设计、搭建、测试
图示的电路板已装配完成且经过测试。

概览

设计资源

设计集成文件

  • 原理图
  • PCB布局
  • 物料清单
  • 固件文件
下载设计文件 3.42 M

描述

工业4.01带来第四次工业革命,主要采用分布式、智能控制系统。工业4.0打破了过去集中配置大型可编程逻辑控制器的格局,工厂采用高度可配置、高度模块化设计,可接受数量越来越多的传感器输入,并且运行输出水平比以往更高。超小型PLC或Micro PLC是工业4.0工厂的核心,以超小型封装提供高性能和超低功耗。MAXREFDES62是Maxim的micro PLC RS-485通信卡。

MAXREFDES62具有两个RS-485收发器(一个全双工,一个半双工),支持隔离电源和数据。每个驱动器输出都有一个可选的120Ω端接电阻。MAXREFDES62设计集成了一个半双工RS-485收发器(MAX14783E);一个全双工RS-485收发器(MAX14789E);600VRMS数据隔离(MAX14850);STM32F1微控制器;FTDI USB-UART桥接器;以及+3.3V隔离/稳压电源轨(MAX17498C/MAX17515)。整个系统的运行功耗通常低于500mW,仅占用约信用卡大小的空间。虽然MAXREFDES62面向工业和微型PLC应用,但也可用于任何需要高RS-485数据速率和ESD保护的应用。框图如图1所示。

优势和特点

  • 高速RS-485通信
  • 隔离电源和数据
  • Micro PLC外形尺寸
  • 通过RS-485线路上的TVS提供扩展保护
  • 设备驱动
  • C源代码示例
  • 测试数据

详情

工业4.01带来第四次工业革命,主要采用分布式、智能控制系统。工业4.0打破了过去集中配置大型可编程逻辑控制器的格局,工厂采用高度可配置、高度模块化设计,可接受数量越来越多的传感器输入,并且运行输出水平比以往更高。超小型PLC或Micro PLC是工业4.0工厂的核心,以超小型封装提供高性能和超低功耗。MAXREFDES62是Maxim的micro PLC RS-485通信卡。

MAXREFDES62具有两个RS-485收发器(一个全双工,一个半双工),支持隔离电源和数据。每个驱动器输出都有一个可选的120Ω端接电阻。MAXREFDES62设计集成了一个半双工RS-485收发器(MAX14783E);一个全双工RS-485收发器(MAX14789E);600VRMS数据隔离(MAX14850);STM32F1微控制器;FTDI USB-UART桥接器;以及+3.3V隔离/稳压电源轨(MAX17498C/MAX17515)。整个系统的运行功耗通常低于500mW,仅占用约信用卡大小的空间。虽然MAXREFDES62针对工业和微型PLC应用,但可用于任何需要高RS-485数据速率和ESD保护的应用。框图如图1所示。

Figure 1. The MAXREFDES62 reference design block diagram

图1.MAXREFDES62参考设计框图

电源要求如表1所示。

表1.MAXREFDES62#参考设计的电源要求
电源类型 输入电压(V) 输入电流(mA,典型值)
板载隔离电源 24 20

注:STM32F1和FTDI分别由USB供电。

MAXREFDES62使用超高效MAX17498C (U101)提供+3.3V隔离电压,通过24V电源为RS-485收发器供电。该电路设计用于在某个RS-485驱动器短路时仍能提供至少3.0V的隔离电源。

MAX14850 (U300)数字数据隔离器用于在SMT32F1微控制器与MAX14783E和MAX14789E收发器之间提供数据隔离。可实现600VRMS电源和数据组合隔离。

MAXREFDES62使用超高效MAX17498C (U501)通过24V电源提供+17.5V、+7.5V和-5V隔离电源轨。MAX8719 (U102)、MAX1659 (U103)和MAX1735 (U104)提供+15V、+5.5V和-3V后稳压电源轨。MAX14850 (U301)数字数据隔离器提供数据隔离。可实现600VRMS电源和数据组合隔离。

MAX17515 (U100)降压型DC-DC转换器将USB的+5V电源转换为+3.3V,并为STMicroelectronics STM32F1 (U200)微控制器和FTDI (U400)USB-UART桥接器供电。

固件详细说明

MAXREFDES62使用板载STM32F103微控制器与RS-485收发器进行通信。用户使用终端程序通过RS-485收发器发送和接收数据。简单的工艺流程如图2所示。固件使用Keil® µVision5®工具以C语言编写。

