YAV P 无线ZigBee通信采集卡技术手册V1708.docx

YAV P 无线ZigBee通信采集卡技术手册V1708.docx

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YAVP无线ZigBee通信采集卡技术手册V1708

YAVP压力传感器专用采集卡

技术手册V1708

武汉亚为电子科技有限公司

关于

本手册为亚为推出的YAVP压力传感器专用采集卡的用户手册，主要内容包括功能概述、1路压力传感器信号采集功能、2路数字量输入功能、2路数字量输出功能、串口RS232通信、应用实例、性能测试、注意事项及故障排除等。

另外部分DI采集包含需要定制的特殊功能：

PWM功能输入，编码器输入，AO输出匹配输入。

说明

1、产品正常工作必须使用亚为提供的专用SDK。

2、此手册为硬件说明书，有关通信协议、二次开发和软件应用方面的详细说明请参考我司相应资料。

3、资料下载：

4、请严格按产品技术手册操作。

文档版本表

序号

版本号

编写人

编写日期

支持对象

应用时间

特别说明

1

1.0

齐非

2014.01

YAVP采集卡

2016.01

2

2.0

樊春晖

2016.01

YAVP采集卡

2017.01

3

3.0

郑先科

2017.01

YAVP采集卡

2017.08

4

4.0

郑冉

2017.08

YAVP采集卡

2017.08

目录

0.快速上手1

Ø产品包装内容1

Ø应用软件1

Ø接口定义1

⏹端子描述1

⏹通信2

⏹板卡使用参数2

1.功能概述3

Ø技术指标3

⏹模拟信号输入3

⏹数字信号输入4

⏹数字信号输出4

⏹通信总线5

⏹温度条件5

Ø硬件特点5

Ø原理框图6

2.模拟量输入功能7

Ø输入采样原理7

Ø输入接线7

Ø采样值计算8

⏹无符号整型9

⏹ADC数据类型9

⏹模拟量值9

3.数字量输入功能10

Ø数字输入原理10

ØDI高低电平/无源触点输入10

4.数字量输出功能12

Ø输出原理12

ØDO高低电平输出12

5.通信协议13

Ø无线Zigbee通信，亚为WSN无线采集卡IOT通信协议13

Ø加载流程14

6.应用实例15

Ø采集卡连接15

Ø发现硬件15

Ø软件功能16

Ø软件应用17

⏹LabVIEW17

⏹其它17

7.性能测试18

Ø安全规范18

Ø耐电压范围测试18

Ø环境适应性测试19

Ø电气参数20

Ø通信20

Ø采集卡指示灯20

Ø机械规格21

8.注意事项及故障排除21

Ø注意事项21

⏹存储说明21

⏹出货清单21

⏹质保及售后21

⏹特别说明22

Ø故障排除22

⏹无法正常连接至上位机22

⏹通信异常22

⏹多卡数据相同23

⏹采集速度不够23

⏹软件弹出错误23

9.文档权利及免责声明23

1.快速上手

本章主要介绍初次使用YAVP压力传感器专用采集卡需要掌握的知识，以及与使用相关的准备工作，可以帮助用户熟悉YAVP使用流程，快速上手。

Ø产品包装内容

采集卡、zigbee接收器，包装盒各一个，开发资料（官网下载）

Ø应用软件

用户在使用YAVP压力传感器专用采集卡时，如果使用亚为提供的上位机GMS通用采集软件时，需要安装NILabVIEW作为应用环境。

Ø接口定义

⏹端子描述

端子定义说明：

●AI0~AI1为2个模拟量信号输入端子；

●DI0~DI1为2数字量信号输入端子；

●DO0~DO1为2数字量信号输出端子；

●GND为公共接地端。

采集卡外观管脚分布表

端口

信号类型

说明

Vcc

电压

传感器供电

AI0

模拟量

模拟信号输入端

AI1

模拟量

模拟信号输入端

DI0

I

数字信号，计数/计频输入端

DI1

I

数字信号，计数/计频输入端

DO0

O

数字信号输出端

DO1

O

数字信号输出端

GND

信号接地

<说明>：

I—输入；O—输出

⏹通信

无线Zigbee高速传输；支持热插拔。

YAVP相关的详细通信信息参见本手册（通信协议）章节。

⏹板卡使用参数

工作温度范围：

-30~70℃；

存储温度范围：

-40~80℃。

2.功能概述

采用9-24V直流电源供电（独立的供电端子/接口），需安装USB转TTL驱动，包含1路压力传感器测量电路，2路DI，2路DO（可驱动3.3V继电器）。

可直接配合上百种传感器使用，9种自动保护措施，安全方便。

采样率可达每通道100Hz，可在WindowsXP、WIN7（32/64位）、WIN8（32/64位）、WIN10等操作系统下稳定运行，有配套的电脑软件，包含波形显示、存储、分析等十余种功能，操作简单直观。

