ZLG iCAN-6605 User Guide

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iCAN-6605

6 通道热电偶测温模块

UM04011901 V1.00

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关键词 iCAN-6605 热电偶测温数据采集 CAN-bus 摘要热电偶测温模块使用指南

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广州致远电子有限公司工业通讯网络事业部

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iCAN 系列数据采集模块

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iCAN 系列数据采集模块

1. 功能简介......................................................................................................................................5

1.1 技术指标...........................................................................................................................5

1.2 接口说明...........................................................................................................................6

1.3 供电电源...........................................................................................................................7

1.4 CAN波特率和MAC ID设定 ............................................................................................7

1.4.1 按照拨码开关设置模块的波特率和MAC ID值.........................................................8

1.4.2 通过网络设置模块的波特率和MAC ID值.................................................................8

1.5 信号指示灯.......................................................................................................................9

1.6 CAN总线连接 ..................................................................................................................9

1.7 模块的电源和通讯线的连接.........................................................................................10

1.8 原理框图......................................................................................................................... 11

2. iCAN-6605 热电偶输入.............................................................................................................12

2.1 热电偶测量原理............................................................................................................. 12

2.2 热电偶的接线方式......................................................................................................... 13

3. iCAN-6605 模拟量输入.............................................................................................................14

3.1 模拟量测量原理............................................................................................................. 14

3.2 模拟量输入的接线......................................................................................................... 14

3.3 模拟量的测试电路......................................................................................................... 15

4. iCAN-6605 数字量输出.............................................................................................................16

4.1 数字量输出原理............................................................................................................. 16

4.2 数字量输出的接线方式................................................................................................. 16

4.3 数字量输出的测试电路................................................................................................. 17

4.4 数字量输出通道工作方式............................................................................................. 17

4.4.1 输入通道状态指示模式............................................................................................. 17

4.4.2 用户控制模式............................................................................................................. 18

5. iCAN-6605 模块的通讯报文格式.............................................................................................19

5.1 建立连接.........................................................................................................................19

5.2 读取模块输入通道......................................................................................................... 19

5.2.1 热电偶输入................................................................................................................. 19

5.2.2 模拟量输入................................................................................................................. 21

5.3 配置模块输入通道......................................................................................................... 23

5.3.1 热电偶配置................................................................................................................. 23

5.3.2 模拟量配置................................................................................................................. 24

5.4 数字量输出通道使用..................................................................................................... 26

5.4.1 数字量输出通道功能的配置.....................................................................................26

5.4.2 写数字量输出............................................................................................................. 28

5.4.3 设置安全输出............................................................................................................. 28

5.5 定时循环传送................................................................................................................. 29

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5.6 温度超限报警................................................................................................................. 29

5.7 校准命令配置................................................................................................................. 30

5.7.1 热电偶冷端补偿电路校准.........................................................................................30

5.7.2 系统零校准................................................................................................................. 30

6. iCAN-6605 应用实例................................................................................................................. 31

6.1 iCANTest测试示例.........................................................................................................31

6.1.1 系通配置.....................................................................................................................31

6.1.2 搜索模块.....................................................................................................................32

6.1.3 启动CAN卡 ................................................................................................................32

6.1.4 模块上线.....................................................................................................................33

6.1.5 更改模块设置............................................................................................................. 33

6.2 ZLGCANTest测试示例..................................................................................................34

6.2.1 系统配置.....................................................................................................................34

6.2.2 系统启动.....................................................................................................................34

6.2.3 建立连接.....................................................................................................................35

6.2.4 读输入通道温度值..................................................................................................... 35

6.2.5 配置参数设置............................................................................................................. 35

6.2.6 删除连接.....................................................................................................................36

6.3 PC机编程控制示例........................................................................................................36

6.3.1 在VC中 ....................................................................................................................... 37

6.3.2 在VB中 ....................................................................................................................... 38

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7. iCAN-6605 模块应用及注意事项.............................................................................................39

