現(xiàn)場總線實驗指導書

1、現(xiàn)場總線實驗指導書現(xiàn)場總線實驗指導書實驗一SJA100實現(xiàn)雙機通訊一、 實驗目的1 了解CAN總線的基本知識2 掌握CAN控制器SJA1000的使用方法3 掌握硬件及軟件的設計方法二、 實驗設備PC機一臺，TD-ACC+試驗系統(tǒng)兩套 +i386EX系統(tǒng)版兩塊三、 實驗原理及內容1.CAN總線單元中，SJA1000與控制計算機的接口2.實驗原理將兩臺實驗設備構成的CAN節(jié)點連到同一根CAN總線上，總線上的任意節(jié)點均可向其它節(jié)點發(fā)送報文，當某一節(jié)點收到另一節(jié)點的報文后，可將該報文在屏幕上顯示。發(fā)送報文采用按鍵啟動方式，每按動一次按鍵，發(fā)送一幀報文。報文結構采用擴展幀的格式共13個字節(jié)，位于CAN地

2、址的16-28。該實驗采用固定通信速率50kbps，接收報文采用單濾波方式，為了試驗程序的統(tǒng)一，將驗收屏蔽寄存器AMR0-AMR3全部設定為FF（無關，不過濾）。3.實驗接線圖如圖1-1。其中IRQ7表示內部主片8259的7號中斷，用作接受報文中斷。圖1-14.參考程序流程圖如圖1-2，1-3，1-4圖1-2圖1-3圖1-4四、 實驗步驟1. 參考流程圖閱讀程序，然后編譯，鏈接，裝在程序。參考程序在CAN86目錄下的FuncMain.C2. 按照實驗線路圖1-1接線，將單次階躍單元中的電位器旋至最大，檢查無誤后開啟設備電源。3. 分別運行節(jié)點1和節(jié)點2的程序，兩個節(jié)點可隨時發(fā)送報文，每按動一次

3、按鍵就啟動報文發(fā)送，可在另一節(jié)點觀測接受到的報文，檢查接收的報文和發(fā)送的報文是否一致.五、思考題1. 解釋TxDataBuf緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的含義，特別是描述符區(qū)。2. 解釋驗收屏蔽寄存器代碼和驗收代碼寄存器代碼。3. 寫出設置波特率為100k的語句。4. 寫出設置驗收濾波為雙濾波模式的語句。5. 改變發(fā)送報文數(shù)據(jù)，觀察接收方。五、 選做1、 如何將雙機通訊改為多機通訊，并增加廣播功能（學生的AMR=FFFF FFFF）。2、 當TxDataBuf緩沖區(qū)中最后2個數(shù)據(jù)為OK，在接收方的屏幕上顯示出來。實驗二、基于CAN總線的溫度閉環(huán)控制實驗一、 實驗目的1. 了解CAN總線局域網(wǎng)的拓撲結構及通訊協(xié)

4、議設計；2. 掌握在CAN網(wǎng)絡中實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制的方法；二、 實驗設備PC機N臺，TDACC實驗系統(tǒng)N套（包括控制機），RS232_CAN轉換器一塊三、 實驗原理及內容1CAN總線局域網(wǎng)的拓撲結構在了解了CAN總線的基本知識和SJA1000的使用方法后，可以把現(xiàn)有的基于CAN接口的設備組成網(wǎng)絡；再結合PID溫度閉環(huán)控制的內容，就可以在CAN網(wǎng)絡中實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制。對于初學者特別關心的可能是如何組網(wǎng)和通訊協(xié)議的設計，為此我們設計了一個較簡單的實驗，把實驗設計的過程一點點的展現(xiàn)出來，從而起到拋磚引玉的作用，學生可以由此一步一步深入下去，達到真正掌握CAN總線的目的。實驗中網(wǎng)絡的結構設計如下：圖11

