-Link的优势如下:   1) 高速度大容量的数据传送可设定介于156Kbps到10Mbps间可选择的5种通信速度之一。总长度由最大通信速度决定。 每个循环传送数据为24字节,有150字节用于通信传送。8字节(64位)用于位数据传送,16字节(4点RWr、4点RWw)用于字传送,(L=>M 34字节)。每次链接扫描的最大容量是2048位和512字。 在64个远程I/O站的情况下,链接扫描时间为3.7毫秒。稳定快速的通信速度是CC-Link的最大优势。 CC-Link有足够卓越的性能应用于大范围的系统。 当应用10Mbps的通信速度时,最大通信距离是100米;当通信速度为156Kbps时,最大通信距离为1200米。如果应用中继器,还可以扩展网络的总长度。通信电缆的长度可以延长到13.2KM。 2)拓扑结构有多点接入、T型分支、星型结构3种型号的电缆及连接器可以支持将CC-Link元件接入任何机器和系统。 本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201612/331060.htm 3)CC-Link使分布控制成为现实 CC-Link同样用于低价的中间控制层网络。 所有的本地站和智能站可以访问循环数据,如到达从站或来自从站的RX、RY、RWr、RWw。(但不可改变这些数据)如果使用这些循环数据,可以保证高速的应答和稳定的刷新时间,使中间控制通信、中央控制系统变成现实。 有些应用中要求有控制层和元件层2种网络,这样的系统可以仅仅只用CC-Link。 由于CC-Link每个站有固定的循环数据的范围,可能使循环数据受到限制,但,它毕竟是一个低价的网络。 4)自动刷新功能、预约站功能 以PLC作为CC-Link的主站为例,由主站模块管理整个网络的运行和数据刷新,主站模块与PLC的CPU的数据刷新可在主站参数中设置刷新参数,便可以将所有的网络通信数据和网络系统监视数据自动刷新到PLC的CPU中,不需要编写刷新程序,这样,也不必要考虑CC-Link主站模块缓冲寄存区的结构和数据类型与缓冲区的对应关系,简化编程指令,减少程序运行步骤,缩短扫描周期,保证系统运行实时性。 预约站功能在系统的可扩展性上显示出极大的优越性,也给我们系统开发提供很大的方便。预约站功能指CC-Link在网络组态时,可以将现在不挂上网络而计划将来挂接到CC-Link的设备,在网络组态时事先将这些设备的系统信息(站类型、占用数据量、站号等)在主站中登录,而且可以将相关程序编写好,这些预约站挂接到网络中后,便可以自动投入运行,不需要重新进行网络组态。而且在预约站没有挂接到网络中时CC-Link同样可以正常运行。 5)完善的RAS功能 RAS是Reliability(可靠性)、Availability(有效性)、Serviceability(可维护性)的缩写。 备用主站功能、在线更换功能、通信自动恢复功能、网络监视功能、网络诊断功能提供了一个可以信赖的网络系统,帮助用户在最短时间内恢复网络系统。 6)优异抗噪性能和兼容性 为了保证多厂家网络的良好的兼容性,一致性测试是非常重要的。通常只是对接口部分进行测试。而且,CC-Link的一致性测试程序包含了噪音测试。因此,所有CC-Link兼容产品具有高水平的抗噪性能。正如我们所知,能做到这一点的只有CC-Link。 除了产品本身具有卓越的抗噪性能以外,光缆中继器给网络系统提供了更加可靠、更加稳定的抗噪能力。 至今还未收到过关于噪音引起系统工作不正常的报告。 7)互操作性和即插即用 CC-Link提供给合作厂商描述每种类型产品的数据配置文档。这种文档称为内存映射表,用来定义控制信号和数据的存储单元(地址)。然后,合作厂商按照这种映射表的规定,进行CC-Link兼容性产品的开发工作。 以模拟量I/O映射表为例,在映射表中位数据RX0被定义为“读准备好信号”,字数据RWr0被定义为模拟量数据。由不同的A公司和B公司生产的同样类型的产品,在数据的配置上是完全一样的,用户根本不需要考虑在编程和使用上A公司与B公司的不同,另外,如果用户换用同类型的不同公司的产品,程序基本不用修改。可实现“即插即用”连接设备 8)瞬时传送功能CC-Link的通信形式可分为2种方式:循环通讯和瞬时传送。 循环通讯意味着不停地进行数据交换。各种类型的数据交换即远程输入RX,远程输出RY和远程寄存器RWr、RWw。一个子站可传递的数据容量依赖于所占据的虚拟站数。占据一个子站意味着适合32位RX和/或RY,并以每四个字进行重定向。如果一个装置占据两个虚拟站,那么它的数据容量就扩大了一倍。 除了循环通信,CC-Link还提供主站、本地站及智能装置站之间传递信息的瞬时传送功能。信息从主站传递到子站,信息数据将以150字节为单位分割,并以每批150字节传递。若从子站传递到主站或其他子站,每批信息数据最大为34字节。瞬时传送需要由专用指令来完成。 瞬时传送不会影响循环通信的时间。

CC-Link的通信模块

CC-Link通信方式的常用网络模块有CC-Link通信模块(FX2N-16CCL-M、FX2N-32CCL)、CC-Link/LT通信模块(FX2N-64CCL-M)、Link远程I/O链接模块(FX2N-16Link-M)和AS-i网络模块(FX2N-32ASI-M)。本文将介绍FX2N-16CCL-M、FX2N-32CCL模块。 FX2N-16CCL-M FX2N-16CCL-M是FX系列PLC的CC-Link主站模块,它将与之相连的FX系列PLC作为CC-Link的主站。主站是整个网络中控制数据链接系统的站。 远程I/O站仅处理位信息,远程设备站可以处理位信息和字信息。当FX系列PLC为主站单元时,只能以FX2N-16CCL-M作为主站通信模块,整个网络最多可以连接7个I/O站和8个远程设备站。 特点: 用FX系列的PLC作为主站,构成高速、经济的 现场总线系统,可以连接支持CC-Link的本公司产品和合作厂商的 工控设备,所以可以选择适合客户要求的设备,构成高速的现场 总线网络。 由于实现了网络的省接线、省空间,所以在提高布线工作效率的同时,还减少了安装费用和维护费用。 FX2N-32CCL FX2N-32CCL模块是将PLC连接到CC-Link网络中的接口模块,与之连接的PLC将作为远程设备站。它在连接CC-Link网路时,必须进行站号和占用站数的设定。站号由2位旋转开关设定,占用站数由1位旋转开关设定,站号可在1~64之间设定,占用站数在1~4之间设定。 特点: FX2N-32CCL作为FX系列PLC的特殊扩展模块连接, 每个站的远程输入输出点数为:输入32点、输出32点。 每个站的远程寄存器点数为:RWw写入区域4点,RWr读出区域4点。 站数设定在1~4个站之间可选,因此可以根据控制规模构建系统。