canopen協(xié)議介紹(講義)

1、canopen協(xié)議介紹（講義）2010-10-12 15:58:28| 分類： 技術(shù)文檔 |標(biāo)簽：|舉報(bào)|字號(hào)大中小訂閱很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，很多人問我canopen總線優(yōu)勢(shì)到底在什么地方，我也大體的給了口頭的講述，但是比較籠統(tǒng)，沒辦法做到詳細(xì)解釋，加上純技術(shù)的話語比較晦澀，遇上內(nèi)行還能多聊幾句，如果是剛接觸的，那就是云里霧里了。這次正好要進(jìn)行公司業(yè)務(wù)員培訓(xùn)，要講講canopen,在整理過程中把我的講義貼出來，希望能幫到大家，以下內(nèi)容是我講課的口述內(nèi)容，比較白話，不能作為資料，大家見諒，鑒于我整理也比較辛苦，也算個(gè)小小的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，所以ppt我就不貼出來了。a-a講義內(nèi)容：通常canopen協(xié)議相關(guān)

2、的一些資料相對(duì)來說比較晦澀，非專業(yè)人士看起來比較困難。我盡量以淺顯易懂的方式將canopen協(xié)議的框架和它在實(shí)際應(yīng)用中存在的優(yōu)缺點(diǎn)展示給大家。我按照最先接觸的內(nèi)容由淺入深的講 解，直接講canopen協(xié)議會(huì)有點(diǎn)跳躍的感 覺，所以，我以產(chǎn)品作為切入點(diǎn)，分析一下 如何使用，在這個(gè)過程中，讓大家理解什么 是canopen協(xié)議。首先，我們拿到一個(gè)產(chǎn) 品，比方說是編碼器，它的用途是作為位置 傳感器，那我們就需要將編碼器送出的數(shù)據(jù) 進(jìn)行采集。一般自然界中存在的信號(hào)有多種 形式，大多以模擬量形式存在，類似于人感 覺到溫度的高低、水流的快慢、風(fēng)力的大小 等等。但這是很模糊的概念，今天熱了還是 冷了，風(fēng)大風(fēng)小，

3、沒有比較是很難界定的， 為了規(guī)范這些量，方便描述時(shí)的統(tǒng)一性，溫 度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)有華氏和攝氏、水流有每秒多少 立方、風(fēng)力有級(jí)數(shù)。這些，就是數(shù)字量。數(shù)字量在人與人之間傳遞時(shí)，可以通過嘴和耳，語言和聽力，在設(shè)備之間如何來傳遞呢？學(xué)過數(shù)電的人知道，燈泡有兩種狀態(tài),亮和暗，在最基礎(chǔ)的電路回路里，“通”和“斷”是兩個(gè)最基本的狀態(tài)，我們可以把他理解為“t和“0”，這樣，就有了表述的方法。但是單獨(dú)使用這兩種狀態(tài)是無法傳遞信息的，如>!何把編碼器的數(shù)據(jù)傳遞出去，就需要使用到 協(xié)議，下面我就講講協(xié)議。我們知道，人與人交流需要用到語言，我 們要表達(dá)出一個(gè)完整的意思就要使用一句 話，一句話內(nèi)會(huì)包含很多的字，每個(gè)字又

4、由 筆畫構(gòu)成。這樣，我們協(xié)議的基本框架就出 來了，在整個(gè)canopen協(xié)議傳遞過程中， 最大的單位稱為“幀”，類似于一句話，“幀” 由“字節(jié)”組成，就代表了字，每個(gè)“字節(jié)”由 “位”組成，我們稱為筆畫。那地球上還有英 語、法語、德語、還有聽不懂的鳥語呢！那 就是各個(gè)通訊協(xié)議，比如profibus-dp.devicenet、cc-link> hart> modbus 等。讓dp和canopen通訊，那就是相當(dāng)于一個(gè)講德語的與講中文的對(duì)話，雞同鴨講，能溝通嗎？需要翻譯，對(duì)吧?；剡^頭來我們講講canopen的幀格式，canopen 幀數(shù)據(jù)由一個(gè)cob-id (報(bào)文頭)和最大8字節(jié)數(shù)據(jù)組成