Ø技术指标

输入输出功能指标

功能

参数指标

AI

通道数

1路差分直流输入

分辨率

24Bit（16777216）

量程

采样率

默认50Hz（最高可设100Hz），通道同步

模式

连续（异步）采集

阻抗

1MΩ（10V量程）

非线性

<0.05%FS

精度

>0.1%

零漂

<±3με/4h

DI

通道数

2

电平

TTL或CMOS兼容

功能

电平测试

DO

通道数

2

电平

TTL或CMOS兼容

功能

电平输出

⏹模拟信号输入

●输入路数：

1路差分直流输入，接压力传感器；

●输入阻抗：

1MΩ（10V量程）；

●ADC分辨率：

24Bit（16777216）；

●芯片采样率：

50kHz；

●每通道数据采样率：

默认1Hz（最高可设50Hz），通道同步；

●触发采集（特殊定制）：

可设置触发电平和采样长度，采样率最高可达50kHz；

●采集模式：

可实现连续（异步）采集；

●非线性：

0.05%FS；

●系统测量精度：

0.0001%；

●零漂：

±3με/4h；

●抗混滤波：

截止频率为采样频率的1/2.56，阻带衰减大于-80dB/oct；

（抗混滤波：

模拟信号变成数字信号，需要经过A/D转换，这里面需要满足采样定理，即采样频率要大于等于待采样信号最高频率的2倍以上（实际工作中一般是10倍以上），若原始模拟信号中包含的频率成分很丰富，有些高频成分是不需要的，或者因实际需要不能无限制提高采样频率，此时便需要利用低通滤波器（通常是硬件形式的低通滤波器）先把高频成分滤除掉，以保证满足采样定理，避免发生频率混叠，这个过程就是抗混滤波）。

●低通滤波器（特殊定制）：

◆截止频率：

10、30、100、300、PASS程控切换；

◆低通滤波器阶：

6阶；

◆滤波器类型：

巴特沃斯、切比雪夫程控切换；

⏹数字信号输入

●输入路数：

2路；

●电气标准：

TTL或CMOS兼容；

●输入范围：

◆高电平（数字1）：

2~30V；

◆低电平（数字0）：

≤1V；

⏹数字信号输出

●输出路数：

2路；

●输出模式：

◆高低电平输出0/5v，可驱动继电器

高电平的最低电压：

4.45V；

低电平的最高电压：

0.5V；

上电（悬空）输出：

高电平。

◆集电极开路晶体管输出，通/断，可驱动1A设备

最大负载电压：

30V；

最大负载电流：

100mA（外部上拉大功率50欧姆电阻）

●功能：

◆输出高低电平；

◆DA输出，频率设置1000，通过调节占空比，调节输出电压大。

⏹通信总线

●RS232高速串口传输；

●支持热插拔。

⏹温度条件

●工作温度范围：

-30~70℃；

●存储温度范围：

-40~80℃。

Ø硬件特点

●过压保护：

高精度分压、电压钳位控制、运放信号隔离、稳压控制和过流吸收等5重保护措施，保护采集卡使用安全可靠，通道耐压高达600V（AI0-10V量程下测试）。

●过流保护：

电流超过500mA，自动切断电源，保护计算机接口，避免出现蓝屏、死机状况。

●过载保护：

负载电流过大，系统会自动进入保护状态。

●绝缘保护：

工业级电路板，具备绝缘层，防止意外漏电和短路，安装安全方便。

●通信保护：

采用屏蔽线缆和磁环抑制浪涌技术，有效对抗辐射或传导干扰引起的板卡工作不稳定。

●抗干扰：

透明绝缘材料保护，可在较高温度下使用，遇热不会滴落。

能在电路板上生成保护膜，防止外界电磁干扰对芯片和回路工作的影响。

EMC检测可靠，可在15V/m的强电磁干扰下正常工作。

●抗腐蚀：

透明丙烯酸保护膜能防止弱酸、碱、盐雾、酒精、潮气的侵蚀。

防止腐蚀，延长设备寿命，保护效果持久。

●自动重连：

看门狗自动Reset，掉电或拔出再连后，软件与硬件自动重连，软件不崩溃，可长期工作。

●DMA保护：

采用高性能ARM芯片作为主控芯片，质量稳定可靠，程序智能，能在抑制干扰、高速采样、智能控制、数据组合等方面发挥出色作用，采用数据校验算法与批量数据传输，确保数据传输的稳定性和连续性。

