Von Renesas Electronics Europe gibt es ein Referenz-Design für IO-Link-Industrie-Sensoren. Die Lösung ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Renesas Electronics Europe und seinen Partnerunternehmen TMG Technologie und Engineering sowie Maxim Integrated.
Die Hardware-Plattform der IO-Link-Lösung kombiniert einen RL78 16-Bit Mikrocontroller von Renesas Electronics mit einem IO-Link-Transceiver sowie einem Miniatur-Sensor von Maxim Integrated. TMG TE komplettiert diese Lösung auf der Software- und Anwendungsseite mit seinem IO-Link v1.1 Device-Stack, der auf dem Mikrocontroller ausgeführt wird.
Das IO-Link-Protokoll ist ein offener Standard entsprechend der Norm IEC61131-9 und nutzt herkömmliche Sensor-Kabel mit drei Leitungen zur Übertragung serieller digitaler Daten zwischen Sensoren/Aktoren und Industrie-Automatisierungssystemen. Dabei bietet IO-Link folgende Vorteile:
- Transparenter Betrieb bis auf die Baustein-Ebene im Feld
- Automatische Parametrisierung und zentrale Datenverwaltung
- Übertragung von Prozess-, Parameter- und Diagnosedaten über ein bidirektionales Medium
- Ferngesteuerte Konfigurierung und Inbetriebnahme
- Rückwärts-Kompatibilität mit aktueller Sensor-Schalttechnik
Zusammen mit dieser Lösung stellte Renesas die RL78 Mikrocontroller-Familie für IO-Link-Anwendungen vor.
Board-Beschreibung
Die Lösung passt auf eine Leiterplatte im Format von 6mm x 25mm und erlaubt einen direkten Anschluss des Boards über genormte M12-Stecker und Kabel. Das Board verfügt über eine Debugging-Schnittstelle, mit der Benutzer den integrierten Mikrocontroller flashen/debuggen und Anwendungen entwickeln können.
Das Board wird im Paket mit einem Setup zur Software-Evaluierung sowie mit einem Adapter für Programmierung/Debugging geliefert. Dieser Adapter lässt sich auch als erweitertes Prototyping-Feld nutzen, auf dem der Benutzer auf einen 12-Bit A/D-Wandler sowie auf mehrere serielle Datenübertragungskanäle zugreifen kann.
Das Referenzdesign enthält einen RL78/G1A Mikrocontroller. In einem 3mm x 3mm großen Gehäuse mit 25 Pins bietet dieser Prozessor einen Stromverbrauch von 66 µA/MHz. Zu weiteren Funktionen zählen ein 64 KB großer integrierter programmierbarer Flashspeicher mit einer Betriebsspannung von 1,8V, 12-Bit A/D-Wandler und ein auf dem Chip integrierter 32-MHz-Oszillator mit einer Genauigkeit von ±1% über den gesamten Temperatur- und Spannungsbereich.
Darüber hinaus bietet der RL78/G1A einen auf dem Chip integrierten 4-KB-Daten-Flashspeicher mit Hintergrundbetrieb für die Speicherung von IO-Link-Sensordaten, Sicherheitsfunktionen, einen On-Chip-Temperatursensor, 16 Bit Multifunktions-Timer und mehrere serielle Kommunikationskanäle für den Anschluss von Sensor-Komponenten.
Zwei DMA-Kanäle ermöglichen eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zwischen Peripherieelementen ohne Einfluss auf die CPU-Belastung.
Zwei auf dem Board integrierte MAX44008 Schaltungsblöcke bieten dem eine Reihe von Optionen für die Sensor-Anwendungsentwicklung. Diese umfasst sechs Sensoren, je einer für Rot, Grün und Blau (RGB): ein Temperatursensor, ein Umgebungslichtsensor sowie ein Infrarot-Sensor für Umgebungslicht mit einer I2C-Schnittstelle.
Der Baustein bietet einen weiten und dynamischen Lichtmessbereich und liefert damit stabile und genaue Informationen für Umgebungslicht-Farb- und Farbtemperatur-Messungen.
Der MAX14821-Transceiver dient als Schnittstelle auf dem Physical Layer zum Mikrocontroller, der das Protokoll des Data Link Layers ausführt. Der Transceiver unterstützt alle spezifizierten IO-Link v1.1 Datenraten. Neben dem IO-Link-Kanal (Pin-4 am M12-Stecker), gibt es auch zusätzliche digitale 24-V-Ein- und Ausgänge (Pin-2 am M12-Stecker).
Die auf der Platine integrierten C/Q- und DO-Treiberschaltungen lassen sich unabhängig voneinander für Push-Pull-, High-Side-(PNP)- oder Low-Side-(NPN)-Betrieb konfigurieren. Der Baustein kann einen IO-Link C/Q Wake-Up-Zustand erkennen und erzeugt ein Wake-Up-Interruptsignal für den Mikrocontroller. Der C/Q-Eingang und die Digital-Eingänge besitzen wählbare Strom-Lasten für die Verwendung mit Aktoren. Der C/Q-Ausgang und die Digital-Ausgänge können Ströme bis zu 100mA treiben.
Der IO-Link-Device-Stack unterstützt sämtliche IO-Link-Funktionen entsprechend der V1.1 Spezifikation. Der Stack basiert auf einem modularen Software-Design mit einer strengen Trennung zwischen Protokoll-Stack, Anwendungs- und Hardware-Abstraktion.
Der Stack wird kostenlos für Evaluierungszwecke bereitgestellt und kommt zusammen mit einer Sensor-Demo sowie einer zugehörigen IO-Link-Beschreibungsdatei. Die Einführung des Kits ist für das erste Quartal 2014 geplant.