5、，其中cob-id可以是"位(can2.0),也可以是 29 位(can2.0b), 當(dāng)然，can2.0b需要向下兼容“位can 報(bào)文。對(duì)于每字節(jié)數(shù)據(jù)由哪些位組成，這里 就不再贅述，因?yàn)檫@部分內(nèi)容不在osi模型 的第七層應(yīng)用層內(nèi)描述，開發(fā)人員也不必過 多考慮這塊內(nèi)容。由于canopen協(xié)議內(nèi)對(duì) cob-id的各個(gè)地址段報(bào)文有詳細(xì)規(guī)范，這 里就花點(diǎn)時(shí)間講一下，當(dāng)然也沒時(shí)間全部討 論，只選一些重要內(nèi)容來說。以前我們培訓(xùn)一直在說canopen協(xié)議好，速度快，廣播報(bào)文，這些關(guān)鍵字聽的多了，但是大家可能不是很理解這些內(nèi)容。現(xiàn)在就來解釋一下。在編碼器應(yīng)用中，can報(bào)文我們常用的有sdo（serv

6、ice data object服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象）和pdo （process dataobject 程數(shù)據(jù)對(duì)象），從字面描述意義看，通常數(shù)據(jù)的發(fā)送讀取是采用pdo來實(shí)現(xiàn)的，can參數(shù)的修改是通過sdo來實(shí)現(xiàn)的（當(dāng)然這不是絕對(duì)的，具體的如果有興趣可以會(huì)后詢問）。先來說說pdo,我們?cè)诤芏噘Y料上會(huì)看到這樣一張表站兔cob-id通訊參數(shù)在08-q1127-2-2y-3438?二 222注慧pdo/sdo發(fā)送/接收是由（slave）can節(jié)點(diǎn)方觀察的表一：canopen主/從連接集對(duì)象假設(shè)我們讀取到一組編碼器數(shù)據(jù)是這樣的 «0x181 0x30 0x1 f 0x00 0x00,我們應(yīng)該如何理解呢？

7、首先，“ox”只是一個(gè)符號(hào)，它代表了緊跟著的數(shù)據(jù)是十六進(jìn)制的（等同于在數(shù)據(jù)后面直接標(biāo)“h”，上述表達(dá)式也可以表述為«181h 30h 1fh 00h00h）,網(wǎng)81”我們查看上表后發(fā)現(xiàn)，它包含在pdo1 （發(fā)送）里面，它代表了是由編碼器發(fā)出的過程數(shù)據(jù)對(duì)象，表上顯示是1htffh”，這是因?yàn)閏ob-id包含了節(jié)點(diǎn)號(hào)信息，地址1對(duì)應(yīng)著181h,地址2對(duì) 應(yīng)了 182h,以此類推，最大127個(gè)節(jié)點(diǎn)?！?x30 0x1 f 0x00 0x00”就代表了 數(shù)據(jù)內(nèi) 容，在can協(xié)議內(nèi)，幀數(shù)據(jù)是低位在前， 高位在后的。所以上述數(shù)據(jù)直接讀取后得出編碼器送出1f30h這就代表了編碼器的當(dāng)!前位置值。那

8、在總線上面，多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)不會(huì)產(chǎn)生沖突么？以前我們說過， can協(xié)議具有仲裁這里簡(jiǎn)單介紹一下仲裁 是如何實(shí)現(xiàn)的。上面說了，cob-id包含了 節(jié)點(diǎn)號(hào)信息，也就是說，只要總線上的設(shè)備 節(jié)點(diǎn)號(hào)不同，所送出的廣播報(bào)文的cob-id 肯定是不同的，如果一個(gè)是182h, 個(gè)是183h,仲裁時(shí)怎么做？本文最開始的時(shí)候介紹了每個(gè)字由筆畫組成，現(xiàn)在就要用到位 (bit)的概念了，182h換算成二進(jìn)制是0001 1000 0010 (b) , “b”代表了二進(jìn)制， 183h換算成二進(jìn)制是0001 1000 0011(b),關(guān)于顯性位、隱形位這里不再贅述，這個(gè)有興趣可以找我要資料看，這里我就簡(jiǎn)單描述為