●智能算法：

下位机具备智能滤波算法，上位机采用多级缓存技术与CRC16校验算法，采用干扰丢包分析与补偿技术，使受扰数据60%可修复补偿，确保了采集数据的准确性和实时性。

●DI去抖：

DI通道具备去抖动功能，能准确测频计数。

●软件强大：

适应GMS等软件开源平台。

不断更新的上位机程序，有多种版本可供选择，方便二次开发。

应用案例及软件会定期更新，可提供长期保障。

Ø原理框图

如下图所示。

采集卡主要由电源、隔离电路、A/D转换电路、数字量输入电路、数字量输出电路、隔离通讯接口以及MCU等组成。

微控制器采用32位ARM芯片，数据处理能力强，并采用了看门狗电路，可以在出现意外时将系统重新启动，使得系统更加稳定可靠，可以应用在高性能和高速度的应用环境中。

输入输出单元与控制单元之间采用光电隔离，对输入信号采取滤波措施，极大降低了工业现场干扰对采集卡运行的影响，使模块具有较高的可靠性。

采用带隔离的通信接口，可以避免工业现场信号对控制器通讯接口的影响，并具有ESD、过压、过流保护。

原理框图

3.模拟量输入功能

AI性能表

通道

功能

量程

输入阻抗

精度

采样率

耐压

抗干扰

AI

模拟量

采集

0~20mA

150Ω

12位

20kHz

-20~60mA

抗200kHz以上高频干扰

抗浪涌干扰

0~5V

500KΩ

12位

20kHz

-10~30V

0~10V

1MΩ

12位

20kHz

-20~50V

0~30V

1.5MΩ

12位

10kHz

-30~80V

0~60V

3MΩ

12位

10kHz

-30~120V

EMI：

1m，10～500kHz，<﹣70dbm；EMC：

1m，10～3GHz，采样稳定度>90%，信号精度>95%

Ø输入采样原理

模拟量输入采样通过前端调理电路来实现，前端调理电路的基本结构如下图所示。

模拟量输入采样前端调理电路图

调理电路基本由平滑滤波器、增益调整电路、安全防护以及A/D转换电路组成。

平滑滤波器实现对输入信号的滤波，增益调整电路根据输入信号的幅值将信号调整至较合适的电压，安全防护主要是过压过流保护，提高采集卡安全性，提高对于系统对信号测量的动态范围，ADC完成最终对于信号的测量。

Ø输入接线

采集卡具有1路模拟量单端输入通道，可以采集压力传感器或变送器输出的电压信号或电流信号，模拟量单端输入接线方式如下图所示。

电压型传感器接线图

电流传感器接线图

采集卡模拟量输入通道如果是电流型量程，直接按上图串联接线。

如果是电压量程（例如0-10V），用户需要接电流型（例如4-20mA）传感器，可通过外置采样电阻（10V/20mA=500欧姆）实现，其他量程依次类推，例如需要采集1A电流，外接10欧姆（10W大功率）的采样电阻即可，接线图如下：