8. 免责声明....................................................................................................................................40

9. 销售与服务网络........................................................................................................................41

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1. 功能简介

iCAN-6605 热电偶模块用于采集温度。iCAN-6605 模块具有 6 路差分输入通道，可分别

配置为热电偶、V、mV、mA(需外接 250 电阻)输入，最大限度地满足多样性测量现场。热电偶支持 8 种标准化类型，温度值分辨率 0.1℃，支持定时循环传送及温度超限报警。额外的 5 通道数字量输出，既可用于指示模块工作状态也可由用户自行控制。模块工作时，周期性地将输入的电压信号经低通滤波、AD 转换、光电隔离后送入单片机进行一系列相关处理，得到有效结果后通过 CAN 总线通讯将其传送到网络中的主控设备。主控设备可以通过 CAN 总线将输出的数字量状态传送到模块，控制外部开关。

图 1.1 iCAN-6605 示意图

1.1 技术指标

z 输入通道数： 6路差分，可选配置为热电偶、V、mV、mA(需外接 125 电阻)输入； z 数字量输出通道数： 5路，指示模块状态或由用户控制； z 数字量输出通道类型：集电极开漏输出，最大负载电压＋30V，最大负载电流 30mA； z 支持的热电偶类型及测温范围：J 型 -210℃~1200℃、K 型 -200℃~1370℃、E 型 -100

℃~1000℃、T 型 -200℃~400℃、 N型 -200℃~1300℃、B 型 650℃~1800℃、R 型 0 ℃~1750℃、S 型 0℃~1760℃；

z 模拟量输入范围：±2.5V、±20mA（需外接 125 电阻）； z 温度值分辨率：0.1℃； z 精确度：±0.1％； z 带宽：5.24Hz； z 采样速率：1 次/秒（6 通道每次）； z 定时循环传送时间间隔：最小值 10 毫秒、最大值 2.55 秒； z 温度超限高低报警； z 具备热电偶断线检测功能； z 隔离电压：1000V z 功率：1500mW @ 12VDC； z 温度：-25℃～70℃；

；

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z 湿度：5％～95％，无凝露； z 工业级塑料外壳，标准 DIN 导轨安装；

1.2 接口说明

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图 1.2 iCAN-6605 模块接口示意图

iCAN-6605模块具有接口及设置开关如图 1.2所示，模块内部各接线端子、拨码开关、

跳线器以及指示灯功能说明如下：

z SW1 ：模块 CAN 波特率以及 MACID 设置开关； z RL1 ：电源指示灯； z SL2 ：网络通讯指示灯； z JP1 ：DC 电源、CAN 通讯接口以及数字量输出信号通道接线端子； z JP2 ：热电偶输入通道接线端子。

下面介绍模块接线端子的引脚的分配，iCAN-6605 模块的接线端子 JP1、JP2 引脚定义

说明如下：

z 模块电源接线端子：

电源必须为+10V~+30V 的直流电源，电源引脚包括+VS 和 GND 两个接线引脚

 ＋VS：连接电源正端（+10V~+30V DC）；  GND：连接电源负端。

z CAN 总线通讯接线端子：

CAN 通讯接线端子包括：CANL、CANH 、Res－以及 Res+四个接线端子。

 CANL ：连接 CAN 通讯线的 CAN_L 信号线；  CANH ：连接 CAN 通讯线的 CAN_H 信号线；  Res－、Res＋：连接 CAN 网络终端匹配电阻；  仅当模块处于网络终端位置时，Res－、Res＋之间需要连接终端匹配电阻。

z 数字量输出端口接线端子：

DO0～DO4 ：数字量输出通道 0~4； DGND：数字量输出信号的参考地

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z 热电偶输入端口接线端子：

SEN0＋～SEN5＋：通道 0～通道 5 热电偶输入正端； SEN0－～SEN5－：通道 0～通道 5 热电偶输入负端；

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1.3 供电电源

iCAN 系列功能模块支持工业现场常见的未调压+10V DC ~ +30V DC 直流电源，这样即

使在工业现场，电源电压产生一些波动，模块也能够获取稳定的工作电压。为保证模块的可靠工作，在+10V DC ~ +30V DC 供电电压范围内，电源纹波峰峰值必须在 5V 以内。建议用户使用稳压电源，例如常用的+24V 稳压电源。