9、69;比的優(yōu)先級(jí)高，可以理解為拖后腿，“0”為低電平，v”為高電平，在線上低電平會(huì)把高電平拉低，一旦183h發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程中與自身數(shù)據(jù)不符合，就終止上傳，保證了 182h的數(shù)據(jù)先上總線。我們?cè)趯?shí)踐中會(huì)發(fā)現(xiàn)，編碼器的數(shù)據(jù)在不 斷的更新輸出，那輸出周期如何定義呢？這個(gè)我們就來討論一下引申的pdo傳送方式。我們以前在培訓(xùn)時(shí)一直介紹canopen協(xié)議與dp協(xié)議相比的好處在于dp是輪詢的，問答方式浪費(fèi)了大量的時(shí)間,而can協(xié)議是廣播的，可以將1mhz的速率發(fā)揮至 極致。這種說法形象，一般可以解釋給初步 接觸canopen的人聽。其實(shí)canopen的 報(bào)文形式很多樣化，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合可以 采取不同的方

10、式，上面說的稱為異步方式， 異步方式也分兩種，一種是上面的內(nèi)部時(shí)鐘 觸發(fā)，也就是按照固定時(shí)間間隔發(fā)送，另一 種是事件觸發(fā)，假設(shè)編碼器發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，數(shù)據(jù) 相應(yīng)送出。還有一種同步方式，我們也可以 口述為踏拍方式，當(dāng)主站要求報(bào)數(shù)是，所有從節(jié)點(diǎn)按照仲裁的優(yōu)先順序進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā) 送。這三種報(bào)文方式分別在哪些場(chǎng)合適用 呢？我們以車輛來舉例。車輛開在路上，在 整個(gè)車輛控制內(nèi)，最重要的，具有高優(yōu)先級(jí) 的，應(yīng)該是牽涉到安全的制動(dòng)（剎車），安 全氣囊等等。其次是轉(zhuǎn)向、車燈。再次是音 響、影視系統(tǒng)（當(dāng)然，我對(duì)車不是很熟悉， 這是我的主觀認(rèn)識(shí)，作為一個(gè)例程）。我們 可以把小的節(jié)點(diǎn)號(hào)分配給制動(dòng)系統(tǒng)，以保證 數(shù)據(jù)能及時(shí)送達(dá)控制器

11、，并采用定時(shí)報(bào)數(shù)， 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛制動(dòng)系統(tǒng)的情況。對(duì)于音箱什 么的，我們可以采用事件觸發(fā)方式，在有輸 入控制時(shí)（比方說打開收音機(jī)）進(jìn)行響應(yīng)。 同步數(shù)據(jù)一般用在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)方面，比方 是在同一時(shí)間點(diǎn)查閱角度、位置、重量、壓 力、流量等等信息，保證所監(jiān)測(cè)的各個(gè)數(shù)據(jù) 在很小的時(shí)間變化范圍內(nèi)。當(dāng)然canopen 不可能摒棄問答方式的數(shù)據(jù)采集，這可以通 過sdo訪問0d來實(shí)現(xiàn)。講到sdo服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象，我們可以 這么理解，pdo報(bào)文在發(fā)送出去后不需要反饋信號(hào)，總線上能消化這個(gè)數(shù)據(jù)的都可以消化，所以白話叫廣播報(bào)文。而sdo報(bào)文是需要響應(yīng)的，每一幀sdo發(fā)出后需要等待反饋。那這會(huì)不會(huì)引起無反饋時(shí)總線死機(jī) 呢？不

12、會(huì)，can數(shù)據(jù)鏈路內(nèi)規(guī)定了超時(shí)，在 一定時(shí)間內(nèi)得不到回答，總線將進(jìn)行后面的 作業(yè)，多次詢問無果，總線會(huì)對(duì)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行屏蔽處理。sdo的幀格式和pdo的幀格 式是一致的，但對(duì)有些字節(jié)的定義不同，下面就簡(jiǎn)單介紹一些編碼器修改參數(shù)時(shí)用到>!的幀格式。sdo中實(shí)現(xiàn)了 5個(gè)請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議，這里我只講講啟動(dòng)域下載與上傳，其他的有興趣可以問我要資料看。cob-id命令 字對(duì)象 字典od子索 引數(shù)據(jù)主從 連接 集1 byte2bytes1 byte4bytes我來解釋一下上表，cob-id引用第一張 表的sdo地址段。假設(shè)主站需要讀取1號(hào) 編碼器對(duì)象字典（od） 6200h內(nèi)的參數(shù)，我們應(yīng)該如何做呢？

