| This documentation is out of date.
The new version of the documentation is here: https://cannylogic.com/docs |
CANNY 7
CANNY 7 — miniature programmable logic controller designed for automotive, domestic and industrial use
Contents
General Information
Due to limited external channels, programmable logic controller CANNY7 may be attributed to a class of smart relays or Nano PLC. However CANNY7 is capable of solving many automation, controlling and monitoring tasks.
CANNY7 is the first programmable logic controller oriented for automotive applications, with the following unique features and combination:
- rated power supply and IO channels voltage 0 / 12V (18V max);
- the maximum output current of each of the 11 IO channels +/- 120mA, sufficient to control usual automotive relay;
- CAN 2.0B Interface, compliant with ISO-11898, SAE J2411 widely used in modern cars;
- built-in energy consumption management in the range of 5 to 60 mA, helps conserve battery power during periods of inactivity in a car;
- EEPROM for applications and sixty-four 16-bit nonvolatile memory data cells, available to user application to preserve critical data during a power failure;
- wide operating temperature ranged from -40 to + 85 ° C;
- Integrated surge protection and short circuit protection
- compact housing compliant to IP50 enclosure protection specification, suitable for installation and operation as part of a car cabin equipment;
- specialised packages of system and application software to use with automotive CAN and LIN networks.
To develop custom software for CANNY7, create a graphical programming language CFD, allowing to quickly create effective user applications-Functional Diagrams. Free IDE CannyLab contains tools for editing, debugging and writing software to the controller. Requirements for writing software to the controller:
- PC with a USB port version 1.1 or higher
- Installed CannyLab environment
- Ordinary miniUSB cable
Controllers' memory acessible to user is enough to accommodate the program, consisting of several hundred functional blocks, which allows for fairly sophisticated algorithms. Each of the 11 IO channels are able to operate in any of the 98 modes that define the voltage, current, and temporal parameters of the input and output signals. In addition, some of the channels can be configured to operate in digital mode, to transmit / receive data of such protocols as 1-Wire, I2C, RS-232, LIN, CAN. The configuration of each channel can be set and adjusted from the user application. Two-coloured LEDs, controlled from the user application, are useful to indicate controller or debugging mode.
Design and functional operation
The appearance and layout
The main components of CANNY 7 are: a micro controller (MCU) with the auxiliary circuits, power supply system for all controllers' elements, IO channels level matching circuit, electric protection system, connectors and LED, based on a single print board 65 x 23 mm mounted inside a quick-open plastic casing. The controller has three external connectors and one internal. To connect the controller to the power supply and external devices, the kit includes a set of jumper harness.
- External connector X1 contains four terminals: + 12V input, power input GND, CAN-H and CAN-L.
- External connector X2 contains eight terminals, corresponding to the first eight channels of the controller, from №0 to №7.
- External connector X3 has three terminals, channels accordingly- №8, №9 and №10. Internal connector USB1 is to connect controller to the PC with miniUSB cable.
Software Architecture
CANNY 7 is a digital programmable computing control device. In general, CANNY 7 fair overview of the programmable logic controllers contained in the introduction to this manual. CANNY 7 main elements are: arithmetic logic unit (ALU), internal memory, commands execution management subsystem and input-output system.
Arithmetic Logic Unit is processing core of CANNY 7. ALU provides system software and user functional execution diagram placed into the internal memory of the controller. Controller's internal memory is divided into the EEP program memory, EEP data memory, and ROM. The command's management subsystem is responsible for switching and setting mode of the controller. The IO system provides controllers' communication to the outside world, using both discrete IO channels and standard digital interfaces CAN / LIN / RS232 / USB.
Software Structure
Software CANNY 7 consists of: a software loader, system software (operating system and driver), and a custom function diagram.
The program loader provides the controller with the software download mode, organising data transmission between CANNY 7 and PC using USB protocol. It checks the data integrity transmitted from the PC and loading to the controllers' internal memory. The software loader placed into the internal memory of the controller during production and can not be deleted or modified by the user. The manufacturer distributes CANNY 7 system software in CCX file format. It includes an operating system and a set of drivers providing function diagram execution and its interaction with the controllers' resources. User is restricted to modify system data file. The contents of various PCX files can be reloaded into the controller by user.
Custom block diagram is created and modified in integrated development environment CannyLab, then it can be loaded in to the controller where it specifies the algorithm to work standalone or saved in to CFD file.
Operation modes
There are several operation modes to perform basic operations with controller.