模块电源同时提供反接保护，防止因为电源的接线错误导致损坏模块。

1.4 CAN 波特率和 MAC ID 设定

在使用 iCAN 系列功能模块时，首先需要设置模块的 CAN 波特率以及模块的 MAC ID

地址。模块的 CAN 波特率和 MAC ID 是通过拨码开关 SW1 进行设定。拨码开关 SW1 在模块内部，需要打开模块外壳以后才能够进行设定。

图 1.3 CAN 波特率和 MAC ID 设定开关

拨码开关的各位拨向“ON“位置时，该位为“0”，如果拨向“OFF”位置，则该位为

“1”。

拨码开关的 1－6 位用于设定模块的 MAC ID，第一位为最低位，第六位为最高位，模块的 MAC ID 是各位对应的十进制值之和，通过拨码开关设定模块的 MAC ID 的有效范围为 0～63。

拨码开关的 7－8 位用于设定模块的波特率，第七位为低位，第八位为高位。波特率与开关设置对应值如下

表 1.1所示。

表 1.1 波特率开关设定

CAN 波特率开关设置

500 kbps 0

100 kbps 1

10 kbps 2

通过网络设置 3

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注意：当波特率开关设定值为 3 时，模块通过网络设置 CAN 波特率和 MAC ID 值，并不按照拨码开关值进行设定。

波特率开关设定值为 3 且 MAC ID 开关设定值为 63 时，模块的波特率默认为 1000kbps，MAC ID 值默认为 63。

1.4.1 按照拨码开关设置模块的波特率和 MAC ID 值

通过拨码开关设置模块的波特率和MAC ID值时，波特率开关设定值必须为小于 3 的值。例如模块MAC ID 设置为 10，波特率设置为 10 kbps时，拨码开关的设定如下

图 1.4所示。

图 1.4 拨码开关设置模块的波特率和 MAC ID 值示例

1.4.2 通过网络设置模块的波特率和 MAC ID 值

当波特率开关设定值必须为 3 时，可以通过网络设置模块的波特率和 MAC ID 值。此时分两种情况：

z 波特率开关设定值为 3 且MAC ID 开关设定值为 63 时，模块的波特率默认为

1000kbps，MAC ID值默认为 63，如

图 1.5所示，此时模块会存储默认波特率。

图 1.5 拨码开关设置使模块的波特率和 MAC ID 值为默认值

注意：当模块拨码开关设定值为全OFF时，如图 1.5所示，此时如果通过网络配置节点的波特率或者节点地址，在配置完毕时必须重新启动，在重新启动之前，请将拨码开关 1~6 位任意拨至ON状态；否则重新启动时，由于模块拨码开关设定值为全OFF状态，模块的波特率默认为 1000kbps，MAC ID值默认为 63。

z 波特率开关设定值为 3 且MAC ID 开关设定值不为 63 时，模块采用存储的波特率

以及MAC ID值，并可通过网络修改波特率以及MAC ID值，如

图 1.6所示。

图 1.6 拨码开关设置使模块采用内部存储的波特率和 MAC ID 值

注意：由网络设置模块的波特率和 MAC ID 值时，是通过修改模块内部节点地址和波特率属性值实现。设置了节点地址和波特率属性值后，必须重新启动模块，所作的设置才会生效。

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1.5 信号指示灯

iCAN 系列功能模块采用了一个红色 LED（RL1：PWR 指示灯）和一个双色 LED（SL2： MNS 指示灯）。PWR 指示灯用于模块的电源指示，MNS 指示灯用于模块的网络通讯状态指

