Funktionsbeschreibung

Der folgende Abschnitt beschreibt die interne Messung und enthält eine detaillierte Beschreibung der Schnittstellen.

2.1Strommessung

2.1.1Messverfahren

Der Strom wird intern mit einer Abtastrate von 1 MS/s gemessen, wobei jeweils 8 Abtastwerte zu 1 internen Abtastwert gemittelt werden. Dadurch ergibt sich eine „echte“ interne Abtastrate von 125 kS/s. Diese „echte“ interne Abtastrate kann über Ethernet an einen PC gestreamt werden. Die interne Abtastrate kann in der CMM-IV-GUI weiter reduziert werden. Mögliche Werte sind 125, 50, 10 und 1 kS/s.

Der Strommessbereich wird automatisch gewählt, wenn das CMM eingeschaltet ist. Große Stromsprünge können kurzzeitige Spannungsabfälle von einigen hundert Millivolt über dem Modul verursachen. Zum dynamischen Verhalten siehe Dynamisches Verhalten.

Das CMM-IV sendet den Mittelwert des Stroms über einen konfigurierbaren Zeitraum per CAN. Der Standardwert für diesen Zeitraum beträgt 5 ms.

Zusätzlich können Mittelwert, Minimal- und Maximalstrom über CAN-ISO-TP ausgelesen werden. Die Berechnung von Mittel-, Minimal- und Maximalwert wird bei jedem Auslesen zurückgesetzt. Die folgende Abbildung veranschaulicht die Mittelung.

2.1.2Rückstromerkennung

Rückströme können nicht gemessen werden, aber ein Flag signalisiert, wenn ein Strom von einigen 100 mA in Rückwärtsrichtung anliegt. Wird ein Rückstrom erkannt, werden die Ausgabedaten auf null gesetzt. Das Flag kann über das ISO-TP-Protokoll und im TCP-Streaming-Modus gelesen werden.

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), nachdem der Strommessbereich überschritten wurde. Das ist deutlich schneller, als der Strom aufgrund der Leitungsinduktivität selbst bei kurzen Leitungen ansteigen kann.

Die folgende Abbildung zeigt den Strom (rot) durch das CMM und den Spannungsabfall (gelb) über dem CMM bei einem Laststromsprung von 0 auf 100 A. Das Nachschwingen des Spannungsabfalls wird durch die Leitungsinduktivität verursacht.

2.2On/Off-Steuerung

Das CMM-IV kann über einen Hardwareeingang oder per Software ein- oder ausgeschaltet werden. Die folgenden Parameter können per Konfiguration eingestellt werden:

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

Die Konfiguration kann in der CMM-IV-GUI, mit dem Befehl OnOffMode = x über das textbasierte Ethernet-Protokoll oder über CAN mit dem ISO-TP-Protokoll geändert werden, wobei x eine der folgenden Zahlen 0…7 ist:

2.3CAN-Datenausgabe

CAN-Daten werden zyklisch auf einer festgelegten CAN-ID gesendet. Diese CAN-ID kann über das textbasierte Ethernet-Protokoll oder über CAN mit dem ISO-TP-Protokoll eingestellt werden.

Die gesendete CAN-Nachricht hat folgenden Inhalt:

Die CAN-Nachricht hat einen DLC (Data Length Code) von 8. Nur die Bytes 0 – 5 werden verwendet, die Bytes 6 – 7 werden mit 0 aufgefüllt. Der Strom wird als vorzeichenloser 32-Bit-Wert (unsigned long) in Schritten von 100 nA zurückgegeben, aufgeteilt auf die ersten 4 Byte der CAN-Nachricht. Ist das CMM-IV ausgeschaltet, ist der zurückgegebene Wert null. Ist das CMM-IV eingeschaltet, liegt aber ein Rückstrom an, ist der zurückgegebene Wert null und das „Negative Current Flag“ (0x01) ist gesetzt.