Software download mode
In this mode, the controller is running boot loader to load system software, and a functional blocks under CannyLab management. Controller switch to this mode automatically when connected to PC with USB cable. During the transition to SW download mode the controller performs a master reset: the functional diagram execution stops, IO channels are switching to the neutral state, built-in green LED turns on. When controller establishes communicating with the PC software, the green LED goes into a flickering mode. Exit from this mode happens automatically when the connection to the PC disrupts. If at the end of the software download mode , EEPROM have system software loaded correctly, the controller switches to standalone mode, otherwise it returns to the download mode.
Autonomous mode
Standalone mode is the main controllers' mode. In this mode, the controller is running continuously under system software sequence, in an endless cycle, performs the functional diagram, working on the algorithm specified by the user. Transition to this mode takes place automatically when the controller is connected to an external 12V power supply and the absence of the USB connection. When operating in this mode, the functional diagram has access to all resources of the controller, drivers of witch included in the system software when loaded.
Sleep mode
This mode is an option of normal standalone mode in which, after each cycle of execution of a function diagram, the controller pauses for reducing its power consumption to a minimum. Thus, the controller operates in a pulsed mode, periodically "asleep" and "waking up". Enable, disable, and configure the parameters of this mode controls by the functional diagram. Using this mode is relevant when developing systems, focused on battery-power, such as the on-board car equipment.
Runtime Environment
Functional diagram presentation
The graphical block diagram developed in CannyLab environment, automatically processed by the translator just before loading to the controller. CannyLab checks on the consistency of the diagram, determines function blocks execution order and converts the diagram into the executable code - a sequence of machine instructions CANNY 7 controllers' ALU.
The execution order
Executable program code during loading in to the controller already contains system software, is including in the sequence of the system software machine instructions. Thus, the aggregate command sequence loaded with system software and functional diagram, will be: initialisation routines executed once after each controllers' reset and executable functional diagram code, framed with the controller resources' procedure management, and placed in an infinite executable loop - diagrams running loop. Some of the drivers included in the controller system software , such as CAN driver , require controller to arise immediate response during data transmission and reception of program events. Program code of these drivers asynchronously processed by the controller in parallel with the main execution flow. In the processing of asynchronous drivers calls, the diagrams main run loop performance is briefly suspended.
Access to hardware resources
All available to the user resources from the functional diagram : the system resources of the controller, IO subsystem and additional drivers included in the system software, appears on a controllers' internal memory protected address space. This address space is divided into read registers (control) and recording registers.
The user is able to specify the reading register address as a source of input data from virtually any function block of a diagram. Thereby extract and use to implement their own algorithms, data received by the controller from the outside world. For example information about the electric potential on any controllers' terminal, or the data packet contents received from the CAN bus. Recording register address can be used as the output recipient for any functional block on the diagram.Thus, the user controls the resources of the controller from functional diagrams which gives an opportunity to influence the objects of the outside world. For example: switch external relay by changing the electrical potential on one of the pins of the controller, turn LED on; set CAN operation mode; send a data packet.
The use of resources most resource includes assignment required operating parameters, such as the polarity of the output channels, the polarity and the sensitivity of the input channels, CAN communication speed and so on..
Specifying these parameters is made in the form of recording specific constants in one or a few specific registers, depending on а required set of resources configuration . For example, copying a constant with a value of 121 in the register located at 2432 address is set channel №0 to an output positive polarity mode.
In a CannyLab environment , for user convenience, all the of the controllers' available registers are named, as well as all special constants that are used in interaction with the controllers' resources. Therefore, for CannyLab user this operation will look as setting the constants named "standard positive output" at the input of the function block "Copy" and setting the address with the name "channel №0 configuration register» at its output.
Having thus established channel №0 mode, by the appearance of the value "1" in the register located at 2465 address ("channel №0 input value register »), we can learn about the application of a positive electric potential to №1 terminal of X2 connector.
System Registers
System Registers
- Основная статья: Системные ресурсы и режимы работы
Системные ресурсы контроллера отображаются на группу адресов регистров чтения и группу адресов регистров записи. Обращаясь к данным регистрам из функциональной диаграммы, можно получить важные сведения о текущем состоянии контроллера и управлять режимами его работы. Список регистров системных ресурсов находится в разделе «Состояние контроллера» справочника адресов CannyLab, который доступен пользователю через контекстное меню входов и выходов типа «Адрес» функциональных блоков.