示。

在模块上电时，红色的 PWR 指示灯点亮，否则检查电源是否存在故障。

模块的MNS指示灯状态，如下

MNS 指示灯状态网络状态

不亮模块没有上电或者 CAN 总线未连接绿色模块正常运行

绿色闪烁模块正进行数据通讯

红色模块自检失败或者通讯故障

模块上电时，会执行MNS指示灯测试，测试步骤如下：

z MNS指示灯接通为绿色，约持续0.25 秒； z MNS指示灯接通为红色，约持续0.25 秒； z MNS指示灯关闭。

表 1.2所示。

表 1.2 MNS 指示灯状态

1.6 CAN 总线连接

图 1.7 CAN 网络拓扑结构

CAN网络为总线式拓扑结构，建议网路布线时尽可能减小支线长度。在CAN网络的主干线的末端需要接终端电阻。

CAN网络的干线长度由数据传输速率和所使用的电缆类型决定。电缆系统中任两点间的电缆距离不允许超过波特率允许的最大电缆距离。两点间的电缆距离为两点间的干线和支线电缆的长度和。支线长度是指从干线端子到支线上节点的各个收发器之间的最大距离。此距离包括可能永久连接在设备上的支线电缆。网络上允许支线的总长度由取决于数据传送速率。在决定干线长度、支线的长度和数量需要参考CAN网络通讯波特率与通讯距离之间的关系，如

表 1.3所示。

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表 1.3 CAN 网络通讯波特率与通讯距离之间的关系

CAN 波特率通讯最大距离

5 kbps 10000 m

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10 kbps 6700 m

20 kbps 3300 m

50 kbps 1300 m

100 kbps 620 m

125 kbps 530 m

250 kbps 270m

500 kbps 130 m

1000 kbps 40 m

注意： CAN通讯线可以使用双绞线、屏蔽双绞线。若通讯距离超过1KM，应保证线的截面积大于Φ1.0mm2，具体规格应根据距离而定，常规是随距离的加长而适当加大。

CAN网络要求在干线的两个末端安装终端电阻，电阻的要求为：

z 121 欧姆；

z 1% 金属膜；

z 1/4 瓦。

注意：终端电阻只应安装在干线两端，不可安装在支线末端。

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1.7 模块的电源和通讯线的连接

模块的电源和 CAN 通讯线在接线时，要注意：

模块的+VS 引脚连接输入电源的正极性端，GND 引脚连接输入电源的负极性端，连接时避免电源连接的极性错误。多个模块连接到同一个电源时，所有的+VS 引脚连接到电源正端，GND 引脚连接到电源负端。

CAN通讯线在连接时，网络上所有的模块CAN_L端必须连接到同一根CAN_L信号线，所有的模块CAN_H端必须连接到同一根信号线，否则会引起网络的通讯异常。如示。

图 1.8所

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图 1.8 电源和通讯线的连接

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1.8 原理框图

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图 1.9 iCAN-6605 功能模块原理框图

iCAN-6605 模块的原理框图如图 1.9所示。模块主要由电源、输入输出处理电路、A/D

转换电路、CAN-bus通讯接口以及单片机组成。模块采用直流电源供电，供电电压范围是：+10V~+30V。这样即使在工业现场，电源

电压产生一些波动，模块也能够获取稳定的工作电压。为保证模块的可靠工作，电源纹波峰峰值必须在 5V 以内。模块电源同时提供反接保护，防止因为电源的接线错误导致损坏模块。

模块工作时，周期性地将输入的电压信号经低通滤波、AD 转换、光电隔离后送入单片机进行一系列相关处理，得到有效结果后通过 CAN 总线通讯将其传送到网络中的主控设备。主控设备可以通过 CAN 总线将输出的数字量状态传送到模块，控制外部开关。

通过硬件看门狗监控模块的运行，防止模块死机，有效地提高了模块的可靠性。

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2. iCAN-6605 热电偶输入

热电偶由两个焊接在一起的异金属导线（以形成两个节点）所组成，结点之间的温差会在两根导线之间产生热电势（即电压），电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料。国际电工委员会（IEC）推荐了八种类型的热电偶作为标准化热电偶，它们分别为 J、K、T、E、 N、B、R、S。