Figure 2. The MAXREFDES62# firmware flowchart

图2.MAXREFDES62固件流程图。

固件接受命令并通过MAX14783E传输字符或文本文件。采用环回连接方式,通过MAX14789E接收发送的数据,并与发送的原始数据进行比较。将提供完整源代码,助力客户加速开发。代码文档可在相应的固件平台文件中找到。

设备要求:

  • 带USB端口的Windows PC
  • MAXREFDES62板
  • 24V电源

程序步骤

参考设计已装配完成且经过测试。按照以下步骤验证电路板的运行情况:

使用终端程序之前,请务必断开并重新连接USB线缆。

  • 关闭或切断24V电源。
  • MAXREFDES62采用FTDI USB-UART桥接IC。如果Windows无法自动安装FTDI USB-UART桥接IC的驱动程序,可从www.ftdichip.com/Drivers/D2XX.htm下载该驱动程序。
  • 将24V电源的负极端子连接到MAXREFDES62板上的PGND (TP201)连接器。将24V电源的正极端子连接到MAXREFDES62板上的+24V (TP200)连接器。
  • 打开24V电源。
  • 用USB线缆连接PC和MAXREFDES62#板。
  • 在PC上打开超级终端或类似的终端程序。找到适当的COM端口,通常是较大编号的端口,例如COM4或COM6,并将连接配置为921600、n、8、1、none(流量控制)。MAXREFDES62软件将显示一个菜单(图3)。
  • 若要立即进行信号测试,将RS-485收发器配置为环回模式,如下所示:用导线将P300端子板的A端子与P301端子板的A端子相连。用导线将P300端子板的B端子与P301端子板的B端子相连。
  • 在终端程序中按0开始按键环回测试。
  • 输入一个字符。
  • 验证接收到的字符与发送的字符是否相同。

 

Figure 3. Terminal program main menu.

图3.终端程序主菜单。

使用的设备:

  • Windows PC
  • 示波器
  • MAXREFDES62板
  • +24V电源

 

Figure 4. Loopback functionality (text file transfer), cable = 0m, termination enabled on both transceivers (CH1 = A, CH4 = B, MATH = A-B, CH2 = VISO).

图4.环回功能(文本文件传输),电缆 = 0米,在两个收发器上使能端接(CH1 = A、CH4 = B、MATH = A-B、CH2 = VISO)。

Figure 5. Loopback functionality (text file transfer), cable = 30m, Cat5e, termination enabled on both transceivers (CH1 = A, CH4 = B, MATH = A-B, CH2 = VISO).

图5.环回功能(文本文件传输),电缆 = 30米,Cat5e,在两个收发器上使能端接(CH1 = A、CH4 = B、MATH = A-B、CH2 = VISO)。

新一代制造生产在德国称之为工业4.0,在其他地方则称之为智能制造系统。请参阅工业4.0工作组最终报告:《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》,工业4.0工作组,Acatech国家科学与工程院,2013年4月,https://www.acatech.de/wp-content/uploads/2018/03/Final_report__Industrie_4.0_accessible.pdfIndustrie_4.0/Final_report__Industrie_4.0_accessible.pdf。后来就称之为工业4.0。尽管工业4.0报告主要针对德国,但德国的研究及成果对其他国家的工业也产生了影响。另请参阅Ferber、Stefan撰写的《工业4.0——德国迈出了新工业革命的第一步》,博世软件集团,物联网博客,2013年10月16日,http://blog.bosch-si.com/industry-4-0-germany-takes-first-steps-toward-the-next-industrial-revolution/

有关智能制造领导力的信息来源很多。相关问题和主题的总结报告,可参阅2011年10月20日星期四于美国明尼苏达州明尼阿波利斯举行的智能制造领导联盟委员会工作会议文件,https://smart-process-manufacturing.ucla.edu/workshops/2011-workshop/presentations/SMLC%2010-20-11v3.pdf。另请参阅研讨会总结报告《实现21世纪智能制造》,智能制造领导联盟,2011年6月24日,https://smart-process-manufacturing.ucla.edu/about/news/Smart%20Manufacturing%206_24_11.pdf。关于这一主题,在网上搜索一下就会获得更多的参考资料。

µVision是ARM, Inc.的注册商标。

Keil是ARM Limited的注册商标和注册服务标志。

Windows是Microsoft Corporation的注册商标和注册服务标志。

文件和资源

支持与培训

搜索我们的知识库,获取技术问题答案。我们专门的应用工程师团队也会随时为您解答技术问题。