Discrete Inputs and Outputs
- Основная статья: Драйвер каналов ввода-вывода
Пользователям CANNY 7 доступны одиннадцать дискретных каналов ввода-вывода общего назначения. Каждый канал физически представлен соответствующим контактом разъема X2 (Каналы №№0..7) либо разъема X3 (Каналы №№8,9 и 10) контроллера. Записывая и считывая данные соответствующих регистров драйвера, функциональная диаграмма может как управлять электрическим потенциалом на каждом из этих контактов так и получать информацию о текущем значении потенциала каждого из них.
Физические характеристики каналов позволяют подключать к ним различные внешние исполнительные устройства — электромагнитные реле, небольшие электродвигатели, светодиоды, слаботочные цепи управления оборудованием. В качестве внешних источников дискретных сигналов способных управлять работой контроллера, возможно использовать механические, электромеханические и электронные кнопки и переключатели, генераторы импульсов, источники напряжения 0-12В, транзисторные выходы различной аппаратуры и т.п.
Режим и параметры работы любого из каналов задаются функциональной диаграммой. В каждый момент времени канал может работать только в одном из возможных режимов, однако допускается динамическое переопределение конфигурации канала из функциональной диаграммы в процессе ее выполнения.
High Resolution PWM
- Основная статья: Драйвер высокочастотного широтно-импульсного модулятора (ВЧ ШИМ)
Два из одиннадцати каналов ввода-вывода (Канал №1 и Канал №2) CANNY 7 поддерживают работу в режиме высокочастотного широтно-импульсного модулятора. Каналы могут быть задействованы независимо друг от друга и иметь независимые настройки скважности сигнала и подтяжки линии, однако, период высокочастотного ШИМ является параметром, общим для обоих каналов. В режиме ВЧ ШИМ, временные параметры ШИМ – период и скважность задаются в диапазоне от 2 до 20000 микросекунд, с шагом 1 микросекунда.
В режиме ВЧ ШИМ канал имеет фиксированную полярность импульсов — GND 100мА. Генерация может вестись как в режиме открытого коллектора – подтяжка линии отсутствует или внешняя, так и в режиме с внутренней подтяжкой к +12В (задается установкой значения в соответствующем регистре). В данном режиме канал работает асинхронно функциональной диаграмме, что позволяет добиться максимальной стабильности временных параметров генерируемого сигнала.
| Примечание: | В режиме высокочастотного широтно-импульсного модулятора электрическая защита канала от короткого замыкания находится в отключенном состоянии! Перегрузка или короткое замыкание каналов контроллера находящихся в режиме ВЧ ШИМ может привести к выходу канала контроллера из строя! |
UART / RS232 / Modbus driver
- Основная статья: Драйвер UART / RS232 / Modbus
Два из одиннадцати каналов ввода-вывода (Канал №9 и Канал №10) CANNY 7 поддерживают работу в режиме приема/передачи данных последовательных протоколов UART, RS-232 и могут быть использованы для связи контроллеров друг с другом или с внешним оборудованием поддерживающим данные протоколы связи. Каналы могут быть задействованы независимо друг от друга и иметь индивидуальные настройки скорости передачи данных, типа и конфигурации используемого протокола, подтяжки линии.
Реализация UART в контроллерах CANNY7 позволяет организовать последовательный прием и передачу данных по одному проводу в полудуплексном режиме. Таким образом CANNY7 может иметь 2 независимых подключения с использованием протокола UART. Контроль состояния канала передачи данных должен осуществляться пользователем из функциональной диаграммы. Если канал свободен, то устройство может начать передачу данных, в противном случае устройство должно дождаться освобождения линии.
Реализация протокола RS-232 в контроллерах CANNY7, при использовании обоих каналов UART данных, позволяет организовать обмен данными с другим RS-232 устройством в дуплексном режиме, т.е. по одному каналу выполнять отправку данных, а по другому одновременно осуществлять прием данных.
Протокол Modbus в контроллерах CANNY7 реализуется как поверх UART, так и поверх RS-232. В качестве ADU (Application Data Unit) используется компактный двоичный вариант - Modbus RTU. Проверка целостности данных осуществляется с помощью автоматически рассчитываемой контрольной суммы (CRC). Размер пакета ограничен 16 байтами включая CRC.
| Примечание: | Для корректной работы всех протоколов на базе UART/RS-232 необходимо, чтобы контакты GND устройств, совершающих обмен данными, были приведены к единому потенциалу ("общая земля"). |
| Примечание: | В реализации UART активным уровнем линии является потенциал GND 100mA, пассивным - положительный потенциал заданный внутренней или внешней подтяжкой канала контроллера. В реализации RS-232 — потенциалы обратные. |
Драйвер UART / RS232 / Modbus в своей работе использует ресурсы каналов контроллера, но имеет более высокий приоритет чем драйвер дискретного ввода-вывода. Таким образом, при активации драйвера UART / RS232 / Modbus, для задействованных в его работе каналов, изменение значений в связанных с ними регистрах драйвера дискретного ввода-вывода будет проигнорировано контроллером.