5、CAN總線網(wǎng)絡上由N臺CAN節(jié)點和1臺服務器組成，通訊波特率為50Kbps服務器作為主控臺可以通過CAN總線實時監(jiān)控網(wǎng)絡上每個節(jié)點的運行情況，可以控制節(jié)點的啟動、停止和修改參數(shù)。每個節(jié)點都是一個溫度閉環(huán)控制器，被控對象可以是烤箱或溫度單元，控制結果可以本機顯示同時發(fā)往服務器。2通訊協(xié)議本實驗中的協(xié)議采用SJA1000的PeliCAN模式，擴展幀類型和單濾波方式。而要完成點-點、點-多點（廣播）這樣的通信，采用雙濾波方式更為方便。擴展幀由幀信息、標識碼和數(shù)據(jù)組成，幀信息1個字節(jié)，標識碼4個字節(jié)，數(shù)據(jù)長度不定最多有8個字節(jié)。擴展幀類型：76543210幀信息FFRTR××DLC

6、3DLC2DLC1DLC0標識碼1ID28ID27ID26ID25ID24ID23ID22ID21標識碼2ID20ID19ID18ID17ID16ID15ID14ID13標識碼3ID12ID11ID10ID9ID8ID7ID6ID5標識碼4ID4ID3ID2ID1ID0×××根據(jù)實驗的要求：FF位為1表示擴展幀，RTR位為0表示遠程幀，DLC3DLC0表示該幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的長度，范圍08。ID28ID24：優(yōu)先級設定ID23ID21：教師節(jié)點ID（共3位，參與濾波,AMR=F8FF FFFF）ID20ID13：學生節(jié)點ID（共8?11位，參與濾波, AMR=F800

7、 FFFF）ID12ID5：用作命令字節(jié)，詳見命令說明ID4ID0：暫保留（不參與濾波）濾波方式：采用單濾波方式。ID分配如下表所示：3127262423161587320ID28ID24ID23ID21ID20ID13ID12ID5ID4ID0×××優(yōu)先級：5位教師節(jié)點：3位學生節(jié)點：8位命令：8位保留：5位×××命令說明：標識碼3（ID125）用做命令字節(jié)，根據(jù)實驗要求，規(guī)定了4個命令：命令字：0x50功能說明：停止節(jié)點的PID程序的執(zhí)行。參數(shù)： 無命令字：0x51功能說明：啟動節(jié)點的PID程序的執(zhí)行。參數(shù)： 無命令字：0x52功

8、能說明：修改節(jié)點的PID的相關參數(shù)。參數(shù)： 給定值（SPEC），采樣周期（TK），積分分離值（IBAND），比例系數(shù)（KP），積分系數(shù)（TI），微分系數(shù)（TD）。命令字：0x53功能說明：將當前節(jié)點的PID的相關參數(shù)發(fā)送到服務器。參數(shù)： 給定值（SPEC），采樣周期（TK），積分分離值（IBAND），比例系數(shù)（KP），積分系數(shù)（TI），微分系數(shù)（TD）。數(shù)據(jù)1中存放的是示波器通道1的波形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)2中存放的是示波器通道2的波形數(shù)據(jù)。關于命令，共8位，可以有修改節(jié)點參數(shù)，如驗收代碼及驗收屏蔽寄存器的修改；也可以有應用程序參數(shù)修改，如修改PID參數(shù)。四、 參考流程圖五、 實驗步驟1先將節(jié)點和服務器

9、接入CAN網(wǎng)絡，各個節(jié)點的接線圖見圖1-2，服務器和整個網(wǎng)絡的接線圖參照圖1-1。圖122服務器端運行程序CANBUS.EXE，點擊“串口”，選擇正確的串口連接，保證轉換器連接正常。此時如果有節(jié)點接入CAN網(wǎng)絡并向服務器發(fā)送數(shù)據(jù)，界面上會顯示當前節(jié)點的給定值和測量值。3節(jié)點端運行調試軟件TD-ACC.EXE，打開參考程序ACC-CAN.C，修改節(jié)點號與本機的機號一致，打開電源，編譯連接并裝載程序，運行程序。4服務器端可實時檢測到各個節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，也可以點擊“系統(tǒng)（S）”菜單中“節(jié)點配置（N）”，來控制節(jié)點控制器的運行、停止并能在線修改節(jié)點的PID參數(shù)。點擊節(jié)點的歷史曲線可以觀測到各個節(jié)點運行

