Funktionsbeschreibung

Der folgende Abschnitt beschreibt die Funktionsweise der internen Messung und aller Schnittstellen.

2.1Strommessung

2.1.1Messverfahren

Der Strom wird intern mit einer Abtastrate von 375 kS/s gemessen, wobei jeweils 9 Abtastwerte zu 1 „externen“ Abtastwert gemittelt werden. Damit ergibt sich eine „externe“ Abtastrate von 41,667 kS/s.

Der Strommessbereich wird bei eingeschaltetem CMM automatisch gewählt. Die Messbereichswahl beeinflusst die Ausgangsspannung nicht. Lediglich große Stromänderungen von mehreren Ampere führen zu kurzzeitigen Spannungseinbrüchen von einigen 100 mV. Zum dynamischen Verhalten siehe Dynamisches Verhalten.

Für jede Schnittstelle (RS232, CAN, LVDS-SPI) ist eine unabhängige Mittelwertbildung implementiert, die mit jedem Auslesen neu beginnt. Die folgende Abbildung veranschaulicht die Mittelwertbildung.

Sendet CAN beispielsweise jede Millisekunde eine Nachricht, werden rund 42 externe Abtastwerte gemittelt, die ihrerseits bereits Mittelwerte aus jeweils 9 internen Abtastwerten sind.

Die Mittelwertbildung von Auslesen zu Auslesen beeinflusst die Mittelwertbildung an den anderen Schnittstellen nicht. Die Mittelwertbildung ist also unabhängig für

• RS232
• CAN
• LVDS-SPI

Selbst bei einem Ausleseintervall von einem Jahr kommt es zu keinem Überlauf der Mittelwertbildung.

2.1.2Rückstromerkennung

Rückströme können nicht gemessen werden, jedoch wird ein Flag gesetzt, wenn ein Strom von mehreren 100 mA in Rückwärtsrichtung fließt. Die Ausgabedaten über CAN oder LVDS-SPI sind dann eine ungültige Zahl außerhalb des Messbereichs (0xEEEEEEEE in hexadezimaler Darstellung).

2.1.3Dynamisches Verhalten

Die Umschaltung von einem niedrigen in einen höheren Strommessbereich erfolgt sehr schnell, innerhalb von weniger als 1 µs (typisch 500 ns) nach Überschreiten des Strommessbereichs.

Die folgende Abbildung zeigt das typische Verhalten bei einem Stromsprung von einigen µA auf mehr als 60 A.

• Gelbe Kurve: Strom durch das Modul
• Rote Kurve: Spannungsabfall über dem Modul

Das Überschwingen (Ringing) des Spannungsabfalls resultiert aus dem induktiven Anteil der angeschlossenen Last.

Die folgende Abbildung zeigt die vergrößerte Darstellung der positiven und der negativen Flanke des Stromsprungs.

Fazit: Der beim Umschalten auftretende Spannungsabfall liegt deutlich unter 1 V und dauert maximal einige Mikrosekunden.

2.2On/Off-Steuerung

Das CMM_III kann über einen Hardwareeingang oder per Software ein- oder ausgeschaltet werden. Folgende Parameter lassen sich per Konfiguration einstellen:

• Aktiver Pegel (High oder Low) des Hardwareeingangs
• Priorität der Ein-/Aus-Steuerung über Hardware oder Software

Die Konfiguration kann mit dem Befehl ONMOD=x über RS232 oder über CAN mit dem ISO-TP-Protokoll geändert werden, wobei x eine der folgenden Zahlen 0…7 ist:

2.3CAN-Datenausgabe

Die CAN-Daten werden zyklisch auf einer festgelegten CAN-ID gesendet. Diese CAN-ID ist über die RS232-Konfiguration einstellbar.

Die gesendete CAN-Nachricht hat folgenden Inhalt:

Der Strom wird als 32-Bit-Wert (unsigned long) in Schritten von 100 nA zurückgegeben, aufgeteilt auf die ersten 4 Bytes der CAN-Nachricht.

Wenn das CMM_III ausgeschaltet ist, wird der Wert 0xFFFFFFFF zurückgegeben, der 429,4967295 A entspricht und kein gültiger Messwert ist.

Wenn das CMM_III eingeschaltet ist, aber ein Rückstrom fließt, wird der Wert 0xEEEEEEEE zurückgegeben, der 400,8636142 A entspricht und kein gültiger Messwert ist.