CAN driver
- Основная статья: Драйвер CAN
Два специальных внешних вывода контроллера CANNY 7, расположенные на 4х контактном разъеме: CAN-H и CAN-L, предназначены для подключения к цифровой информационной шине CAN.
LIN driver
- Основная статья: Драйвер LIN
Два из одиннадцати каналов ввода-вывода CANNY 7, которые могут быть переданы под управление драйвера UART/RS-232 (Канал №9 и Канал №10), могут быть использованы для организации приема-передачи данных как два независимых канала драйвера LIN.
Каналы драйвера LIN могут подключаться как вместе так и по отдельности, иметь индивидуальные настройки скорости передачи данных, подтяжки линии и типа узла сети MASTER или SLAVE.
Драйвер LIN в своей работе использует ресурсы каналов контроллера, но имеет более высокий приоритет чем драйвер дискретного ввода-вывода. Таким образом, при активации драйвера LIN, для задействованных в его работе каналов, изменение значений в связанных с ними регистрах драйвера дискретного ввода-вывода будет проигнорировано контроллером.
I2C driver
- Основная статья: Драйвер I2C
В качестве линий связи (SDA и SCL) может быть назначена любая пара каналов контроллера CANNY 7. При этом, данные каналы должны быть подтянуты к напряжению 5В резисторами номиналом от 1 кОм до 10 кОм снаружи. Особенность реализации протокола I²C в контроллерах CANNY7 состоит в том, что CANNY7 может выступать только в качестве ведущего (Master) узла сети и обмен данными между устройствами, который может быть как одно- так и двунаправленным, происходит отдельными сеансами, с максимальной длиной сообщения I²C внутри одного сеанса равной 16 байтам, т. е. открытие одновременно несколько сеансов с разными устройствами не допускается. Скорость обмена фиксированная и составляет 100 кбит/с. Общее число ведомых устройств на линии может достигать нескольких десятков.
Драйвер I²C в своей работе использует ресурсы каналов контроллера, но имеет более высокий приоритет чем драйвер дискретного ввода-вывода. Таким образом, при активации драйвера I²C, для задействованных в его работе каналов, изменение значений в связанных с ними регистрах драйвера дискретного ввода-вывода будет проигнорировано контроллером.
Dallas 1-Wire driver
- Основная статья: Драйвер Dallas® 1-Wire®
Контроллер CANNY7 может быть использован в качестве ведущего (MASTER) узла в однопроводной сети передачи данных Dallas 1-Wire.
Для подключения контроллера CANNY7 к шине 1-Wire может использоваться любой из его каналов ввода-вывода. При этом, данный канал должен быть снаружи подтянут к напряжению 5В резистором номиналом от 3 кОм до 7 кОм. Последовательно переназначая канал драйвера, можно организовать до 11 независимых подключений 1-Wire. При этом адресация устройств и обращение к устройству по адресу не предусмотрена, поэтому, к каналу контроллера в режиме 1-Wire возможно подключение лишь одного ведомого (SLAVE) устройства в каждый момент времени.
Драйвер Dallas 1-Wire в своей работе использует ресурсы каналов контроллера, но имеет более высокий приоритет чем драйвер дискретного ввода-вывода. Таким образом, при активации драйвера Dallas 1-Wire, для задействованных в его работе каналов, изменение значений в связанных с ними регистрах драйвера дискретного ввода-вывода будет проигнорировано контроллером.
Параметры пользовательской конфигурации
- Основная статья: Параметры пользовательской конфигурации
Параметры пользовательской конфигурации могут быть заданы конечным пользователем контроллера в момент загрузки в него программного обеспечения с использованием Исполняемого файла автономной загрузки ПО в контроллер. После загрузки ПО и запуска контроллера в автономном режиме, установленные пользователем таким образом данные, становятся доступны функциональной диаграмме в соответствующих регистрах контроллера.
Грамотное использование пользовательских параметров существенно повышает гибкость и универсальность решений на базе контроллера, позволяя конечному пользователю, не имеющему навыков работы с CannyLab, вносить безопасные изменения в работу алгоритма контроллера используя простой пользовательский интерфейс.
