高 楠
(蘇州市計量測試院,江蘇 蘇州 215128)
臺灣泓格7524(D)智能工控單元支持四通道的RS232串口,其內(nèi)置的MiniOS7 系統(tǒng)可以方便進行二次開發(fā)。7XXXD 表示模塊自帶五位七段的LED 顯示。泓格模塊應(yīng)用靈活易于編程,可以大大縮短開發(fā)周期,并且可以穩(wěn)定地運行在各種惡劣和嘈雜的工業(yè)環(huán)境中[1,2]。
泓格7524(D)選用Am188TMES 嵌入式CPU,有20MHz和40MHz 兩種主頻,512K 的SRAM,內(nèi)置2K 的EEPROM便于存儲配置參數(shù),外圍支持2 ~8 個COM 端口,且RS485 的端口隔離電壓可達3000V,并且可以選配D 型工控模塊,支持5 位LED 顯示。內(nèi)置ICP DAS 的MiniOS7嵌入式操作系統(tǒng),內(nèi)置看門狗定時器(1.6s),支持電源保護及網(wǎng)絡(luò)保護,模塊內(nèi)置I/O 擴展總線接口。工作溫度在-25℃~75℃之間,工作濕度在0%~90%之間,可用于惡劣的工控環(huán)境[3-5]。
圖1 泓格7524外觀圖Fig.1 Honggrid 7524 appearance
模塊的引腳定義如下:
1 DO 100 mA, 30V max.
2 DI 3.5V ~ 30V
3 D1+ DATA+ 引腳 COM1 (RS-485)
4 D1- DATA - 引腳 COM1 (RS-485)
5 CTS1 COM1 (RS-232)
6 RTS1 COM1 (RS-232)
7 GND 接地COM1 (RS-232)
8 TXD1 COM1 (RS-232)
9 RXD1 COM1 (RS-232)
10 INIT* 初始化引腳, 3.5V ~ 30V
11 D2+ DATA+ 引腳 COM2 (RS-485)
12 D2- DATA - 引腳 COM2 (RS-485)
13 +VS V+ 供電電源 (+10 to +30VDC)
14 GND GND 供電電源地
15 -18 COM3 (RS-232)
19 GND 接地COM3/COM4 (RS-232)
20-23 COM4 (RS-232)
24 GND 接地COM4/5 (RS-232)
25-28 COM5 (RS-232)
泓格7524 的板卡組成為7188XB+X505,其中7188XB是嵌入式核心處理器,X505 是附帶3 個RS232 串口,0 個RS485,0 個DI,0 個DO 的擴展功能卡。進行程序編程時需要將10 引腳即INIT*連接外部電源地以使泓格處理器處于“初始化開發(fā)模式”。除了7524 可以連接1 個RS485 和4 個RS232 之外,其還具有1 個DI 和1 個DO 功能,如圖2 所示。將模塊的13 引腳 +VS 接24V 直流電源正,14 引腳 GND 接24V 直流電源負,DI 端無外接設(shè)備時懸在高電平,有開關(guān)量觸發(fā)時DI 端口被拉至低電平。DO 端口可以直接驅(qū)動所連接的負載,驅(qū)動能力畢竟有效,要求回路電流小于125mA。圖3 給出了泓格7524 內(nèi)部的接線原理圖,DI 處理方式是DI 輸入端通過R2 的10kΩ 電阻上拉至5V直流電源,再通過R1 的10kΩ 電阻耦合至與門74HCT08的兩個短接輸入端以提高輸入驅(qū)動和抗干擾能力。同理,泓格7524 的輸出引腳采用ULN2003A 集電極開路輸出,B0-B6 對應(yīng)C0-C6 輸出,為了提升DO 的驅(qū)動能力同樣將兩個輸出引腳短接,實現(xiàn)“與”輸出,如C0 和C1 對應(yīng)DO0,C2 和C3 對應(yīng)DO1,C3 和C4 對應(yīng)DO2[6]。
圖2 泓格7524DI和DO外部接線圖Fig.2 Honggrid 7524DI and DO external wiring diagrams
圖3 泓格7524DI和DO內(nèi)部原理圖Fig.3 Honggrid 7524DI and DO internal schematics
MiniOS7 是ICP DAS 泓格公司為752N 系列單元設(shè)計的嵌入式操作系統(tǒng)。DOS 系統(tǒng)PC-DOS、MS-DOS、ROMDOS 都是一組命令或代碼,告訴計算機如何處理信息。DOS 系統(tǒng)可以運行程序,管理文件,控制信息等,MiniOS7嵌入式操作系統(tǒng)提供了與ROMDOS 等效的函數(shù)功能,便于開發(fā)者直接進行編程調(diào)用。每個7524 工控單元具備一個64 位唯一的硬件序列號,這個數(shù)字是唯一的,不同于任何工控單元,應(yīng)用這個序列號可以檢查這個硬件單元是否為非法拷貝,這是泓格7524 最低成本的版權(quán)保護方法[7,8]。
圖4 泓格7524應(yīng)用示意圖Fig.4 Honggrid 7524 application diagram
泓格7524 附帶兩個例程Demo,7524.c 和7524.exe 分別是模塊單元的源文件和硬件程序。
7524 與HP34401A 需 要 連 接5 條 線,TXD 和RXD、RXD 和TXD、DTR 和DSR、DSR 和DTR 以及GND 和GND。