Flags:

• 0x01: Negativer Strom (Negative Current)
• 0x02: Spannungsabfall (Drop Voltage)
• 0x04: Ringpuffer-Warnung (Ringbuffer Warning)
• 0x08: CMM aus (Cmm Off) (0 = ein; 1 = aus)

2.4Konfigurationstool CMM-IV-GUI

Mit dem Tool CMM-IV-GUI kann ein CMM-IV konfiguriert werden; außerdem können damit Messungen getriggert oder alle Messwerte an einen PC gestreamt werden. Die aktuelle Version der CMM-IV-GUI kann hier heruntergeladen werden:

myIRS – Downloads

Nach der Installation enthält der Installationsordner (unter anderem) die folgenden Unterordner und Dateien:

2.4.1CMM-IV verbinden und aktualisieren

Die CMM-IV-GUI kommuniziert über Ethernet und TCP/IP mit dem CMM-IV. Daher muss die IP-Adresse des CMM-IV in die GUI eingegeben werden. Die Standard-IP-Adresse ist 192.168.222.21. Details zur IP-Konfiguration siehe Ethernet-Verbindung. Wenn Sie die IP-Adresse des CMM-IV nicht kennen, können Sie Tools -> Detect module verwenden.

Wenn „Detect module“ keine IP-Adresse findet, stellen Sie sicher, dass die Subnetzmaske Ihrer Netzwerkkarte richtig konfiguriert ist, und prüfen Sie Ihre Firewall-Einstellungen.

Nachdem Sie die IP-Adresse unter „Remote IP“ eingegeben haben, können Sie die Verbindung mit „IDENTIFY“ prüfen. Diese Schaltfläche öffnet ein Fenster mit Informationen über das verbundene CMM-IV. Dazu gehören die Seriennummer und die Firmware-Version des verbundenen CMM-IV. Ist die Firmware-Version veraltet, können Sie den Mikrocontroller unter Tools -> Bootloader aktualisieren. Die neueste Firmware-Version finden Sie über Help -> Check for update.

Der Bootloader ist einfach zu bedienen. Geben Sie die IP-Adresse des CMM IV ein und klicken Sie auf „START…“. Wählen Sie dann das Firmware-Image aus dem oben genannten Installationsordner aus.

2.4.2CMM-IV mit dem Testpanel konfigurieren und Strommesswerte abrufen

Das Testpanel öffnen Sie mit einem Klick auf „TESTPANEL“ im Hauptfenster. Damit können Sie die verschiedenen Kommunikationsschnittstellen und das Messverhalten des CMM-IV konfigurieren.

Mit „ON/OFF CONTROL“ können Sie die unter On/Off-Steuerung beschriebenen Modi auswählen.

Es gibt drei verschiedene Methoden, Messwerte abzurufen.

Die erste Methode verwendet einfach die Schaltfläche „READ“. Sie liefert sofort die angeforderte Anzahl an Stromabtastwerten. Mit dieser Methode können bis zu 100.000 Abtastwerte gelesen werden. Bei der maximalen Abtastrate von 125 kS/s reduziert sich die maximale Anzahl der Abtastwerte auf 10.000.

Die zweite Methode ist anspruchsvoller und verwendet die Schaltflächen „INIT“, „SW TRIGGER“ und „FETCH“. Die Schaltfläche „INIT“ setzt die im Dropdown-Menü ausgewählte Triggermethode und die Anzahl der zu lesenden Abtastwerte. Die Anzahl der Abtastwerte ist bei dieser Methode auf 100 begrenzt. Ist der Triggermodus „Internal“ ausgewählt, muss die Messung mit der Schaltfläche „SW TRIGGER“ getriggert werden. Im Triggermodus „External“ wird die Messung durch eine positive Flanke am ON/OFF-Pin getriggert, und im Modus „Immediately“ wird kein Trigger benötigt: Die Messung startet unmittelbar nach „INIT“. Die Schaltfläche „FETCH“ liefert nach Abschluss der Messung die konfigurierte Anzahl an Stromabtastwerten.

Die dritte Methode verwendet die Schaltfläche „MINIMUM/MEAN/MAXIMUM“. Ein Klick auf diese Schaltfläche liefert den minimalen, mittleren und maximalen Strom seit der letzten Verwendung dieser Schaltfläche.

Das Testpanel bietet unter „MISCELLANEOUS“ zwei Möglichkeiten, das Messverhalten zu konfigurieren.