2.4LVDS-SPI-Datenausgabe

Der Messwert kann über eine SPI-Schnittstelle mit LVDS-Pegel ausgelesen werden. SPI ermöglicht hohe Datenraten, während der LVDS-Pegel dank differenzieller Signalübertragung eine geringe Störabstrahlung und eine höhere Störfestigkeit bietet.

Das Protokoll zum Auslesen der Daten eines einzelnen Strommessmoduls sieht wie folgt aus:

Wenn mehrere Module als Daisy Chain verbunden sind, werden die Daten des vorherigen Moduls an den Ausgang weitergeleitet, wie die folgende Abbildung zeigt:

Wenn En_In aktiv ist, sendet das Modul während der nächsten 32 Taktzyklen seinen Stromwert, beginnend mit dem MSB. Nach 32 Taktzyklen wird das empfangene Datenwort weitergeleitet. En_In muss für 32 Taktzyklen multipliziert mit der Anzahl der CMMs in der Kette gültig sein. Der Strom wird als 32-Bit-Wert (unsigned long) in Schritten von 100 nA zurückgegeben.

2.5RS232-Datenausgabe

Der Messwert wird über RS232 im Intervall von 100 ms gesendet. Das Intervall ist über die RS232-Konfiguration einstellbar. Verbinden Sie den COM-Port des PCs über ein einfaches 1:1-Sub-D-Kabel (kein Nullmodemkabel) mit der RS232-Schnittstelle an der Frontblende. Verwenden Sie ein Standard-Terminalprogramm mit den folgenden Einstellungen:

• 9600 Baud
• Keine Parität
• 1 Stoppbit
• Kein Handshake

Die Ausgabe des Moduls sieht wie in der folgenden Abbildung aus:

• R = Messbereich
• I = mittlerer Strom in µA seit dem letzten Auslesen
• Min = minimaler Strom in µA seit dem letzten Auslesen
• Max = maximaler Strom in µA seit dem letzten Auslesen

Jede Zeile wird mit „Carriage Return / Line Feed“ abgeschlossen, um neue Daten voneinander zu trennen.

2.6RS232-Konfiguration

Die Konfiguration des Moduls über RS232 ermöglicht den Zugriff auf die Konfiguration der CAN-Übertragung und auf das Sendeintervall der Datenausgabe über die RS232-Schnittstelle. Verbinden Sie den COM-Port des PCs über ein einfaches 1:1-Sub-D-Kabel (kein Nullmodemkabel) mit der RS232-Schnittstelle an der Frontblende.

Verwenden Sie eine Standard-Terminalsoftware mit folgenden Einstellungen:

• 9600 Baud
• Keine Parität
• 1 Stoppbit
• Kein Handshake

Die Ausgabe des Moduls erscheint wie unter RS232-Datenausgabe gezeigt.

Mit den Befehlen der folgenden Tabelle können die Einstellungen abgefragt werden. Jeder Befehl muss mit Carriage Return / Line Feed (\r\n) abgeschlossen werden. Jeder Befehlsstring muss also ein Format wie im folgenden Beispiel haben: SINTV?\r\n

• \r ist das ASCII-Zeichen 0x0D
• \n ist das ASCII-Zeichen 0x0A

Mit den Befehlen der folgenden Tabelle können die Einstellungen gesetzt werden. Jeder Befehl muss mit Carriage Return / Line Feed (\n\r) abgeschlossen werden. Jeder Befehlsstring muss also ein Format wie im folgenden Beispiel haben: SINTV=100\n\r

Darüber hinaus sind die folgenden zusätzlichen RS232-Befehle definiert. Auch diese Befehle müssen mit \r\n abgeschlossen werden.

2.7CAN-Konfiguration

Das CMM kann über die CAN-Schnittstelle konfiguriert werden. Für diese Konfiguration wird das ISO-TP-Protokoll nach ISO 15765-2 verwendet. Es wird die normale Adressierung (Normal Addressing) verwendet.

Die Konfiguration erfolgt durch Senden von Befehlen an das CMM. Jeder Befehl wird mit einer Antwort quittiert.

