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CANopen協議在智嵌物聯ZQWL采集控制終端產品中的應用

智嵌物聯ZQWL ? 2022-02-18 09:47 ? 次閱讀

一、CAN和CANopen介紹

CAN(Controller Area Network)通訊以其高效率高穩定的特性,被廣泛應用在汽車電子、工業自動化以及物聯網通訊系統中。CANopen是基于CAN的通訊子協議,是一種為用于產品部件內部網絡通訊而開發的系統。其子協議CiA401,規范了數字量輸入、數字量輸出和模擬量采集相關的使用方法。智嵌物聯ZQWL研發的帶有CAN通訊接口的采集控制終端模塊均實現了CANopen CiA401協議,可以非常方便的接入現有的CAN控制網絡系統,縮短了開發周期,節省了開發費用。本文以智嵌物聯ZQWL所研發的產品ZQWL-IO-1DARA8A為例,介紹CANopen如何在智嵌物聯CAN產品中應用的。

先準備好產品1DARA8和USB-CAN調試器(ZQWL-UCAN-5C111):

pYYBAGIO-kGAQ68VAAqLgkclS50015.png

該模塊支持標準的CANopen(CiA401)協議,用戶通過簡單配置后可以直接將其接入CANopen通訊網絡或替代原有的CANopen設備。模塊主要功能包括:

●1個TPDO,用于傳送開關量輸入狀態(DI)。

●1個RPDO,用于接收開關量輸出狀態(DO)。

●NMT服務器功能,處理NMT主機發來的命令。

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的電平觸發方式控制(任意變化觸發、Low to High觸發或者High to Low觸發)。

●DO極性控制;設備故障或收到stop命令后的DO狀態可配置。

●CAN波特率可配置。

●保存整部對象字典到flash和恢復整部對象字典到出廠值。

CANopen的CiA401設備子協議詳細描述了對象字典的定義以及功能,該模塊實現了DI/DO部分,模塊的對象字典如下表:

索引

Index

子索引

Subindex

名稱

name

類型

Type

屬性

Attr.

默認值

default

說明

description

10000設備類型u32RO0x00030191支持CiA401的DI和DO
10030Errors Registeru8RO0錯誤寄存器
10050Sync COB-IDu32RW0同步報文COB-ID
10060Sync Periodu32RW0同步周期
10080ManufacturerstringROZQWL制造商
10090Hard VersionstringROV3.0硬件版本
100A0Soft VersionstringROV3.0軟件版本
10100Num ofSubindexu8RO1子索引數目
1Save all ODu32W0x65766173保存整部對象字典;讀時,返回0x00000001
10110Num ofSubindexu8RO1子索引數目
1Default all ODu32W0x64616F6C恢復整部對象字典;讀時,返回0x00000001
10140Emnc COB-IDu32RW0x80緊急報文COB-ID
10170Heart beat timeru16RW0x0BB8心跳包周期,單位ms

1018

0Num ofSubindexu8RO4制造商信息
1Manufactureridu32RO-制造商ID
2Product Codeu32RO-產品代碼
3Revision Numberu32RO-修訂號
4Serial Numberu32RO-序列號

1200

0Num ofSubindexu8RO2SDO服務器信息
1SDO Rx COB-IDu32RO0x0600+Node IDSDO接收COB-ID
2SDO Tx COB-IDu32RO0x0580+Node IDSDO發送COB-ID

1400

0Num ofSubindexu8RO6RPDO1通訊參數
1RPDO1 COB-IDu32RORPDO1 COB-ID
2Transmission Typeu8RW0xFF通訊類型
3Inhibit Timeu16RW0抑制時間
4--------保留
5Event Timeru16RW0時間定時器
6SYNC start valueu8RW0同步初始值

1401-

15FF

0

RPDOx禁用

16000Num ofSubindexu8RO1RPDO1映射參數
1RPDO1 mappingu8RO0x62000108映射地址

1800

0Num ofSubindexu8RO6TPDO1通訊參數
1TPDO1 COB-IDu32ROTPDO1 COB-ID
2Transmission Typeu8RW0xFF通訊類型
3Inhibit Timeu16RW0抑制時間
4--------保留
5Event Timeru16RW0時間定時器
6SYNC start valueu8RW0同步初始值

1801-

19FF

0

TPDOx禁用

1A000Num ofSubindexu8RO1TPDO1映射參數
1TPDO1 mappingu8RO0x60000108映射地址

2000

0Num ofSubindexu8RO3設備唯一序列號
1Serial id1u32RO-序列號1
2Serial id2u32RO-序列號2
3Serial id3u32RO-序列號3
20010Num ofSubindexu8RO1CAN波特率寄存器
1CAN baudu8RW0CAN波特率對應表
60000Num ofSubindexu8RO1DI狀態信息
1DI statusu8RW0x00DI狀態寄存器
60020Num ofSubindexu8RO1DI極性信息
1DI polarityu8RW0x00DI極性寄存器
60050Num ofSubindexu8RO1DI全局中斷使能
1DI global InterruptboolRWTRUE(1)DI全局中斷使能
60060Num ofSubindexu8RO1DI任意變化中斷使能
1DI any change Interruptu8RW0xFFDI任意變化中斷使能
60070Num ofSubindexu8RO1DI由低到高中斷使能
1DI Low to High Interruptu8RW0x00DI由低到高中斷使能
60070Num ofSubindexu8RO1DI由高到低中斷使能
1DI High to Low Interruptu8RW0x00DI由高到低中斷使能
62000Num ofSubindexu8RO1DO狀態信息
1DO statusu8RW0x00DO狀態寄存器
62020Num ofSubindexu8RO1DO極性控制
1DO polarityu8RW0x00DO極性控制
62060Num ofSubindexu8RO1DO錯誤模式使能
1DO error modeu8RW0xFFDO錯誤模式使能
62070Num ofSubindexu8RO1DO錯誤模式狀態值
1DO error valueu8RW0x00DO錯誤模式狀態值