13、我們需要發(fā)送0x601 0x40 0x00 0x62 0x00 0x00 0x000x00 0x00我們得到編碼器的反饋數(shù)據(jù)是0x581 0x4b 0x00 0x62 0x00 oxoa 0x000x00 0x00上述命令的解釋是，控制器通過sdo指令讀取1號(hào)編碼器0d為6200h的編碼器發(fā)送數(shù)據(jù)周期的參數(shù)，得到編碼器的回答是每隔10ms發(fā)送一次。40h和4bh是啟動(dòng)域上傳的命令字。如果需要將6200h的參數(shù)修改為20ms一次數(shù)據(jù)，我們應(yīng)該怎么做？發(fā)送：0x601 0x22 0x00 0x62 0x00 0x140x00 0x00 0x00反饋：0x581 0x60 0x00 0x62 0x0

14、0 0x000x00 0x00 0x00未完待續(xù)。作為十大總線來說，canopen的開放性等等就不贅述to該協(xié)議最早在汽車總線中得到了大量的推廣。目前很多廠家都支持canopen總線。比如施耐德、菲尼克斯等。尤其是施耐德，目前在所有的傳動(dòng)產(chǎn)品、中高端的plc±都支持canopen總線?？赡苁怯捎谒挟a(chǎn)品在總線支持上不然rockwell和西門子的緣故吧。目前canopen在連接現(xiàn)場(chǎng)從站設(shè)備時(shí)，很多廠家的plc 已經(jīng)可以像step7軟件組態(tài)profibus dp從站設(shè)備樣，只 需導(dǎo)入eds文件后，在軟件中直接選擇或拖拉即可。相關(guān)參 數(shù)的地址定義等等都自動(dòng)完成。相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單。當(dāng)然如果軟

15、件即便不支持上述方式，有個(gè)公司專門開發(fā)了一個(gè)sycon的軟件，利用sycon軟件也可以直接定義canopen從站設(shè)備。相對(duì)來說也比較簡(jiǎn)單。貝不過需要做sycon到plc軟件的地址的映射的操作。canopen總線與profibus dp總線相比：1. canopen的通訊速率較低，最高1mbps。而profibus dp最高支持12mbps；2. 兩種總線隨著距離的增加都會(huì)衰減，但是canopen衰減的更快一些；3. 理論上canopen支持127個(gè)子站（當(dāng)然和canopen 主站設(shè)備有關(guān)，在實(shí)際plc產(chǎn)品中一般最大只能支持64, 有的只能支持32或16個(gè)），而profibus dp在子站支持能

16、力上較強(qiáng)；4. canopen的中繼器支持樹形結(jié)構(gòu)連接，這一點(diǎn)與profibus的總線型連接方式有區(qū)別；5. 從組態(tài)來說，集成canopen總線的設(shè)備組態(tài)方式與profibus dp的組態(tài)方式類似。只需導(dǎo)入eds文件即可；6. 抗干擾能力經(jīng)過我使用了，感覺和profibus dp差不多。當(dāng)然canopen電纜有4種，dp應(yīng)該分普通和復(fù)雜環(huán)境兩 種。從電纜來說，canopen電纜的適用性更強(qiáng)一些。以上內(nèi)容，只是一己之見，不含任何廣告內(nèi)容，也請(qǐng)各位批評(píng)指正于canopen協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)孫樹文楊建武（北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子學(xué)院，北京100022）摘耍：針對(duì)印刷機(jī)外圍設(shè)備多分散、數(shù)據(jù)

17、傳輸信息量大、實(shí)時(shí)性和可靠性要求高等問題，設(shè)計(jì)了一種基于can現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制系統(tǒng)。監(jiān)控主機(jī)運(yùn)行軟plc程序，通過pc-can卡與現(xiàn)場(chǎng)i/o從站進(jìn)行通信，形成分布式網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。本文介紹了分布式監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)；分析了 canopen協(xié)議、詳細(xì)說明了采用p87c591單片機(jī)開發(fā)i/o從站的硬件電路、軟件設(shè)計(jì)流程以及從站節(jié)點(diǎn)的調(diào)試方法。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試和模擬運(yùn)行表明，i/o從站與監(jiān)控主機(jī)通訊可靠、準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性滿足了印刷機(jī)控制系統(tǒng)的要求，具有一定的參考價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：canopen； can總線；軟plc；分布式控制系統(tǒng);p87c591中國(guó)分類號(hào)