模拟量单端输入接线方式图

Ø采样值计算

模拟量输入的采样值采集经过校正后，存放于指定的寄存器地址空中，主机读取指定通道的采样值。

采样值为12位数据，具有多种数据类型，可根据用户要求通过配置软件进行选择。

配置软件对输出采样值数据类型的配置命令通过写配置代码来实现，配置类型代码和数据类型的对应关系如下表所示。

采样数值按照设置的数据类型存储在对应通道的寄存器中，而对模拟量相关的配置寄存器进行配置时，也需要先转换成指定的数据类型。

AI采样值数据类型设置表

类型代码

数据类型

01

无符号整型

02

ADC采样数据

03（特定传感器）

模拟量值

注意：

如果使能了超限报警功能，修改了返回的数据类型后，需要对上下限值重新配置。

⏹无符号整型

类型代码为1时，表示输出数据为16位整型数据，转换成模拟量值的计算公式为：

读取数据转换为10进制，然后X*FSR/4095（FSR为采集卡量程）。

⏹ADC数据类型

类型代码为2时，表示数据为ADC输出数据类型，16位有效数据，0x0000为0值，0~0x7FFF表示采样值为负数，0x8001~0xFFFF表示采样值为正数。

0表示﹣10V，0xFFFF表示为10V。

将采样值数据转换成对应的模拟量值需要区分正负数，假设采样值数据为X，则负数的转换公式为

，正数的转换公式为：

（X－0x8000）*FSR/0x7FFF。

其中FSR为测量范围量程值10V。

将上下限值转换为对应数据类型寄存器数值计算公式为：

，其中X为带符号的模拟量值。

例如：

测量范围为±10V，X=﹣4V时，转换值为

。

⏹模拟量值

支持部分特定采集卡量程，配置代码为3时，返回的数据为有符号数，表示是模拟量值，负数采用补码方式，单位为mV。

例如，返回数据为0x3E8时，表示当前测量值为1000mV。

4.数字量输入功能

Ø数字输入原理

数字量输入端口原理示意图如下图所示。

图中左侧为外部接线，当外部输入为电平信号时，输入信号的电压小于0.5V时，光耦导通，A点输出低电平，逻辑状态为0；当输入信号的电压为1~24V时，光耦截止，逻辑状态为1。

当采集卡接开关触点信号时，开关闭合，光耦导通，逻辑状态为0；同理，当开关断开时，光耦截止，逻辑状态为1。

数字量输入原理示意图

采集卡的数字输入DI的性能表如下表所示。

DI性能表

通道

功能

性能

用途

高电平

低电平

备注

注意事项

DI

数字量

TTL

光耦隔离输入，耐压35V

电压电平测量

3.3V

>1V即可

0V

<0.5V即可

测频/计数

正交编码器测量

俩DI同时使用

干接点（开关）信号

接入DI和GND，吸合为低电平

编码器为特殊功能，采购时需定制

ØDI高低电平/无源触点输入

2路DI通道可以用来采集电压型或无源触点（干接点）型数字量信号，输入信号逻辑状态定义如下表所示。

DI输入信号定义表

输入信号类型

信号定义

电压型

高电平信号

状态1，电压范围：

>1～5V

低电平信号

状态0，电压范围：

≤0.8V

无源触点型（干接点）

开路触点信号

状态1

闭合触点信号

状态0

5.

数字量输出功能

采集卡具有2路数字量输出通道，可以配置为用户控制输出或对模拟量输入采样进行超限状态指示输出。

Ø输出原理

2路数字量输出通道，DO输出性能表如下表所示

DO性能表

通道

功能

性能

用途

高电平

低电平

备注

注意事项

DO

数字量输出

MOS管输出

高低电平输出

5V

0V

内部5V上拉

电流<20mA

PWM输出

5V

0V

频率1～65kHz

占空比0.1-99.9

MOS管输出

去掉内部上拉电阻，控制外部负载电源通断

电流需<1A

MOS管为外加特殊功能，采购时需定制

ØDO高低电平输出

2路DO通道可以用来直接输出高低电平信号。

注意：

DO作为驱动输出，需要根据所需电流和功率，详细计算上拉电阻，一般是所需电流越大，上拉电阻阻值越小，对于超过10mA的电流，上拉电阻一般使用大功率的碳膜电阻，否则会因为电阻发热而烧毁器件。

6.通信协议

Ø无线Zigbee通信，亚为WSN无线采集卡IOT通信协议

Zigbee接收器默认为01115200N81

RS232/485接口的硬件通信协议，协议命令、详细解释、示例详见《YAVRTU无线协议》。

接收数据

无线模式下，接收字符串

+YAV:

0005AABB,000000000000000,01A00A008007006,00,00,0000,03,FF0203FF,VV,2AD00001,X,EEFF

其中，+YAV是侦头，0005是单次采样长度，AABB是数据起始位。

通道0“000000000000000”，通道1“01A00A008007006”，2通道各五次AI数据，通道数据是十六进制数，换算为十进制，01A换算为十进制数为26，12位精度，量程默认为10V，采集的信号计算方式为26*10/4095=0.063V。

数据“00,00,”分别为DI0DI1的计数计频，前面“00”为DI0和DI1计数，后面“00”为DI0和DI1的计频，计频计数数据为十进制，例如DI0给脉冲信号会，同步给出计频计数值，频率单位为hz。

0000,03，仅针对WiFi2AD，0000分别为DO状态，03表示两DO口有内置5V上拉电源，FF0203FF为采集卡状态，用X1X2X3X4X5X6X7X8表示，其中X1X2预留，X3X4位采样率，和设置参数对应，X5X6为量程，X7X8为硬件报警状态，VV为AI通道单位为电压V，2AD0001为设备号，X代表编码方式是十六进编码。

