精品文檔-下載后可編輯CANopen從站設(shè)備及其應(yīng)用探討1引言

CANopen協(xié)議集定義了基于CAN的分布式工業(yè)自動化系統(tǒng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)以及CAN應(yīng)用層通信標(biāo)準(zhǔn)。CANopen是CAN-in-Automation(CiA)定義的標(biāo)準(zhǔn)之一，并且在發(fā)布后不久就獲得了廣泛的承認(rèn)。尤其是在歐洲，CANopen被認(rèn)為是在基于CAN的工業(yè)系統(tǒng)中占領(lǐng)導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)。CANopen協(xié)議集基于所謂的"通信子集"，該子集規(guī)定了基本的通信機(jī)制及其特性。

大多數(shù)重要的設(shè)備類型，例如數(shù)字和模擬的輸入輸出模塊，驅(qū)動設(shè)備，操作設(shè)備，控制器，可編程控制器或編碼器，都在稱為"設(shè)備子集"的協(xié)議中進(jìn)行描述。設(shè)備子集定義了不同類型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其相應(yīng)的功能。依靠CANopen協(xié)議集的支持，可以對不同廠商的設(shè)備通過總線進(jìn)行配置。

2CANopen從站簡介

EPC-296xC是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開發(fā)的基于32位ARM處理器LPC2460的可擴(kuò)展的嵌入式工控主板，產(chǎn)品集成CANopen主/從站軟件協(xié)議，同時兼容AnyWhere軟件平臺，從而使產(chǎn)品的開發(fā)和CAN_Bus的網(wǎng)絡(luò)的組建更加快速簡單，產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸遵循PC/104相關(guān)規(guī)范，提供MiniISA總線接口，從而使產(chǎn)品的可擴(kuò)展性大大增強(qiáng)，EPC-296xC具有資源豐富、內(nèi)存容量大、接口齊全、功耗低、可靠性高等特點。預(yù)裝正版μC/OS-II操作系統(tǒng)，并內(nèi)置TCP/IP協(xié)議、iCAN協(xié)議、CAN_open協(xié)議、Modbus協(xié)議、USB2.0Host協(xié)議、FAT32文件管理系統(tǒng)等，EPC-296xC可實現(xiàn)遠(yuǎn)程在線固件升級。

EPC-296xC工控主板可在-40℃~+85℃寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，滿足工業(yè)級產(chǎn)品的各種應(yīng)用要求。

該系列工控主板可供選擇的型號如表1所示。

3設(shè)計CANopen從站

EPC-296xC系列MiniISA工控主板兼容AnyWhere軟件開發(fā)平臺，從而使產(chǎn)品的開發(fā)非常地快速和簡單，AnyWhere開發(fā)平臺是由面向API的編程模式和面向端口的編程模式繼承發(fā)展而來的，具有兩者的優(yōu)點，避免了各自的缺點，同時極大地增強(qiáng)了組網(wǎng)能力。它的提出是嵌入式系統(tǒng)編程模式的跨時代的飛躍，用戶不僅擺脫了底層寄存器的操作，還擺脫了具體通訊協(xié)議的復(fù)雜編程，只需簡單調(diào)用幾個固定的讀寫端口操作函數(shù)即可完成本地或遠(yuǎn)程設(shè)備的操作。編程之簡單、功能之強(qiáng)大是其他平臺所無法比擬的。

采用了AnyWhere開發(fā)平臺后，客戶只需集中精力去編寫產(chǎn)品特定的功能軟件，無需理會底層的任何操作，從而實現(xiàn)其產(chǎn)品的快速上市，并且其所編寫的軟件可輕松地移植到其他任何AnyWhere開發(fā)平臺中。

EPC-296xC系列MiniISA工控主板在兼容AnyWhere軟件開發(fā)平臺的同時內(nèi)置了CANopen從站協(xié)議棧，提供了網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)(NMT)、實時數(shù)據(jù)發(fā)送(TPDO)、實時數(shù)據(jù)接收(RPDO)、服務(wù)數(shù)據(jù)對象(SDO/服務(wù)器)、同步報文(SYNC)、緊急事件(EMCY)等的支持，同時還可以支持I/O子協(xié)議DS401、運(yùn)動控制子協(xié)議DS402、數(shù)字傳感器子協(xié)議DS406等其他子協(xié)議描述文本。其強(qiáng)大的通訊、控制及可擴(kuò)展功能為用戶靈活快速設(shè)計CANopen從站，構(gòu)建符合國際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場總線分布式網(wǎng)絡(luò)提供了更多更好的選擇。

4CANopen從站通訊及組網(wǎng)

CANopen從站是基于CAN總線協(xié)議，因此其繼承了CAN總線的絕大部分優(yōu)點。其典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為總線型結(jié)構(gòu)，CANopen網(wǎng)絡(luò)中需要CANopen主站設(shè)備來管理所有的CANopen從站設(shè)備，特殊情況下不需要主站設(shè)備也可以實現(xiàn)從站之間的通訊。

在絕大部分的CANopen網(wǎng)絡(luò)中都需要有一個CANopen主站設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)中的所有CANopen從站設(shè)備進(jìn)行管理，其典型的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

CANopen主站設(shè)備在CANopen網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)中的NMT管理以及緊急報文的處理。主站通過加載從站的EDS（ElectronicDataSheet）文件，可以操作從站的對象字典，以及與從站建立PDO通訊。主站同樣也可以通過節(jié)點保護(hù)或心跳報文來監(jiān)控所有從站當(dāng)前所處的狀態(tài)，以及控制所有從站進(jìn)入不同的操作狀態(tài)。

5CANopen從站測試

CANopen從站設(shè)計包括對其性能的測試，這里所指的測試是指對CANopen進(jìn)行一致性測試，它包括對對象字典以及CANopen從站設(shè)備的功能測試。

圖3所示為對從站設(shè)備EDS文件的測試，只有通過測試的EDS文件才能保證在其他的主站設(shè)備上能夠被正確地識別，保證各個廠商之間的EDS文件可以互相兼容。

圖4所示為從站的功能測試，利用CiA提供的測試工具測試CANopen從站，可使各個廠商的CANopen設(shè)備兼容性得到保證。測試從站的功能需要添加該CANopen從站特定的EDS文件，從而利用該EDS文件提供的對象字典逐一測試CANopen從站的功能以及對從站性能進(jìn)行分析，只有通過測試的設(shè)備才能得到CiA的，才能保證與其他同類CANopen設(shè)備的兼容性。

6CANopen從站應(yīng)用

CANopen目前已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)自動化的各個領(lǐng)域，由于其在通訊中的優(yōu)越性，CANopen協(xié)議也正向更多更廣的領(lǐng)域發(fā)展。如圖5所示，本應(yīng)用方案采用致遠(yuǎn)電子有限公司的EPC260xC工控主板，該工控主板提供CANopen從站協(xié)議棧固件，可以方便地設(shè)計出各種CANopen從站數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備。

CAN總線作為新型成熟的現(xiàn)場總線已經(jīng)應(yīng)用到生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。其中基于CAN總線的CANopen協(xié)議，以其獨(dú)特的優(yōu)勢已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，CANop