18、：tp247文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：athedesignofdistributedcontrolsysteml/osiavebasedoncanopen protocolsun shuwen,yangjianwu,zhanghuihui,zhaojiangua ng(collegeofmecha nicalengineering&appliedelectronicstech nology,beijingllniversityofiech nology,beijing100022,china)abstract: co un teringtheproblemsexistingintheprinting

19、machi ne, suchastheexcessivea nddistributedperipheralequipme nt,ma nyi n formati on exchange,thereliability,veracityandrealtimefeatureof datacom mun ication,adistributedcontrolsystembased on can(c on trolareanetworks)busisdesig ned.thesoftplcisstudieda ndr ealizedontheplatformofmonitorhostcomputer.v

20、iapc-cancard,t hemastercomputerand l/oslave no desca ncom mun icatewitheac hotherdirectlyjikeadistributednetwork.thesystemstructureismo reconcise.thefunctionofdistributedsettingandconcentratedcont rolisrealizedinthissystem.thewholestructureandpri ncipleofsyst em,thehardwarecircuit,thesoftwareprogram

21、minga ndthetesti ng experimentwerediscussedindetail.practicalusingshowsthatthis distributedcontrolsystemhasthebettercontroleffectjndicatesifs brillia ntandvaliditybeyon dtraditionalc on trolmethodsa ndissuitabl eforsimilarpracticale ngineering.keywords:canopen,canbus,softplc,distributedcontrolsystem

22、,p87c5910引言e卩刷機(jī)有大量的外圍設(shè)備，存在大量的i/o信號(hào)，如何保證外圍設(shè)備與控制主機(jī)之間的實(shí)時(shí)通訊，使得印刷機(jī)可靠運(yùn)行，目前采用的方式主要有2種：1 ）采用傳統(tǒng)的plc構(gòu)成集散型控制系統(tǒng)（dcs）； 2 ）采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式i/o系統(tǒng)。采用前一種方式存在系統(tǒng)不開放、硬件投資人、布線復(fù)雜、維修不便的缺點(diǎn)，具有明顯的局限性口。而采用第二種方式基本局限于國(guó)外產(chǎn)品，如西門子公司的基于profibus分布式i/o系統(tǒng),wago公司基于canbus、devicenet. profibus分布式i/o系統(tǒng)，但價(jià)格較高。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了基于can現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與軟plc的印刷機(jī)分布式控制系統(tǒng)。c

23、an （controllerareanetwork）總線，又稱控制器局域網(wǎng), 是由徳國(guó)bosch公司在80年代初為分布式系統(tǒng)在強(qiáng)電磁t擾環(huán) 境下可靠工作而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，并有效支持分布 式控制和實(shí)時(shí)控制。目前can總線規(guī)范已被iso國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織 扌旨定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),并得到了 motorola, intel, philips, siemens, nec等公司的支持。canopen是can總線的一種有影響力 的應(yīng)用層協(xié)議，近年來得到了廣泛的應(yīng)用，它保證了各種廠商設(shè) 備的互用性、互換性，同時(shí)提高了信息傳輸?shù)目煽啃?，?shí)時(shí)性。其應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到了汽車行業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人

24、、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、家用電器及傳感器等領(lǐng)域。軟plc是一種基于pc機(jī)的新興自動(dòng)控制技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)硬plc的所有功能，而且遵循iec61131-3編程標(biāo)準(zhǔn)，為用戶提供了更多的開放性和適用性°1控制系統(tǒng)的整體構(gòu)成2整個(gè)控制系統(tǒng)由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、pc-can適配卡、i/o從站節(jié) 點(diǎn)(n<110)> can總線網(wǎng)絡(luò)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。分 布在現(xiàn)場(chǎng)的i/o從站節(jié)點(diǎn)連接印刷機(jī)的外圍設(shè)備，并通過can 通信接口與總線相連；監(jiān)控計(jì)算機(jī)運(yùn)行軟plc軟件并通過 pc-can適配卡和連接在can總線網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)從站節(jié)點(diǎn)之間 進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)印刷機(jī)組的分散控制和集中監(jiān)管?？刂?/p>