泓格7524 是一個RS-232/485/422 可尋址智能通訊控制器,在工業(yè)界中有許多設(shè)備是屬于RS-232 串口連接,如何將這些RS-232 接口的設(shè)備整合至自動化控制網(wǎng)絡(luò)中,將是一個自動化整合應(yīng)用的重要課題。一般而言,這些RS-232 接口的設(shè)備常常被運用在分布式監(jiān)控的范疇中,即這些設(shè)備可能與中央控制室的PC 之間存在一段距離,而比較接近現(xiàn)場的機臺或傳感器。因此,以PC 搭配多通訊端口的適配卡來控制這些RS-232 的設(shè)備就會變得有些不切實際且不方便。I-7524 智能通訊控制器的RS-485 可尋址特性(在同一個RS-485 網(wǎng)絡(luò)上可尋址范圍從0-255,共256 個地址), 把各個RS-232 接口設(shè)備上收集到的信息經(jīng)由I-7524 轉(zhuǎn)發(fā)至RS-485 網(wǎng)絡(luò)上,并回傳至中央控制室或把要下達的命令通過RS-485 與 I-7524 智能通訊控制器送至各個RS-232 接口的設(shè)備。除了本身具備RS-485 容易維護、配線單純、穩(wěn)定、可靠與低成本的特性外,也增加了設(shè)備的可擴展性。當需要增加更多的RS-232 設(shè)備時,僅需要再接上一個I-752N 的智能通訊控制器即可,而不必擔心PC 上是否還有足夠的插槽可擴充。此外,I-752N 上有1K bytes 的緩沖區(qū),可以接受從RS-232 端進入的命令,而等待中央控制室或PC 有時間時,再由RS-485 網(wǎng)絡(luò)上讀取這些命令,如此可降低這些RS-232 設(shè)備數(shù)據(jù)流失的問題。I-7524 本身的1 個DI 與1 個DO 通道亦可以增加其功能與應(yīng)用范圍。RS-485 端的隔離保護電路,可確保RS-232 接口設(shè)備免于受到RS-485 網(wǎng)絡(luò)上噪聲或突波的傷害。至于RS-485 上數(shù)據(jù)傳送與接收訊號的方向控制,I-7524 本身也有自調(diào)式的IC,不需擔心RS-485 的方向問題[9]。
圖5 串口下載連線示意圖Fig.5 Serial download line diagram
MiniOS7 為嵌入式控制器提供一系列控制硬件的函數(shù),這些函數(shù)可以用來控制嵌入式控制器中的NVRAM、Flash memory、EEPROM、定時器、看門狗定時器、串行埠、七段顯示器以及嵌入式控制器上的I/O 點。如圖5 將硬件調(diào)試線連接好以后,進行程序加載,以IsTxBufEmpty 函數(shù)觀察COM 的輸出緩沖區(qū)是否有數(shù)據(jù)為例:
1 #include<7188x.h>
2 void main(void)
3 {
4 char a[20],b,r[10];
5 int c=1;
6 Print("Input command:");
7 Scanf("%s",r);
8 InstallCom(2,9600,8,0); //初始化
9 SendCmdTo7000(2,r,0);
10 Print(" %d ",IsTxBufEmpty(2)); //觀察緩沖區(qū)
11 WaitTransmitOver(2);
12 Print(" %d ",IsTxBufEmpty(2)); //觀察緩沖區(qū)
13 ReceiveResponseFrom7000(2,a,1000,0);
14 Print(" %s ",a);
15 Print("Press ESC to end the program");
16 while(c)
17 {
18 b=Getch();
19 if(b==27)
20 c=0;
21 }
22 SendCmdTo7000(2,"#020000",0);
23 ReceiveResponseFrom7000(2,a,1000,0);
在工業(yè)壓力儀表的計量檢定中,需要對壓力儀表(遠傳壓力表、壓力變送器和RS232 壓力表)進行施加標準壓力值,再用高精度數(shù)字多用表采集輸出的電流或者電壓信號值。在工業(yè)現(xiàn)場中,由于很多儀表受安裝工藝和拆卸條件的限制無法拆卸送檢,這就需要在壓力管路上施加標準壓力值,并采集安裝在同一管路上的標準壓力表和被檢壓力表輸信號值。針對電流輸出的壓力儀表可以采用7524+34401 實現(xiàn)被檢表的4mA ~20mA 電流采集,而針對具有非標協(xié)議的RS232 接口壓力表就需要在泓格7524 上開發(fā)非標ASCII 協(xié)議,以實現(xiàn)不同被檢壓力表的壓力值讀取操作。同圖4 一樣,PC 通過485 總線連接多個具有不同地址的7524 工控單元,每個7524 又具有多個RS232 接口可以連接被檢壓力儀表。這樣就可以實現(xiàn)壓力儀表出廠的批量校準或者工業(yè)現(xiàn)場的壓力儀表批量在線檢定操作,而此時泓格7524 起到了“數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)”的作用,靈活的開發(fā)儀表協(xié)議可以承上啟下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的解析與交互[10]。
從硬件和軟件兩個方面分別介紹了泓格7524 工控單元的功能配置、接口定義、負載接線方式、擴展能力,MiniOS7 和核心板7188XB 的開發(fā)流程。應(yīng)用7524 實現(xiàn)現(xiàn)場非標協(xié)議RS232 接口壓力儀表的定制化數(shù)據(jù)采集,經(jīng)測試采用泓格7524 作為數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)PC 與現(xiàn)場多個壓力儀表的數(shù)據(jù)交互,達到了預(yù)期效果,可以提升壓力儀表出廠校準和現(xiàn)場計量的工作效率。