不同通道数的采集卡，会在AABB之后到计数器之前不同，以及单位数量不同，例如8AD采集卡，就是8个V其他都是相同的。

如果串口无法打开，请检查是端口号不正确。

如果通信异常，请检查是波特率或者通信线损坏。

●详细请参见《YAVRTU无线协议》。

Ø加载流程

加载流程示意图

在读取速度要求较高的情况下，可能会造成数据丢失，最高读取速度为50Hz。

7.应用实例

Ø采集卡连接

使用本设备所需：

●压力传感器专用采集卡

●9-24V直流电源

●带RSRS232串口或USB接口的电脑

●LabVIEW软件

●Zigbee无线接收器。

●传感器接线

在连接传感器时要按如下方式进行连接：

其中Vcc和GND为压力传感器的供电端口，AI0和AI1为压力传感器差分信号输入口。

Ø发现硬件

插入Zigbee无线接收器，在设备管理器中发现新硬件，出现如图“发现硬件”所示“COM3”。

发现硬件图

给采集卡供电之后，打开软件选择对应的端口号和波特率，运行软件，即可开始信号采集。

Ø软件功能

包含采集、分析、低速/高速显示、波形显示、DI显示、DO控制、存储、速率调节、测频计数等全功能程序，适合不懂编程的跨学科人才直接使用。

源程序见赠送的资料包（以下同此）。

具体参考UMS使用手册。

Ø软件应用

⏹LabVIEW

LabVIEW2014例程中附有YAVRTU通信协议相关说明，所有可以使用该通信协议的开发平台和硬件均可使用，但店家不提供例程。

必须先安装LabVIEW2014及以上的版本。

直接解压缩得到压缩包内所有文件，运行文件，运行前必须接好硬件的串口接口。

●打开LabVIEW文件夹，运行vi例程，出现主窗口。

●点击LabVIEW“运行”按钮开始数据采集，“开始/停止”按钮控制采集的开始和停止。

在不同的工作模式下，控制采集卡的输入输出口，平台便可以显示相应的图表数据。

按下Ctrl+E，可查看平台程序源码（好评后联系淘宝客服询问密码）。

●平台在不断更新，具体请关注亚为QQ交流群，会不定期发布最新，最实用的应用案例，敬请关注。

●软件使用详细请参考《亚为串口采集卡通用采集平台（GMS2017）软件操作说明》

⏹其它

与采集卡相关的其它软件应用情况详情请参考《YAVRTU无线协议》。

采集卡使用技巧，可在搜狐视频平台搜索查看我司相关视频教程。

8.性能测试

Ø安全规范

●PCB制品精密度：

测试符合GB/T14838-2008标准；

●温度：

测试符合GB-T-7141-2008标准；

●EMC：

测试符合IEC 1000-4-2标准；

●EMI：

测试符合IEC 1000-4-4标准；

●具体测试过程详见亚为产品测试规范一览表。

亚为产品测试规范一览表

序号

文件编号

文件名称

1

YAV/QC-/研（C）-100-01

电路板元件规范

2

YAV/QC-/研（C）-100-02

电路板焊接规范

3

YAV/QC-/研（C）-100-03

元件安装检验规范

4

YAV/QC-/研（C）-100-04

电路板高温老化检验规范

5

YAV/QC-/研（C）-100-05

电路板高低温循环检验规范

6

YAV/QC-/研（C）-100-06

电路板震动检验规范

7

YAV/QC-/研（C）-100-07

电源连接线进厂检验规范

8

YAV/QC-/研（C）-100-08

电磁兼容检验规范

Ø耐电压范围测试

耐电压范围测试表

测试条件：

测试温度25℃量程0-10V

通道类型

通道

工作范围（V）

耐压范围（V）

Min

Max

Min

Max

AI

AI

0

FS

-600

600

DO

DO0

0

24

-0.7

30

DI（内部5V上拉）

DI0

0

5

-110

110

DI（内部无上拉）

DI0

0

24

-110

110

Ø环境适应性测试

环境适应性测试表

测试项目

项目内容

测试结果

高温存储

70℃，120h

PASS

低温存储

-40℃，120h

PASS

高温使用

60℃，2h

PASS

低温使用

-30℃，2h

PASS

连续工作

连续上电工作720h

PASS

高温高湿存储

60℃RH95%，120h

PASS

温度循环

-40~70℃，10个循环

PASS

电磁兼容性

10K~6GHz，0-15V/m

PASS

跌落试验

0.5m/1m/2m

PASS

跌落试验

2m

PASS

抗震

1.5g加速度

PASS

高原试验

0-30℃，海拔4000m

PASS

耐压试验

3倍量程电压

PASS

电源试验

电源反接/短路

采集卡自保，电脑正常

异常激励

信号反接/浪涌

PASS

符合IEC60068国际标准，符合中国GB2423《电工电子产品环境试验方法》国家标准，符合GJB360电子产品环境试验军用标准。

循环测试流程图

上图显示输出信号振荡幅值很小。

Ø

电气参数

电气参数表（Tamb=