Mit „Minimum range“ können Sie ein unerwünschtes Umschalten zwischen den Messbereichen vermeiden. Der minimale Messbereich wird beim Neustart des CMM-IV auf null zurückgesetzt. Ein maximaler Messbereich kann nicht eingestellt werden, da dies leicht dazu führen könnte, dass der maximal zulässige Strom des gewählten Messbereichs versehentlich überschritten wird.

Mit „Sample rate“ können Sie die Abtastrate des CMM IV reduzieren. Das kann insbesondere hilfreich sein, um die Größe der gespeicherten Daten zu verringern, wenn Messwerte über längere Zeiträume gestreamt werden.

2.4.3Streaming der Messwerte

Das Streaming der Messwerte kann im Hauptfenster der CMM-IV-GUI gestartet werden. Ist „trigger disabled“ ausgewählt, startet das Streaming mit einem Klick auf „START“ und endet mit einem Klick auf „STOP“. Ist „SW falling edge“ oder „SW rising edge“ ausgewählt, startet das Streaming, es werden aber keine Daten gespeichert, bis die ausgewählte Flanke erkannt wird. Der Pegel für die Flankenerkennung kann unter „SW trigger level [A]“ konfiguriert werden. Wird eine Flanke erkannt, werden 12.500 Abtastwerte vor und 12.500 Abtastwerte nach der Flanke gespeichert. Bei der Standard-Abtastrate von 125 kS/s entspricht das 100 ms vor und nach dem Triggerereignis. Im Triggermodus „HW“ dient eine steigende Flanke am ON/OFF-Pin als Trigger. Nach dem Klick auf „START“ wird der Mikrocontroller des CMM-IV in einen Wartemodus versetzt und beginnt erst mit dem Streaming, wenn die steigende Flanke am Pin ON/OFF erkannt wird.

Die gestreamten Messdaten werden im proprietären Format „cmm4“ gespeichert. Dies ist ein Binärformat, das den PC von der Datenkonvertierung entlastet und daher das parallele Streaming von mehreren CMM-IV ermöglicht. Die Konvertierung in das TDMS-Format von National Instruments erfolgt über das Menü (Tools -> Export to TDMS). Um die Exportfunktion zu nutzen, müssen Sie zuerst eine TDMS-Bibliothek von National Instruments installieren (Tools -> Install TDMS library).

„Export to TDMS“ öffnet das in Abbildung 10 gezeigte Dialogfenster. In diesem Fenster wählen Sie die cmm4-Datei aus, die in das TDMS-Format konvertiert werden soll. Die TDMS-Datei wird unter demselben Namen wie die cmm4-Datei gespeichert. Die markierte Auswahl bietet drei Möglichkeiten. „CMM4 (current only)“ exportiert nur die gemessenen Stromwerte. „CMM4 (all channels)“ enthält zusätzlich Spannungsabfall, Messbereich und Flags. „CMM4 (ignore trigger event)“ exportiert alle Daten vom Klick auf „START“ bis zum Ende der cmm4-Datei, das 12.500 Abtastwerte nach dem Triggerereignis liegt. Das ist möglich, weil alle Daten in der cmm4-Datei gespeichert werden (einschließlich des Triggerereignisses) und der Trigger erst beim Export nach TDMS verwendet wird.

2.4.4Live-Ansicht der Messwerte

Ein Klick auf „CHART“ im Hauptfenster öffnet das in Abbildung 11 gezeigte Fenster. Die Messwerte werden jede Sekunde aktualisiert und im Diagramm angezeigt.

2.5Textbasiertes Ethernet-Protokoll

Die folgenden Abschnitte beschreiben das textbasierte Ethernet-Protokoll, das von der CMM-IV-GUI und der C#-DLL verwendet wird. Es wird empfohlen, die CMM-IV-GUI oder die C#-DLL zu verwenden (die DLL ist Teil des Downloadpakets der CMM-IV-GUI, Details siehe Konfigurationstool CMM-IV-GUI).

Das Protokoll basiert auf TCP und verwendet nullterminierte Strings. Das bedeutet, dass das letzte Zeichen jedes Befehls NUL (= 0x00) sein muss.