2.7.1ISO-TP-Header

Single-Frame-Befehle

Die meisten Befehle und Antworten passen in eine einzelne CAN-Nachricht. Es können also Single Frames nach ISO-15765-2 verwendet werden. Die jeweilige CAN-Nachricht enthält folgende Daten:

Multi-Frame-Befehle

Wenn für einen Befehl mehr als eine Nachricht erforderlich ist, werden First Frames, Flow Control und Consecutive Frames in der folgenden Reihenfolge von oben nach unten verwendet:

Wenn die Multi-Frame-Nachricht eine Antwort ist, tauschen Sie die CAN-IDs TPRID und TPLID.

Datenbyte 1/2 xx_N_PCI

Datenbyte 1 enthält Informationen zum Frame-Typ und zur Datenlänge nach ISO 15765-2.

Bei Single Frames sind die Werte 0x04…0x07 gültig; sie geben die Anzahl der folgenden Datenbytes an. Mindestens 4 Bytes für Befehl, Aktion, Fehlercode und Reserviert – höchstens 7 Bytes einschließlich 3 befehlsabhängiger Datenbytes.

Bei First Frames wird in Byte 1 0x10 zur Befehlslänge addiert, die in Byte 2 steht.

Bei Consecutive Frames wird in Byte 1 0x20 zu einem Nachrichtenzähler addiert.

2.7.2Befehls-Header

Datenbyte 2/3 Befehl

Byte 2 bei Single Frames, Byte 3 bei Multi Frames

Datenbyte 3/4 Aktion

Byte 3 bei Single Frames, Byte 4 bei Multi Frames

Datenbyte 4/5 Fehlercode

Byte 4 bei Single Frames, Byte 5 bei Multi Frames

Dieses Datenbyte ist nur bei Antworten vom CMM gültig. In Befehlen an das CMM sollte dieses Byte immer 0x00 = kein Fehler sein.

Datenbyte 5/6 Reserviert

Byte 5 bei Single Frames, Byte 6 bei Multi Frames. Dieses Byte ist für zukünftige Verwendung reserviert.

2.7.3Befehlsübersicht

Folgende Befehle sind verfügbar:

Beachten Sie, dass nur der Befehls-Header und die befehlsabhängigen Daten dargestellt sind. Der ISO-15765-Header muss hinzugefügt werden, und die Nachrichten müssen bei Bedarf auf mehrere Nachrichten aufgeteilt werden.

2.7.4Antwortübersicht

Jeder Befehl wird mit einer Antwort quittiert.

Die meisten Befehle werden zuerst ausgeführt und senden nach der Ausführung eine Antwort. Ausnahmen von dieser Regel sind:

• RESET:
  • Die Antwort wird sofort gesendet.
  • Der Reset wird anschließend durchgeführt.
• TPLID, TPRID:
  • Die Antwort wird mit der bisherigen CAN-ID gesendet.
  • Die jeweilige CAN-ID für ISO-TP wird geändert, nachdem die Antwort gesendet wurde.
• CANBD:
  • Die Baudrate wird geändert, nachdem die Antwort gesendet wurde.
  • Beachten Sie, dass nach der Änderung der Baudrate Busfehler auftreten können. Das CMM sollte anschließend neu gestartet werden.

Negative Antworten

Negative Antworten werden zurückgegeben, wenn ein Fehler aufgetreten ist, d. h. wenn der Befehl ungültig war und abgelehnt wurde.

Positive Antworten

Die positiven Antworten auf die jeweiligen Befehle lauten wie folgt. Beachten Sie, dass nur der Befehls-Header und die befehlsabhängigen Daten dargestellt sind. Der ISO-TP-Header muss hinzugefügt werden, und die Nachrichten müssen bei Bedarf auf mehrere Nachrichten aufgeteilt werden.

Befehlsabhängige Daten der GLVAL-Antwort:

2.7.5Beispiel-CAN-Traces

Die folgenden CAN-Traces sollen das Verständnis der obigen Tabellen erleichtern. Befehl und Antworten sind in den jeweiligen Farben markiert: Befehl / Antwort. Beachten Sie, dass Flow-Control-Frames dem jeweiligen Befehl bzw. der jeweiligen Antwort zugeordnet sind, aber von der jeweiligen Gegenstelle gesendet werden.

CMMON: Einschalten

CMMON: Ausschalten

SWVER (SW-Version lesen)

SINTV (serielles Intervall setzen)