1 引言
上期文章中介紹了CANopen主站設(shè)備及其應(yīng)用，本期文章中將介紹CANopen從設(shè)備及其應(yīng)用。
由于可靠性、實時性、低成本、抗干擾性、兼容能力等多個方面的優(yōu)勢，CAN-bus與其高層協(xié)議CANopen已成為了車輛數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的事實標準，并普遍應(yīng)用于所有的可移動設(shè)施，例如船舶艦艇、客車火車、升降電梯、重載車輛、工程機械、運動系統(tǒng)、分布式控制網(wǎng)絡(luò)等。幾乎所有的通用I/O模塊、驅(qū)動器、智能傳感器、PLC、MMI設(shè)備的生產(chǎn)廠商都提供支持CAN-bus與CANopen標準的產(chǎn)品。只要符合CANopen協(xié)議標準及其設(shè)備協(xié)議子集標準的系統(tǒng)，就可以在功能和接口上保證各廠商設(shè)備的互用性和可交換性。
2 CANopen從站簡介
EPC-296xC系列MiniISA工控主板是廣州致遠電子有限公司開發(fā)的基于32位ARM處理器的可擴展的嵌入式工控主板，如圖 1所示。該工控主板集成CANopen從站協(xié)議棧，同時兼容AnyWhere軟件開發(fā)平臺，從而使產(chǎn)品的開發(fā)和CANopen網(wǎng)絡(luò)的組建更加快速簡單。產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)尺寸遵循PC/104相關(guān)規(guī)范，并提供MiniISA總線擴展接口，從而使產(chǎn)品的可擴展性大大增強，通過掛接廣州致遠電子有限公司生產(chǎn)的MiniISA系列板卡，如智能型MiniISA數(shù)據(jù)板卡、智能型MiniISA運動控制板卡、MiniISA人機界面板卡、智能型MiniISA無線通訊板卡等，可立即讓用戶的系統(tǒng)擁有強大的通訊、數(shù)據(jù)采集及控制功能。在軟件方面EPC-296xC系列MiniISA工控主板預(yù)裝正版μC/OS-II操作系統(tǒng)和AnyWhere軟件開發(fā)平臺，并內(nèi)置TCP/IP、CANopen、Modbus、USB2.0 Host等協(xié)議棧以及FAT32（兼容FAT16）文件管理系統(tǒng)，同時EPC-296xC系列MiniISA工控主板支持遠程在線固件升級功能，從而使產(chǎn)品的可維護性大大增強。
EPC-296xC系列MiniISA工控主板具有資源豐富、內(nèi)存容量大、接口齊全、功耗低、可靠性高等特點，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，同時極大地增強了組網(wǎng)能力。它的提出是嵌入式系統(tǒng)編程模式的一次跨時代的飛躍，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)即可完成本地或遠程設(shè)備的操作。編程之簡單、功能之強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。其強大的通訊、控制及可擴展功能為用戶靈活快速設(shè)計CANopen從站，構(gòu)建符合國際標準的工業(yè)現(xiàn)場總線分布式網(wǎng)絡(luò)提供了更多更好的選擇。
4 CANopen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)中負責整個網(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（Electronic Data Sheet）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)點保護或心跳報文來監(jiān)控所有從站當前所處的狀態(tài)，以及控制所有從站進入不同的操作狀態(tài)。
5 CANopen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行分析，只有通過測試的設(shè)備才能得到CiA的認證，才能保證與其他同類CANopen設(shè)備的兼容性。
6 CANopen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，以其獨特的優(yōu)勢已經(jīng)成為行業(yè)標準，CANopen也必將成為現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢。
廣州致遠電子有限公司提供各種接口的CANopen接口卡、CANopen終端設(shè)備(包括數(shù)據(jù)采集、電機控制等)、CANopen分析儀、網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)橋、OPC服務(wù)器以及基于CANopen協(xié)議的整套組網(wǎng)方案及應(yīng)用開發(fā)。