2.5.1Befehle zum Messen von Strömen, Spannungsabfall und Temperatur des CMM IV

Das textbasierte Ethernet-Protokoll unterstützt zwei verschiedene Methoden zum Auslesen von Strömen. Die erste Methode verwendet einfach den Befehl ReadCurrent mit dem TriggerMode IMM. Dieser liefert sofort die angeforderte Anzahl an Stromabtastwerten. Die zweite Methode ist anspruchsvoller und verwendet die Befehle InitCurrent, TriggerCurrent und FetchCurrent. InitCurrent setzt die Triggermethode und die Anzahl der zu lesenden Abtastwerte. TriggerCurrent wird verwendet, um die Messung zu triggern, wenn der Triggermodus INT ausgewählt ist. FetchCurrent liefert nach Abschluss der Messung die angeforderte Anzahl an Stromabtastwerten.

Die folgenden Befehle können als Strings auf dem TCP-Port 5025 gesendet werden und müssen mit dem NUL-Zeichen (0x00) abgeschlossen werden. Fehlerhafte Befehle werden mit einer Fehlermeldung beantwortet, Details siehe Fehlermeldungen.

2.5.2Befehle zum Abfragen von Konfigurationsparametern

Die folgenden Befehle können als Strings auf dem TCP-Port 5025 gesendet werden und müssen mit dem NUL-Zeichen (0x00) abgeschlossen werden. Fehlerhafte Befehle werden mit einer Fehlermeldung beantwortet, Details siehe Fehlermeldungen.

2.5.3Befehle zum Setzen von Konfigurationsparametern

Die folgenden Befehle können als Strings auf dem TCP-Port 5025 gesendet werden und müssen mit dem NUL-Zeichen (0x00) abgeschlossen werden. Fehlerhafte Befehle werden mit einer Fehlermeldung beantwortet, Details siehe Fehlermeldungen. Verwendet ein Befehl mehrere Parameter, müssen die Parameter durch ein Leerzeichen getrennt werden. Optionale Parameter sind in eckigen Klammern angegeben.

2.5.4Fehlermeldungen

Fehlerhafte Befehle werden mit einem der folgenden Strings beantwortet (wo sinnvoll, enthält die Fehlermeldung den empfangenen String, um die Fehlersuche zu vereinfachen):

• !Incorrect number of arguments: <received string>
• !This command is not supported: <received string>
• !This action is not supported: <received string>
• !Values out of range: <received string>
• !FRAM write failed.
• !No data available, maybe there was no trigger.
• !Error: <errorcode>
• !Waiting for reset to complete, commands are ignored.

2.6CAN-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.

Standardmäßig verwendet das CMM IV die folgenden IDs für ISO-TP:

• Das CMM IV empfängt Befehle auf der Local-ID (TPLID): 0x1C3
• Das CMM IV sendet Antworten auf der Remote-ID (TPRID): 0x7FF

2.6.1ISO-TP-Header

Single-Frame-Befehle

Die meisten Befehle und Antworten passen in eine einzelne CAN-Nachricht, d. h. es können Single Frames nach ISO 15765-2 verwendet werden. Die jeweilige CAN-Nachricht enthält die folgenden Daten:

Multi-Frame-Befehle

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

Ist die Multi-Frame-Nachricht eine Antwort, sind die CAN-IDs TPRID und TPLID zu vertauschen.

Datenbyte 1/2 xx_N_PCI

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

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

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

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

2.6.2Befehlsheader

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 in Antworten des 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.

2.6.3Befehlsübersicht

Die folgenden Befehle sind verfügbar:

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

2.6.4Antwortübersicht

Jeder Befehl wird mit einer Antwort quittiert.

Die meisten Befehle werden zuerst ausgeführt, und die Antwort wird nach der Ausführung gesendet. Ausnahmen von dieser Regel sind:

• RESET:
  • Die Antwort wird sofort gesendet.
  • Der Reset wird anschließend durchgeführt.
  • Der Neustart des CMM IV kann bis zu 10 Sekunden dauern
• 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.
  • Bitte beachten Sie, dass nach einer 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 abgewiesen wurde.

Positive Antworten

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

2.6.5Beispiel-CAN-Traces

Die folgenden CAN-Traces sollen das Verständnis der obigen Tabellen erleichtern. Befehl und Antworten sind in der letzten Spalte gekennzeichnet: Befehl / Antwort. Bitte 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)