基于使用IO-Link網(wǎng)絡設計邊緣層節(jié)點技術分享

IO-Link (IEC 61131-9) 是一種點對點串行通信協(xié)議，針對包含傳感器、執(zhí)行器和低功耗微處理器的智能邊緣層節(jié)點進行了優(yōu)化。

它的基本形式是三線連接，可以切換模擬和數(shù)字信號（8 位、12 位和 16 位）。它簡明、智能、高效且可配置，并具有提供更多信息和控制的能力，因而得到了廣泛的工業(yè)支持。

在典型的工業(yè)安裝中，多個 IO-Link 主站可操作執(zhí)行器，并從傳感器收集數(shù)據(jù)；它們還能夠動態(tài)地重新配置傳感器和執(zhí)行器。

可編程邏輯控制器 (PLC) 可能包含多個 IO-Link 主站，每個主站連接到一個或多個器件。PLC 本身是局域網(wǎng)（例如現(xiàn)場總線）上的節(jié)點。諸如工業(yè)以太網(wǎng)之類的更高速網(wǎng)絡，在 PLC 集線器和更高的企業(yè)或云級別之間傳輸數(shù)據(jù)和命令。

IO-Link 標準引腳分配根據(jù) M5、M8、M12 的圓形外形尺寸，將數(shù)據(jù)鏈路和電源連接組合在單個連接器中： 其中 M12 最為常用。傳感器連接器有四個引腳，執(zhí)行器有五個引腳：IO-Link 主站器件通常有五引腳插座。

該標準定義了兩個端口類，即端口 A 和端口 B：引腳 1、3 和 4 在兩個端口類中執(zhí)行相同的功能。

在端口 A 中，引腳 2 和 5 未指定具體功能，但制造商通常使用引腳 2 作為附加數(shù)字通信通道。在端口 B 中，引腳 2 和 5 為具有較大需求的器件提供額外電源。

IO-Link 規(guī)范具有后向兼容性，并能夠適應舊有設備。主站可以使用標準輸入輸出 (SIO) 功能來操作這些器件，將 C/Q 串行鏈路轉化為分立式數(shù)字 I/O 端口。SIO 還支持 IO-link 傳感器與傳統(tǒng)輸入模塊結合使用。主站端 (ILLM) 的 C/Q 線路上內置有負載電流，還支持與具有離散 PNP 型輸出（僅驅動高電平）的舊有傳感器結合使用。

IO-Link 協(xié)議為功能強大的低成本邊緣層節(jié)點奠定了基礎（圖 2）。此類低功耗節(jié)點在實現(xiàn) IO-Link 連接時僅使用了三個有源器件：IO-Link 收發(fā)器 (MAX14827A)、降壓穩(wěn)壓器 (MAX17552)、監(jiān)控型微控制器。

Maxim Integrated 的 MAX14827A 收發(fā)器發(fā)送和接收 IO-Link 消息，并通過三線 UART與監(jiān)控型微控制器交換數(shù)據(jù)。該器件還帶有 SPI 接口，可提供診斷信息。復用 UART/SPI 選項將 SPI 和 UART 接口組合為單組共用引腳。

MAX14827A 有兩種運行模式，由 SPI/PIN 上的電壓決定。在 PIN 模式下（SPI/PIN 低），SPI 和 UART 都被禁用，可根據(jù)需要將 SPI/UART 引腳連接到高電平或低電平，來設置器件配置。

在此模式下，有些功能設置為固定值。當 SPI/PIN 連接高電平時，SPI 和 UART 都被使能，用于配置 MAX14827A、監(jiān)控其運行、以及傳輸和接收 IO-Link 消息。

除了 IO-Link 接口之外，MAX14827A 還集成了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點需要的多種常見功能，例如驅動器和穩(wěn)壓器。這樣可以減少元器件數(shù)和節(jié)點尺寸。

這些功能包括：

兩個低功耗邏輯電平 LED 驅動器

集成的 3.3 V 和 5 V 線性穩(wěn)壓器，用于低噪聲模擬或邏輯電源軌。

如果 DI/DQ 工作不需要，則可使用推挽、PNP 和 NPN 模式的其他數(shù)字輸入和輸出。

MAX14827A 可檢測熱過載等故障條件，并提供反極性保護和熱插電源保護。該器件還可以針對各種條件引發(fā)中斷，例如 IO-Link 喚醒、超溫、驅動器過載、V24 引腳低電壓。