10、的情況。六、 思考題1. 修改節(jié)點號，觀察上位機和下位機的識別情況。2. 解釋發(fā)送數(shù)據(jù)處理函數(shù)中，TxDataBuf緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的含義。3. 在上位機上修改給定值，觀察溫度控制變化，記錄2組波形。8實驗三 CANopen總線控制系統(tǒng)演示CANopen現(xiàn)場總線基礎一、CANopen現(xiàn)場總線簡介：CANopen 是一種用于工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的標準現(xiàn)場總線協(xié)議。它尤其適合實時 PLC控制系統(tǒng)使用，因為其高效、低成本的解決方案最適用于嵌入式工業(yè)應用程序。CANopen是基于CAN總線開發(fā)的現(xiàn)場總線。因此在了解CANopen協(xié)議前，熟悉一下CAN總線是很有必要的。CAN的全稱是：Controller Area

11、Network（控制器局域網(wǎng)），主要用于各種過程檢測及控制。CAN最初是由德國BOSCH公司為汽車監(jiān)測和控制而設計的。ABSCANCAN busHeadlightsCANDoorsCANTransmissionCANEngineControlCANDriversFloor BoardCANDashboardCANTail lightsCAN圖3-1 CAN bus 在汽車檢測和控制系統(tǒng)中的應用目前CAN已逐步應用到其它工業(yè)控制中，現(xiàn)已成為ISO-11898國際標準。CAN總線網(wǎng)絡遵循ISO網(wǎng)絡模型中，第1層（物理層）；第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）；第7層（應用層）。而CANopen 協(xié)議是從 CAN

12、Application Layer 的一個子集設計而成的協(xié)議。CANopen 是 CiA (CAN in Automation) 協(xié)會的一個標準，從其一面市就立刻備受矚目。在歐洲，CANopen 被認為是基于 CAN 概念設計的工業(yè)系統(tǒng)的標準。 7應用層CiACANopen協(xié)議標準 DS-301CAL= CAN Application Layer 6表示層5會話層4傳輸層3網(wǎng)絡層2數(shù)據(jù)鏈路層CAN 2.0A and B + ISO118981物理層CAN 2.0A and B = ISO11898ISO 11898 + DS-102表3-1CANopen ISO 模型對應表二、CANopen現(xiàn)

13、場總線基礎：1、物理層：· CANopen是基于CAN總線開發(fā)的現(xiàn)場總線，因此，CANopen現(xiàn)場總線的物理層就是CAN總線的物理層，CAN總線使用以差分方式控制的兩線總線。CAN信號為CAN-high和CAN-low之間的電壓差。(下圖是CAN物理層組件的介紹)123566654編號描述1CAN-high線2CAN-low線3CAN-high/CAN-low信號電位差4CAN_GND線5120W終端電阻6接入總線設備表3-2 CAN物理層組件· CANopen總線波特率與總線長度匹配：波特率(kbit/s)1000800500250125502010總線最大長度(m)20

14、40100250500100025005000表3-3 CANopen總線最大傳輸距離2、數(shù)據(jù)鏈路層：· CAN數(shù)據(jù)幀的類型：Ø CAN數(shù)據(jù)幀：Ø CAN遠程幀：Ø CAN錯誤幀：（同CAN數(shù)據(jù)幀）3、應用層：· CANopen Messages Types:Ø PDO (Process Data Object)主要用于實時數(shù)據(jù)傳輸基于生產(chǎn)者/消費者的通訊方式包括TPDO(傳輸PDO)/RPDO(接收PDO)Ø SDO (Service Data Object)主要用于參數(shù)讀寫基于服務器/客戶端的通訊方式包括SDO_T(傳輸

15、SDO)/SDO_R(接收SDO)Ø NMT (Network Management)用于網(wǎng)絡管理的指令基于生產(chǎn)者/消費者的通訊方式Ø Error Control用于發(fā)送網(wǎng)絡站點狀態(tài)消息 基于生產(chǎn)者/消費者的通訊方式· COB-ID (Communication object identifier)/CAN-ID (CAN identifier)COB-ID/CAN-ID 是CANopen通訊協(xié)議中，最重要的通訊標志之一，它是CANopen message中的一個網(wǎng)絡標示，用來確定網(wǎng)絡中CANopen-message的類型。圖3-3 CANopen message

