傾角傳感器CANopen通信的快速實(shí)現(xiàn)：基于CANopen協(xié)議的XGate-COP10應(yīng)用

1 引言

傳感器設(shè)備是工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表及其他生產(chǎn)活動(dòng)中使用最廣泛的設(shè)備之一。使用傳感器也是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。早期傳感器設(shè)備都是直接與控制器進(jìn)行連接，并且各個(gè)傳感器設(shè)備之間無(wú)法進(jìn)行通信。在一個(gè)龐大的控制系統(tǒng)中，可能擁有各種各樣的傳感器設(shè)備，采用傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)布線復(fù)雜、運(yùn)行效率低、維護(hù)成本高。CAN總線的推出使得系統(tǒng)布線得到最大程度的改善，基于CAN總線應(yīng)用層的CANopen協(xié)議不僅改變了設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的通信方式，更增加了設(shè)備級(jí)的診斷功能。CANopen設(shè)備子協(xié)議CiA DSP410將傾角傳感器描述為標(biāo)準(zhǔn)CANopen設(shè)備，為傾角傳感器定義了一系列的規(guī)范。

本期文章將介紹如何利用XGate-COP10模塊設(shè)計(jì)傾角傳感器的CANopen從站接口。

圖1 XGate-COP10外觀

2 XGate-COP10簡(jiǎn)介

XGate-COP10是一款CANopen從站協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，內(nèi)部集成了CANopen從站協(xié)議棧，遵循CiA DS301 V4.02進(jìn)行設(shè)計(jì)，其內(nèi)部集成了網(wǎng)絡(luò)管理（NMT）、服務(wù)數(shù)據(jù)（SDO）、過(guò)程數(shù)據(jù) （PDO）、錯(cuò)誤管理等功能。同時(shí)也遵循了DS303-3指示燈以及DS305層設(shè)置（LSS）等相關(guān)協(xié)議，使模塊功能更強(qiáng)大。所有的功能均通過(guò)CiA提供的一致性測(cè)試軟件的測(cè)試，保證了與其他CANopen設(shè)備良好的兼容性。

XGate-COP10為DIP24封裝，擁有較小的占位面積（6 cm2），非常容易集成到用戶設(shè)備中，其外觀如圖1所示。

圖2 硬件設(shè)計(jì)框圖

3 傾角傳感器CANopen接口硬件設(shè)計(jì)

XGate-COP10硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

傳感器控制板的MCU與XGate-COP10通過(guò)串口(TTL電平)進(jìn)行連接；用戶可以使用MCU的一個(gè)I/O口連接到XGate-COP10的復(fù)位引腳 (/RST)實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的復(fù)位控制。某些情況下還需要把XGate-COP10中斷信號(hào)輸出引腳連接到MCU的中斷輸入引腳，以便及時(shí)地處理RPDO數(shù)據(jù)。MCU只需預(yù)留1路串口、1路中斷輸入和1個(gè)I/O口即可。由于XGate-COP10內(nèi)部未集成CAN收發(fā)器，推薦使用帶隔離的CAN收發(fā)器模塊CTM8251T。XGate-COP10采用標(biāo)準(zhǔn)的CANopen協(xié)議，可以使用外接DIP開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置設(shè)備的節(jié)點(diǎn)地址和波特率，以及外接LED指示燈來(lái)指示當(dāng)前模塊的CANopen狀態(tài)。

4 傾角傳感器參數(shù)資源分配

對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，XGate-COP10有96 B的輸入存儲(chǔ)區(qū)和96 B的輸出存儲(chǔ)區(qū)供用戶使用，這些存儲(chǔ)區(qū)可以用于傳感器與其他CANopen設(shè)備之間交換各項(xiàng)實(shí)時(shí)參數(shù)。

對(duì)于非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，XGate-COP10提供了直接訪問(wèn)對(duì)象字典的串口命令，用戶可以通過(guò)該命令對(duì)模塊的對(duì)象字典進(jìn)行讀寫，實(shí)現(xiàn)傳感器MCU對(duì)CANopen網(wǎng)絡(luò)非實(shí)時(shí)參數(shù)的訪問(wèn)。

這樣，CANopen主站設(shè)備或其他設(shè)備和傳感器的之間通信就變得十分方便。

(1)資源分配

傳感器相關(guān)參數(shù)在XGate-COP10存儲(chǔ)區(qū)的分配情況如表1所示，用戶只需要把測(cè)量出來(lái)的角度值寫入到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)區(qū)，XGate-COP10就會(huì)按照CANopen協(xié)議的定義對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理并通過(guò)TPDO發(fā)送到CAN總線上。

(2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸配置

XGate-COP10中PDO數(shù)據(jù)可映射到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的任意輸入輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，其數(shù)據(jù)映射示例如表2所示。

5 傾角傳感器MCU對(duì)XGate-COP10的操作

XGate-COP10提供了一個(gè)串口與傳感器MCU進(jìn)行連接。為了方便用戶快速可靠地實(shí)現(xiàn)模塊與MCU通信，廣州致遠(yuǎn)電子有限公司提供了XGate-COP10串口協(xié)議的驅(qū)動(dòng)源碼。用戶可將實(shí)時(shí)更新的傳感器數(shù)據(jù)寫入輸入緩沖區(qū)，XGate-COP10自動(dòng)發(fā)送至主站或者是其他從站設(shè)備。用戶程序軟件操作流程示例如圖3所示。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上步驟，我們快速地實(shí)現(xiàn)了傾角傳感器的CANopen接口，并能與其他CANopen設(shè)備進(jìn)行通信。XGate-COP10的出現(xiàn)，使開(kāi)發(fā)者不再為開(kāi)發(fā)CANopen協(xié)議棧而苦惱，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。相信在XGate-COP10的幫助下，開(kāi)發(fā)者能獲得更大的成功。

圖3 XGate-COP10軟件設(shè)計(jì)流程圖

廣州致遠(yuǎn)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(jī)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(kāi)發(fā)。

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