CANopen協(xié)議在智嵌物聯(lián)ZQWL采集控制終端產(chǎn)品中的應(yīng)用

一、CAN和CANopen介紹

CAN(Controller Area Network)通訊以其高效率高穩(wěn)定的特性，被廣泛應(yīng)用在汽車電子、工業(yè)自動化以及物聯(lián)網(wǎng)通訊系統(tǒng)中。CANopen是基于CAN的通訊子協(xié)議，是一種為用于產(chǎn)品部件內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通訊而開發(fā)的系統(tǒng)。其子協(xié)議CiA401，規(guī)范了數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出和模擬量采集相關(guān)的使用方法。智嵌物聯(lián)ZQWL研發(fā)的帶有CAN通訊接口的采集控制終端模塊均實現(xiàn)了CANopen CiA401協(xié)議，可以非常方便的接入現(xiàn)有的CAN控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，縮短了開發(fā)周期，節(jié)省了開發(fā)費用。本文以智嵌物聯(lián)ZQWL所研發(fā)的產(chǎn)品ZQWL-IO-1DARA8A為例，介紹CANopen如何在智嵌物聯(lián)CAN產(chǎn)品中應(yīng)用的。

先準備好產(chǎn)品1DARA8和USB-CAN調(diào)試器（ZQWL-UCAN-5C111）:

該模塊支持標準的CANopen（CiA401）協(xié)議，用戶通過簡單配置后可以直接將其接入CANopen通訊網(wǎng)絡(luò)或替代原有的CANopen設(shè)備。模塊主要功能包括：

●1個TPDO，用于傳送開關(guān)量輸入狀態(tài)（DI）。

●1個RPDO，用于接收開關(guān)量輸出狀態(tài)（DO）。

●NMT服務(wù)器功能，處理NMT主機發(fā)來的命令。

●SDO功能，配置和讀取CANopen字典。

●DI極性控制、全局中斷控制、單個DI中斷控制以及DI的電平觸發(fā)方式控制（任意變化觸發(fā)、Low to High觸發(fā)或者High to Low觸發(fā)）。

●DO極性控制；設(shè)備故障或收到stop命令后的DO狀態(tài)可配置。

●CAN波特率可配置。

●保存整部對象字典到flash和恢復(fù)整部對象字典到出廠值。

CANopen的CiA401設(shè)備子協(xié)議詳細描述了對象字典的定義以及功能，該模塊實現(xiàn)了DI/DO部分，模塊的對象字典如下表：

注意下文所有的測試條件為：Node ID為1；CAN波特率以及對象字典均為默認值。

二、Boot up和心跳包測試

模塊上電會發(fā)出一個Boot up報文：id為701數(shù)據(jù)為00。

該模塊默認心跳時間為0X0BB8(3000ms)。模塊上電后發(fā)送心跳報文如下（采用我司生產(chǎn)的usb-can調(diào)試器）：

注意，上述修改后參數(shù)，參數(shù)并未保存到flash中，模塊掉電或復(fù)位后心跳包時間仍然是原來的數(shù)值。如果用戶想保存到flash中，可以利用索引1010，具體操作方法參見下文。

三、NMT命令測試

模塊內(nèi)置NMT服務(wù)器功能，可以根據(jù)NMT指令切換工作狀態(tài)，模塊上電初始化成功后自動進入到預(yù)操作模式（PreOperational），這時模塊會發(fā)送數(shù)據(jù)為7f、CAN id為701的心跳報文，如上節(jié)所述。

按照NMT命令規(guī)范，演示如下：

①進入操作模式（Operational）

發(fā)送can id為00，數(shù)據(jù)為01 01的報文：

模塊進入到stop模式，心跳包數(shù)據(jù)變?yōu)?4，如上圖。進入stop模式時，繼電器輸出狀態(tài)可以通過索引6206和6207共同確定，具體可參考下文。

③復(fù)位命令

發(fā)送can id為00，數(shù)據(jù)為81 01的報文：

模塊復(fù)位，發(fā)一條Boot up報文；心跳包數(shù)據(jù)變?yōu)?f，模塊自動進入預(yù)操作模式（PreOperational），如上圖。

其他模式的切換參考標準CANopen通訊協(xié)議。

四、DO輸出命令測試

模塊通過RPDO1接收數(shù)據(jù)，來控制DO的輸出，根據(jù)RPDO1的通訊參數(shù)可知，對端的COB-ID為0x0200+Node ID，即0x0201?？梢酝ㄟ^發(fā)can id為0x0201、數(shù)據(jù)長度為1字節(jié)的標準幀來控制DO的狀態(tài)，注意模塊只有在操作模式下時該指令有效。其中1字節(jié)的數(shù)據(jù)和繼電器對應(yīng)關(guān)系為：

