基于使用IO-Link网络设计边缘层节点技术分享

IO-Link (IEC 61131-9) 是一种点对点串行通信协议，针对包含传感器、执行器和低功耗微处理器的智能边缘层节点进行了优化。

它的基本形式是三线连接，可以切换模拟和数字信号（8 位、12 位和 16 位）。它简明、智能、高效且可配置，并具有提供更多信息和控制的能力，因而得到了广泛的工业支持。

在典型的工业安装中，多个 IO-Link 主站可操作执行器，并从传感器收集数据；它们还能够动态地重新配置传感器和执行器。

可编程逻辑控制器 (PLC) 可能包含多个 IO-Link 主站，每个主站连接到一个或多个器件。PLC 本身是局域网（例如现场总线）上的节点。诸如工业以太网之类的更高速网络，在 PLC 集线器和更高的企业或云级别之间传输数据和命令。

IO-Link 标准引脚分配根据 M5、M8、M12 的圆形外形尺寸，将数据链路和电源连接组合在单个连接器中： 其中 M12 最为常用。传感器连接器有四个引脚，执行器有五个引脚：IO-Link 主站器件通常有五引脚插座。

该标准定义了两个端口类，即端口 A 和端口 B：引脚 1、3 和 4 在两个端口类中执行相同的功能。

在端口 A 中，引脚 2 和 5 未指定具体功能，但制造商通常使用引脚 2 作为附加数字通信通道。在端口 B 中，引脚 2 和 5 为具有较大需求的器件提供额外电源。

IO-Link 规范具有后向兼容性，并能够适应旧有设备。主站可以使用标准输入输出 (SIO) 功能来操作这些器件，将 C/Q 串行链路转化为分立式数字 I/O 端口。SIO 还支持 IO-link 传感器与传统输入模块结合使用。主站端 (ILLM) 的 C/Q 线路上内置有负载电流，还支持与具有离散 PNP 型输出（仅驱动高电平）的旧有传感器结合使用。

IO-Link 协议为功能强大的低成本边缘层节点奠定了基础（图 2）。此类低功耗节点在实现 IO-Link 连接时仅使用了三个有源器件：IO-Link 收发器 (MAX14827A)、降压稳压器 (MAX17552)、监控型微控制器。

Maxim Integrated 的 MAX14827A 收发器发送和接收 IO-Link 消息，并通过三线 UART与监控型微控制器交换数据。该器件还带有 SPI 接口，可提供诊断信息。复用 UART/SPI 选项将 SPI 和 UART 接口组合为单组共用引脚。

MAX14827A 有两种运行模式，由 SPI/PIN 上的电压决定。在 PIN 模式下（SPI/PIN 低），SPI 和 UART 都被禁用，可根据需要将 SPI/UART 引脚连接到高电平或低电平，来设置器件配置。

在此模式下，有些功能设置为固定值。当 SPI/PIN 连接高电平时，SPI 和 UART 都被使能，用于配置 MAX14827A、监控其运行、以及传输和接收 IO-Link 消息。

除了 IO-Link 接口之外，MAX14827A 还集成了工业物联网传感器节点需要的多种常见功能，例如驱动器和稳压器。这样可以减少元器件数和节点尺寸。

这些功能包括：

两个低功耗逻辑电平 LED 驱动器

集成的 3.3 V 和 5 V 线性稳压器，用于低噪声模拟或逻辑电源轨。

如果 DI/DQ 工作不需要，则可使用推挽、PNP 和 NPN 模式的其他数字输入和输出。

MAX14827A 可检测热过载等故障条件，并提供反极性保护和热插电源保护。该器件还可以针对各种条件引发中断，例如 IO-Link 唤醒、超温、驱动器过载、V24 引脚低电压。