图 2.1 热电偶结构图

热电偶结构简单，动态响应快，电动势信号易于传送，在工业自动化现场得到广泛应用。热电偶能工作在极宽的温度范围，但热电偶只能产生毫伏（mV）级输出，需要进行精确放大供进一步处理，容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺陷。在使用热电偶测量温度时，还要求采用冷端补偿技术。因为热电偶的输出电压以 0℃时的参考结点的温度来定义。而在使用时热电偶的参考结点多保持在一定的温度上，因此测量出热电偶两端的电压，并测出参考节点的温度，便可推断出检测节点的温度。

图 2.2 使用热电偶测量温度

根据测量温度范围不同，热电偶分为 7 种规格：一用于高温测量的 K 型，N 型是可用于替换 K 型的新型号热偶；二是用于中温测量的 E 型（-200~＋800 ℃）和J型（-200~＋750 ℃）；三是用于低温测量的 T 型（-200~＋350 ℃）；四是用于超高温测量的 B 型（＋500~＋1700 ℃）， R型（0~＋1600 ℃），S 型（0~＋1600 ℃）。热电偶的热电动势与温度的关系为非线性关系。设温度为T，各项系数为α

，则热电偶的热电动势E可以表示为：

E＝α

＋α1T1＋…＋αn Tn （1）

，α1，…，

同样，可以得到电动势与温度的对应表达式： T＝b

E1＋…＋bn En （2）

0＋b1

式（1）中 T 对应的单位为℃，E 对应的单位为 mV。在上式中，不同热电偶对应的系数不同。根据 NIST ITS-90 Thermocouple 可得到表达式（1）中不同类型的热电偶对应的系数。

2.1 热电偶测量原理

热电偶测量模块测量的数据为热电偶的电压值，通过将测得的电压换算为相对应的温

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度，从而获得所要测量的温度值。在iCAN-6605 温度测量模块中，通过高分辨率的ADC直接将热电偶的输出数字化，通过软件实现线性化和校准，以降低成本以及设计的复杂性，适合于使用不同热电偶的场合，具体如

热电偶测量电路由抗混叠滤波器、增益调整电路以及 ADC 组成。热电偶上的电压信号，通过前端电路调理后送入 ADC 中完成温度的测量。在前端电路中滤波器将输入信号中的噪声信号滤除，避免对测量造成影响。热电阻的输入信号，一般为小信号（mV 级），因此通过增益调整电路将输入信号放大至较合适的电压，提高对于系统对热电阻信号测量的动态范围。

因为热电偶的输出电压以 0℃时的参考结点的温度来定义，所以在使用热电偶测量温度时，还要求采用冷端补偿技术。在iCAN-6605 模块中，采用数字温度传感器DS18B20 测量冷端温度，如

图 2.4所示。

图 2.3所示。

图 2.3 热电偶测量原理框图

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图 2.4 热电偶冷端补偿框图

2.2 热电偶的接线方式

热电偶的接线方法很简单，直接将热电偶输入信号正端连接到模块的SEN＋端，输入信号负端连接到模块SEN－端即可，如

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图 2.5所示。

图 2.5 热电偶接线示意图

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Specifications and Main Features

Frequently Asked Questions

User Manual

1. 功能简介

1.1 技术指标

1.2 接口说明

1.3 供电电源

1.4 CAN 波特率和 MAC ID 设定

1.4.1 按照拨码开关设置模块的波特率和 MAC ID 值

1.4.2 通过网络设置模块的波特率和 MAC ID 值

1.5 信号指示灯

1.6 CAN 总线连接

1.7 模块的电源和通讯线的连接

1.8 原理框图

2. iCAN-6605 热电偶输入

2.1 热电偶测量原理

2.2 热电偶的接线方式