例如打開第一個繼電器DO，可以發(fā)送如下數(shù)據(jù)：

CAN幀ID:0x0201;

CAN數(shù)據(jù)：0x01;

Bit位值的含義：0為正邏輯；0為反邏輯。

索引6202（子索引01）默認值為0x00，全部為正邏輯。用戶可以通過SDO命令修改DO輸出極性對象6202的值，來改變輸出極性，如改成0xff，那么，模塊收到上述數(shù)據(jù)后，將第一路繼電器關(guān)閉，其余路打開。

當(dāng)然也可以用SDO命令讀取對象索引6200，子索引01來獲取DO的狀態(tài)。

五、DI默認參數(shù)測試

模塊通過TPDO1發(fā)送DI開關(guān)量輸入的狀態(tài)。是否觸發(fā)TPDO1的發(fā)送，由以下條件決定：

①TPDO1的通訊參數(shù)配置（索引1800）；

②DI全局中斷配置（索引6005，子索引01）；

③DI中斷觸發(fā)方式（索引6006/6007/6008）；

④模塊當(dāng)前的工作模式；

先看第一個條件，根據(jù)對象字典的默認配置可知，RPDO1的默認通訊參數(shù)為：

TPDO1的COB-ID為0x0180+Node ID（索引1800，子索引01），即0x0181；

TPDO1的通訊類型為0xFF（索引1800，子索引02），即為事件觸發(fā)模式；

TPDO1的抑制時間為0x00（索引1800，子索引03），即不抑制；

TPDO1的事件定時器為0x00（索引1800，子索引05），即不啟用；

所以第一個條件即為開關(guān)量事件觸發(fā)。

再看第二個條件，根據(jù)對象字典的默認配置可知，DI全局中斷為TURE，即打開狀態(tài)。

再看第三個條件，根據(jù)對象字典的默認配置可知，DI中斷觸發(fā)方式中，DI_any_change（索引6006，子索引01）的值為0xFF；Low_to_High（索引6007，子索引01）的值為0x00；How_to_Ligh（索引6008，子索引01）的值為0x00；

再看第四個條件，只有模塊在操作模式下時才能觸發(fā)TPDO1。

由以上配置可知，在操作模式下，DI有任意變化時，就會觸發(fā)中斷。

DI的狀態(tài)值在索引6000的對象中保存，DI輸入的極性在索引6002的對象中保存，下圖為TPDO1的觸發(fā)邏輯關(guān)系：

其中索引6003對象為禁止狀態(tài)，即不對DI做濾波處理，因為讀取硬件輸入狀態(tài)時已經(jīng)做了延時消抖動處理。

TPDO1的數(shù)據(jù)(索引6000，子索引01)為1個字節(jié)，其和DI對應(yīng)關(guān)系為

DI極性控制（索引6002子索引01）與DI的關(guān)系：

在默認參數(shù)條件下，DI有變化時，模塊輸出如下：

上圖，序號000001為第一路DI有觸發(fā)（有低電平變成了高電平）；

序號000004為第一路DI有觸發(fā)（有高電平變成了低電平）。

當(dāng)然也可以用SDO命令讀取對象索引6000，子索引01來獲取DI的狀態(tài)。

六、DI定時上傳設(shè)置測試

可以通過SDO命令寫通訊參數(shù)對象中的事件定時器（索引1800，子索引05）來實現(xiàn)DI狀態(tài)的定時上傳，例如將該對象寫0x00c8（200）ms：

發(fā)送CAN幀ID為0x0601，數(shù)據(jù)為：2b 00 18 05 c8 00 00 00

模塊收到后，將按照200ms上傳一次（觸發(fā)TPDO1）。

也可以用同樣的方式設(shè)置TPDO1的抑制時間。

七、DI同步上傳設(shè)置測試

可以通過SDO命令寫通訊參數(shù)對象中的通訊類型（索引1800，子索引02）和對象子索引1005（同步COB-ID）來實現(xiàn)DI狀態(tài)的同步上傳，注意通訊類型的值value必須為1~240（十進制），其含義是模塊收到value個同步幀時就觸發(fā)一次TPDO1，例如value設(shè)為0x01：

發(fā)送CAN幀ID為0x0601，數(shù)據(jù)為：2f 00 18 02 01 00 00 00

八、對象字典的恢復(fù)出廠測試

模塊可以用過SDO命令操作索引1011對象來實現(xiàn)對整部對象字典的恢復(fù)出廠。

目前僅支持恢復(fù)整部對象字典功能。

發(fā)送：CAN幀ID為0x0601,數(shù)據(jù)為：23 11 10 01 64 61 6f 6c；模塊收到后，將整部對象字典恢復(fù)到出廠默認參數(shù)：