CANopen協(xié)議興起于歐洲，現階段在歐洲特別是工業(yè)發(fā)達的德國幾乎所有的設備都提供CANopen的支持，我國工業(yè)還相對的落后，正處在引進國外先進設備的階段，這就要求我們懂得CANopen通信協(xié)議，同時能夠利用CANopen設備正確的組建一個適合特定應用的CANopen網絡。CANopen的多種數據傳輸方式為各種應用提供優(yōu)異的解決方案，普遍應用于數據采集與傳輸、電機控制、汽車電子、電池充電控制以及紡織等行業(yè)。

1. CANopen從站/主站特點

具有網絡管理(Network Management：簡稱NMT)主機功能的設備通常被稱為CANopen主站設備，通常也具有服務數據(Service Date Object：簡稱SDO)客戶端功能。反之具有網絡管理(NMT)從機功能的設備通常被稱為CANopen從站設備，且其必須具備有服務數據服務器功能。這樣CANopen主站設備就可以控制從站以及讀寫CANopen從站設備的對象字典。

(1) CANopen從站特性

CANopen從站在CANopen網絡中擁有唯一的節(jié)點地址，并且能獨立完成特定的功能，例如數據采集、電機控制等等。對實時性要求高的數據，通常通過實時數據過程(Process Data Object：簡稱PDO)進行傳輸，因此CANopen從站應當支持一定數量的PDO傳輸功能。根據CANopen協(xié)議DS301 V4.02的定義，每個從站都預定義了4個TPDO(Transmit Process Data Object：簡稱TPDO)和4個RPDO(Receive Process Data Object)，另外從站也應具有節(jié)點/壽命保護或心跳報文以及生產緊急報文等功能。每個CANopen從站都應有一個對象字典，描述了從站所具有的應用參數和通信參數。

(2) CANopen主站特性

CANopen主站在網絡所起的作用有別于CANopen從站，通常CANopen主站在網絡中負責網絡管理、從站參數配置以及從站數據的處理，其并不一定具有特定的功能，但也有自己的對象字典和唯一的節(jié)點地址。

2. CANopen網絡組建

由于CANopen是基于CAN總線的一種應用層協(xié)議，因此其網絡組建與CAN總線一致，典型的總線型結構，從站和主站都掛接在該總線上即可，在一個CANopen網絡中只能有一個主站設備和若干個從站設備同時工作。CANopen網絡布線時選用帶屏蔽雙絞線，提高總線抗干擾能力。表 1所示為CAN通信波特率與總線長度的關系。注意網絡中的各節(jié)點的支線長度不易過長，波特率大于100Kbps的情況下，支線總長度不應大于30m，單個節(jié)點的支線也不應大于60cm。

表1 總線長度與波特率關系

(1)基本的CANopen網絡結構

圖1 CANopen基本網絡結構

圖 1所示為CANopen網絡的基本結構，在該網絡中有一個CANopen主站，負責管理網絡中的所有從站，每個設備都有一個獨立的節(jié)點地址(NodeID)。從站與從站之間也能建立通信，通常需要事先對各個從站進行配置，使各個從站之間能夠建立起獨立的PDO通信。

(2) 復雜的CANopen網絡結構

圖2 帶網關設備的CANopen網絡

圖 3所示為帶有網關設備的CANopen網絡，與基本的CANopen網絡相比，該網絡中增加了一個CANopen網關設備，該網關設備可以是CANopen轉DeviceNet、Profibus、Modbus或其它的設備。在CANopen網絡中，我們也可把該網關設備作為一個從站設備或者是CANopen主站設備。

3. CANopen網絡中從站的配置

CANopen從站設備在出廠時都設定有默認參數，并且這些參數都與節(jié)點地址綁定，例如實時數據傳輸PDO，其預定義連接集定義了其默認的參數有4個TPDO和4個RPDO，其COB-ID(Communication Object -ID)如表 2所示。在一些應用簡單的場合只需要采用默認設置即可進行正常通信，但對于一些應用比較復雜的場合，則需要對從站進行相應的配置，最常見的配置參數有PDO的COB-ID、PDO映射參數、以及節(jié)點/壽命保護等參數。

表2 PDO預定義鏈接

CANopen網絡中，對從站的參數配置或獲取都是通過SDO進行傳輸，因此從站和主站都必須支持SDO傳輸才能進行正常的配置。為了快速配置從站設備，在配置從站之前通過NMT使整個網絡設備進入到預操作狀態(tài)。

(1) 通信參數配置

CANopen設備的通信參數包括PDO的COB-ID、傳輸類型、禁止時間以及映射參數等。其參數配置順序如圖 3所示。

圖3 通信參數配置順序

在配置PDO的通信參數時，首先禁止PDO通信，根據DS301 V4.02的定義，當COB-ID的最高位(第31位)為1時即可禁止該PDO通信，禁止PDO通信操作示例如圖 4所示。需要注意的是只有在PDO禁止的情況下，相應的傳輸類型、映射參數以及COB-ID的值才能被改變，否則試圖以任何方式去更改都會出現錯誤。

(2)其它參數的配置

除了通信相關的參數之外，CANopen設備還有一些與安全相關的參數，例如節(jié)點/壽命保護或者心跳報文。根據DS301 V4.02的定義，同一個CANopen從站中只可能使用節(jié)點/壽命保護或心跳報文的一種。節(jié)點/壽命保護可以實現雙向保護，即主站可監(jiān)控從站的狀態(tài)，而從站也可監(jiān)控主站是否在線。心跳報文只是一種單向的保護機制，心跳報文的消費者可以監(jiān)控到心跳報文生產者的狀態(tài)。在網絡總線負載較大的情況下，建議使用心跳報文的保護機制來減輕總線負載。

圖4 禁止PDO通信方法

(3)配置從站與從之間的通信

CANopen網絡中從站與從站可以直接進行PDO通信而不需要主站的參與，這樣就提高了實時數據的實時性。將接收從站RPDO的COB-ID更改為發(fā)送從站TPDO的COB-ID，這樣就建立了兩個從站之間了PDO通信，在通信過程中也不需要主站的任何干預。表 3所示。

表3 從站與從站通信COB-ID配置

4. 結語

根據不同應用環(huán)境可選用不同的線纜來組建CANopen網絡，在CANopen網絡的布置方面，需要了解線纜的阻抗、容抗、信號延時等來匹配總線的終端電阻，減少由于信號衰減或反射而導致總線工作異常。從而組建一個抗干擾能力強、穩(wěn)定可靠的CANopen網絡。

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