25、系統(tǒng)中的i/o從站節(jié)點(diǎn)由can控制器、can收發(fā)器和外圍電路(如：光電隔離、i2c、led顯示等)組成。監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以選用普通pc或工控機(jī)ipc。pc-can適配卡用來完成can總線和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，可以選用pci總線適配卡、isa總線適配卡。各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)之間通過屏蔽雙絞線互聯(lián)構(gòu)成can總線網(wǎng)絡(luò)，總線兩端連接120q的阻抗匹配電阻，用來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。2 i/o從站的硬件設(shè)計(jì)目前，有兩種can總線器件可以選擇：一種是帶片上can 的微控制器，如 p8xc591/2. 87c196ca/cb. mc68376 等； 另一種是獨(dú)立的can控制器，如控制philip

26、s公司的sja1000、 82c200,lntel 公司的 82526、以及 microchip 公司的 mcp2510 等，但是獨(dú)立的can控制芯片需要外接一個(gè)微處理器，接收外 部cpu的控制才能運(yùn)行。本系統(tǒng)選用的是philips公司的帶有在 片can控制器的p87c591微型控制器，這樣大大簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn) 的硬件設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性2。i/o從站節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)上采用了模塊化結(jié)構(gòu)，由微控制器、can通信模塊、輸入/輸出接口模塊、擴(kuò)展接口模塊、參數(shù)設(shè) 置模塊組成，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。p87c591是一款8位高性能微控制器，具有片內(nèi)can控制 器，從80c51微控制器家族派生而來，采用了強(qiáng)大的8

27、0c51指 令集并成功的包括了 philips半導(dǎo)體sja1000can控制器的pelican功能。can收發(fā)器采用的是philipspca82c250芯片, 它具有高速穩(wěn)定的差動(dòng)發(fā)送和接收能力；為了提高抗干擾能力， 系統(tǒng)中采用雙路電源模塊供電，在控制器和傳輸介質(zhì)之間加接光 電隔離器件adum1201高速數(shù)字隔離器替代傳統(tǒng)的光電耦合器（如6n137）,簡(jiǎn)化了電路，極大的降低了功耗。從站節(jié)點(diǎn)i/o接口模塊采用了光電隔離電路，提高了抗干擾能力；為了使本系統(tǒng)具有更好的適用性和擴(kuò)展性，預(yù)留了基于i2c總線擴(kuò)展接口模塊。此外，從站節(jié)點(diǎn)還外擴(kuò)了 rs232接口；以及電源信號(hào)、通訊狀態(tài)、i/o端口、故障信號(hào)

28、等狀態(tài)的led顯示。3 i/o從站的軟件設(shè)計(jì)在i/o從站的軟件設(shè)計(jì)中，使用c51 windows編程語言實(shí)現(xiàn)各種功能，與從站節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)相一致，軟件設(shè)計(jì)也遵循模塊化的設(shè)計(jì)原則，使控制軟件具有易讀、易擴(kuò)展和易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。各功能模塊之間通過入口和出口參數(shù)相互聯(lián)系，組合靈活且方便3。從站節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。3.1 canopen 通訊協(xié)議45canopen協(xié)議是cia協(xié)會(huì)基于can總線定義的應(yīng)用層協(xié) 議之一，在各種控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。canopen設(shè)備模 型如圖4所示，不同設(shè)備通過can總線進(jìn)行連接組網(wǎng)，canopen通信協(xié)議接口用于提供在總線上收發(fā)通信對(duì)象的服務(wù)；不同canope

29、n設(shè)備間的通信都是通過交換通信對(duì)象來完成的。canopen協(xié)議中定義了 4種通信對(duì)象(通訊模式)，用于處 理不同作用的信息，包括：1)nmt對(duì)象，用來傳遞主節(jié)點(diǎn)對(duì) 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理信息；2 ) sd0對(duì)象，用來傳遞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 中的配置信息；3) pd0對(duì)象，用來實(shí)時(shí)傳送過程數(shù)據(jù)信息； 4 )特殊功能對(duì)象，包括同步對(duì)象(sync)緊急對(duì)象(emergency) 時(shí)間戳對(duì)象(timestamp)等，詳細(xì)內(nèi)容可參考canopen協(xié)議 相關(guān)文檔4。設(shè)備對(duì)象字典是canopen協(xié)議的核心概念，描述 了該設(shè)備使用的所有數(shù)據(jù)類型、通信對(duì)象和應(yīng)用對(duì)象，canopen 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中每一個(gè)設(shè)備都要實(shí)現(xiàn)一個(gè)唯一