EEPROM Non-volatile Memory Driver
- Основная статья: Энергонезависимая память (ЭНП)
Для исключения потери критически важной информации (состояния контроллера, состояния внешних устройств и т. п.) при сбросе питания, в контроллере CANNY7 предусмотрено наличие энергонезависимой памяти. Сохраненные в ней значения будут доступны после восстановления питания контроллера в специальных регистрах.
Пользователю доступны 64 шестнадцатибитные ячейки энергонезависимой памяти, доступ к которым осуществляется с помощью соответствующих регистров чтения и записи.
| Примечание: | Работа с энергонезависимой памятью не требует какой-либо специальной предварительной конфигурации. |
Infrared Remote Control Driver
- Основная статья: Драйвер пульта ИК ДУ
Контроллер CANNY7 позволяет принимать и передавать команды инфракрасных пультов дистанционного управления (ИК ДУ) в широко распространенных форматах NEC и extended NEC. Работа драйвера возможна в трех режимах: только прием, только передача или прием/передача. Для приема и передачи используются два любых канала контроллера.
При передаче команд ИК ДУ, используемый для этого канал контроллера CANNY7 генерирует только модулирующий сигнал. Для формирования пакетов импульсов контроллеру требуется наличие несущей частоты, источником которой может выступать как один из каналов ВЧ ШИМ CANNY7, так и внешний генератор ШИМ. Прием команд ИК ДУ требует наличия внешнего демодулятора, например TSOP1736 или аналогичного.
Драйвер ИК ДУ в своей работе использует ресурсы каналов контроллера, но имеет более высокий приоритет чем драйвер дискретного ввода-вывода. Таким образом, при активации драйвера ИК ДУ, для задействованных в его работе каналов, изменение значений в связанных с ними регистрах драйвера дискретного ввода-вывода будет проигнорировано контроллером.
Specifications
Electrical characteristics and environmental requirements
| Напряжение питания | 9...18 В | |
| Потребляемый ток: | в рабочем режиме (не более) | 55 мА |
| в энергосберегающем режиме (не более) | 5,5 мА | |
| Максимальный ток каждого канала в режиме выхода | +120 мА / -120 мА | |
| Сопротивление канала в режиме входа | 4 кОм или 200 кОм | |
| Диапазон рабочих температур | -40оС...+85оС | |
| Степень защищенности от пыли и влаги | IP50 | |
Защита электрических цепей:
- от короткого замыкания канала — программная;
- от перегрузки канала — внутренними токоограничительными сгораемыми резисторами;
- от смены полярности источника питания — внутренним диодом;
- схема подавления высоковольтных выбросов при коммутации индукционной нагрузки каналов с №0 по №7: диод и варистор;
- схема подавления высоковольтных выбросов при коммутации индукционной нагрузки каналов с №8 по №10 — отсутствует.
Safety Precautions
В цепях контроллера отсутствует опасное для жизни обслуживающего персонала напряжение. Открытые контакты контроллера при эксплуатации находятся под напряжением. Любые подключения к контроллеру и работы по его техническому обслуживанию производятся только при отключенном питании контроллера и подключенных к нему устройств.
Installation and connection
Монтаж и подключение контроллера должны производиться только квалифицированными специалистами, изучившими настоящую документацию. Монтаж контроллера должен производиться в местах соответствующих требованиям к условиям эксплуатации контроллера.
Не допускается попадание влаги на контакты выходных соединителей и внутренние элементы контроллера. Запрещается использование контроллера при наличии в атмосфере кислот, щелочей и иных агрессивных веществ.
Установка контроллера и прокладка кабелей подключаемых к нему должна производиться на расстоянии не менее 0.3 метра от высоковольтных силовых линий и источников сильных электромагнитных излучений — мощных реле, контакторов, газоразрядных ламп. Не допускается попадания влаги на корпус контроллера в месте его установки.
Transportation and storage
Контроллеры транспортируются всеми видами закрытого транспорта. Размещение и крепление транспортной тары с упакованными устройствами в транспортных средствах должны обеспечивать их устойчивое положение и не допускать перемещений во время транспортирования.
Транспортирование и хранение должны осуществляться при температуре окружающего воздуха от минус -40 до +85 °С и относительной влажности воздуха – до 80%, с соблюдением мер защиты от ударов и вибраций. В воздухе не должны присутствовать кислоты, щелочи и иные агрессивные вещества. Контроллеры следует хранить на стеллажах.