16、COB-ID是由11位數(shù)據(jù)組成，其中高4位表示通訊功能碼，低7位表示總線設備的地址。COB-ID/CAN-IDCOBFunction codeNode (Slave)-ID109876543210NMT (0h)00000SYNC (080h)00010TIME (100h)00100EMCY (081h0ffh)00010127TPDO1 (181h1ffh)00110127RPDO1 (201h27fh)01000127TPDO2 (281h2ffh)01010127RPDO2 (301h37fh)01100127TPDO3 (381h3ffh)01110127RPDO3 (401h47f

17、h)10000127TPDO4 (481h4ffh)10010127RPDO4 (501h57fh)10100127SDO_T (Server) (581h5ffh)10110127SDO_R (Client) (601h67fh)11000127Free (680h6DF)1101Error control (701h77fh)11100127表3-4 11 bits CAN應用層通訊標識表q 例1：PDO服務在網(wǎng)絡中的標識 (COB-ID)MasterSlave_6Address: 6Slave_63Address: 63CANopen Field busRPDO3RPDO1TPDO3Sl

18、ave_6: RPDO1=>COB-ID=201h+5h=206hSlave_63:TPDO3=>COB-ID=381h+3Eh=3BFh RPDO3=>COB-ID=401h+3Eh=43FhCANopen Object DictionaryCANopen Object Dictionary是用來定義CANopen現(xiàn)場總線設備的通訊服務地址和設備參數(shù)地址的表格，通常它是以.eds文件形式提供給用戶使用。用戶在配置CANopen現(xiàn)場總現(xiàn)網(wǎng)絡時，需要在主站中加入網(wǎng)絡中各個從站的.eds文件，從而可以實現(xiàn)主站對各個從站的通訊訪問。通俗的說，CANopen Object Dicti

19、onary就是存放各個現(xiàn)場總線設備通訊服務及設備參數(shù)的地址表。CANopen Object DictionaryIndex (Hex)Object0011009f數(shù)據(jù)類型區(qū)00A00FFF保留10001FFF網(wǎng)絡通訊和地址映射區(qū)20005FFF設備廠商參數(shù)定義區(qū)60009FFF標準設備參數(shù)定義區(qū)A000FFFF保留表3-5 CANopen Object dictionary表CANopen現(xiàn)場總線課程實驗環(huán)節(jié)一、CANopen現(xiàn)場總線實驗環(huán)境1、CANopen現(xiàn)場總線設備表：硬件類型名稱型號數(shù)量MasterPLCM340 Ethernet/CANopenBMX P34 20301BMX CPS

20、35001BMX XBP 06001BMX DDI 16021BMX DDO 16021SlaveRemote I/OOTBOTB 1C0 DM9LP2STBSTB NCO 22121STB PDT31001STB DDI36101STB DDO36001STB AVI12701STB AVO12501STBXBA22001STBXBA10004STBXTS11001FTBFTB 1CN08E08SP02Motor TeSys ULULC081LUB121LUCM12BL1DriveATV31ATV31H018M21ATV71ATV71H037M31OthersCablePLC Program

21、 cableBMXXCAUSBH0181CANopen cableTSX CAN CA501Preassembled cableTSX CAN CBDD032TSX CAN CBDD12FTX CN 32031FTX CNTL121FTX DP21151FTX DP22061VW3 CAN CARR12TerminalM340 terminal stripBMX FTB20102TapSUB-D9TSX CAN TDM42RJ45VW3 CAN TAP21InterfaceConnectorsTSX CAN KCD F90T1ConnectorsTSX CAN KCD F90TP1軟件Program softwareUnityPro SUNY SPU SFU CD301表3-6 實驗設備2、CANopen現(xiàn)場總線示意圖：Program SoftwareUnityPro SSlave1: Remote I/OSTB: STB NCO 2212Address: 1Slave2: Remote I/OOTB: OTB 1C0 DM9LP Address: 2Slave10: Remote I/OOTB: OTB 1C0