30、的對(duì)象字典，區(qū) 別在于設(shè)備類型不同其內(nèi)容則不同。對(duì)象字典中每個(gè)對(duì)象擁有一 個(gè)唯一的16位主索引和8位子索引，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)其中各種對(duì)象 的訪問。對(duì)象字典在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中得以實(shí)現(xiàn)，然后使用標(biāo)準(zhǔn)化 的eds文件對(duì)其進(jìn)行描述。eds文件的編寫，基本可以借鑒同 類設(shè)備的eds文件，只需針對(duì)具體不同應(yīng)用做出相應(yīng)修改即可。3.2 i/o從站的canopen通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)i/o從站的軟件設(shè)計(jì)遵循canopen協(xié)議預(yù)定義主/從連接 集，在程序中采用預(yù)定義的強(qiáng)制性的缺省標(biāo)識(shí)符（can-id）分 配表。從站節(jié)點(diǎn)支持4個(gè)接收pdo對(duì)象，4個(gè)發(fā)送pdo對(duì)象, 1個(gè)sdo對(duì)象，1個(gè)緊急對(duì)象和1個(gè)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤控制對(duì)象。協(xié)議 的相關(guān)

31、細(xì)節(jié)可查看文檔6。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，結(jié)合通訊協(xié)議 的特點(diǎn)，大多采用了結(jié)構(gòu)體的方式來定義諸如can報(bào)文、發(fā)送 和接收pdo配置對(duì)象、canopen協(xié)議配置對(duì)象等，通過定義 結(jié)構(gòu)體型指針變量完成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的讀寫，給程序的編制帶來了 方便。此外，利用定義數(shù)組的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)象字典和過程數(shù)據(jù)影 像的操作。在sdo報(bào)文處理子函數(shù)中，通過被訪問對(duì)象的主索 引和子索引，以數(shù)組查詢的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)對(duì)象字典的讀寫訪問。canopenl/o從站的狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換通過判斷接收nmt報(bào)文命令字，對(duì)心跳報(bào)文標(biāo)志字節(jié)代碼進(jìn)行讀寫，通過程序散轉(zhuǎn)方式得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)pdo、sdo通訊對(duì)象的處理則根據(jù)心跳報(bào)文標(biāo)志字節(jié)代碼指明的當(dāng)前狀態(tài)分別

32、進(jìn)行處理。3.3 i/o從站的調(diào)試從站節(jié)點(diǎn)的開發(fā)與調(diào)試采用了德國(guó)peak公司的canopen開發(fā)系統(tǒng)，硬件包括pci和usb接口的can卡，軟件是pcanopenmagicpro3.07專業(yè)開發(fā)版，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)canopen網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置、分析和實(shí)時(shí)監(jiān)控。調(diào)試所采用的通訊結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過usb-can適配器 監(jiān)控主機(jī)與can總線網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成主一從式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這 種方式在后續(xù)系統(tǒng)組網(wǎng)調(diào)試時(shí)可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)can總線網(wǎng)絡(luò) 的監(jiān)控。通過pcanopenmagicpro3.0軟件可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)?canopen通訊對(duì)象報(bào)文進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤；通過加載從站設(shè)備的 eds文件實(shí)現(xiàn)對(duì)從站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置；可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)設(shè) 備對(duì)象字典的訪問。在調(diào)試過程中，要注意保持can總線網(wǎng)絡(luò) 中主從設(shè)備的can波特率要一致，否則將不能建立正常的通信。4控制系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)控制系統(tǒng)的整體測(cè)試采用如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)運(yùn)行德國(guó)3s公司的codesys軟plc軟件及rte實(shí)時(shí)程序組件，作為can總線網(wǎng)絡(luò)的主站（相當(dāng)于一臺(tái)高性能可編程控制器），通過pcan-pci卡與自行設(shè)計(jì)開發(fā)的i/o從站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，構(gòu)成了基于軟plc和can現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式i/o控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的硬件連接完成后，還需要在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上通過 codesys軟件對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)，包括：安裝系統(tǒng)支持的 pcan-p