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

模塊上電會發出一個Boot up報文:id為701數據為00。

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

pYYBAGIO-kGARFebAA0LJn2n5Cc392.png

注意,上述修改后參數,參數并未保存到flash中,模塊掉電或復位后心跳包時間仍然是原來的數值。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

模塊內置NMT服務器功能,可以根據NMT指令切換工作狀態,模塊上電初始化成功后自動進入到預操作模式(PreOperational),這時模塊會發送數據為7f、CAN id為701的心跳報文,如上節所述。

按照NMT命令規范,演示如下:

①進入操作模式(Operational)

發送can id為00,數據為01 01的報文:

pYYBAGIO-kGALz9JAAxlHQDpQqY676.png

模塊進入到stop模式,心跳包數據變為04,如上圖。進入stop模式時,繼電器輸出狀態可以通過索引6206和6207共同確定,具體可參考下文。

③復位命令

發送can id為00,數據為81 01的報文:

poYBAGIO-kGARxezAAHEs0Jzwso078.png

模塊復位,發一條Boot up報文;心跳包數據變為7f,模塊自動進入預操作模式(PreOperational),如上圖。

其他模式的切換參考標準CANopen通訊協議。

四、DO輸出命令測試

模塊通過RPDO1接收數據,來控制DO的輸出,根據RPDO1的通訊參數可知,對端的COB-ID為0x0200+Node ID,即0x0201??梢酝ㄟ^發can id為0x0201、數據長度為1字節的標準幀來控制DO的狀態,注意模塊只有在操作模式下時該指令有效。其中1字節的數據和繼電器對應關系為:

DO繼電器輸出和數據bit對應關系

bit76543210
DODO-8DO-7DO-6DO-5DO-4DO-3DO-2DO-1

例如打開第一個繼電器DO,可以發送如下數據:

CAN幀ID:0x0201;

CAN數據:0x01;

poYBAGIO-kGAUEBzAAdBLPXWSvk128.png

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,模塊收到上述數據后,將第一路繼電器關閉,其余路打開。

當然也可以用SDO命令讀取對象索引6200,子索引01來獲取DO的狀態。

五、DI默認參數測試

模塊通過TPDO1發送DI開關量輸入的狀態。是否觸發TPDO1的發送,由以下條件決定:

①TPDO1的通訊參數配置(索引1800);

②DI全局中斷配置(索引6005,子索引01);

③DI中斷觸發方式(索引6006/6007/6008);

④模塊當前的工作模式;

先看第一個條件,根據對象字典的默認配置可知,RPDO1的默認通訊參數為:

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量事件觸發。

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

再看第三個條件,根據對象字典的默認配置可知,DI中斷觸發方式中,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,就會觸發中斷。

DI的狀態值在索引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的觸發邏輯關系:

poYBAGIO-kGAX7sdAAU4LFrVjH4541.png

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

TPDO1的數據(索引6000,子索引01)為1個字節,其和DI對應關系為

DI開關量輸入和數據bit對應關系

bit76543210
DIDI-8DI-7DI-6DI-5DI-4DI-3DI-2DI-1

DI極性控制(索引6002子索引01)與DI的關系:

DO開關量輸入極性和對象索引6002數據bit對應關系

bit76543210
DIDI-8DI-7DI-6DI-5DI-4DI-3DI-2DI-1

在默認參數條件下,DI有變化時,模塊輸出如下:

poYBAGIO-kKAQfMZAAGtJWIVHDE119.png

上圖,序號000001為第一路DI有觸發(有低電平變成了高電平);

序號000004為第一路DI有觸發(有高電平變成了低電平)。

當然也可以用SDO命令讀取對象索引6000,子索引01來獲取DI的狀態。

六、DI定時上傳設置測試

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

發送CAN幀ID為0x0601,數據為:2b 00 18 05 c8 00 00 00

poYBAGIO-kKAbLsDAAKbJ7nKMSk248.png

模塊收到后,將按照200ms上傳一次(觸發TPDO1)。

也可以用同樣的方式設置TPDO1的抑制時間。

七、DI同步上傳設置測試

可以通過SDO命令寫通訊參數對象中的通訊類型(索引1800,子索引02)和對象子索引1005(同步COB-ID)來實現DI狀態的同步上傳,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個同步幀時就觸發一次TPDO1,例如value設為0x01:

發送CAN幀ID為0x0601,數據為:2f 00 18 02 01 00 00 00

poYBAGIO-kOAB_MeAA2QNkzCSqY086.png

八、對象字典的恢復出廠測試

模塊可以用過SDO命令操作索引1011對象來實現對整部對象字典的恢復出廠。

目前僅支持恢復整部對象字典功能。

發送:CAN幀ID為0x0601,數據為:23 11 10 01 64 61 6f 6c;模塊收到后,將整部對象字典恢復到出廠默認參數:

pYYBAGIO-kKAe7JwAAYQT211CDQ847.png
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