CANopen协议在智嵌物联ZQWL采集控制终端产品中的应用

一、CAN和CANopen介绍

CAN(Controller Area Network)通讯以其高效率高稳定的特性，被广泛应用在汽车电子、工业自动化以及物联网通讯系统中。CANopen是基于CAN的通讯子协议，是一种为用于产品部件内部网络通讯而开发的系统。其子协议CiA401，规范了数字量输入、数字量输出和模拟量采集相关的使用方法。智嵌物联ZQWL研发的带有CAN通讯接口的采集控制终端模块均实现了CANopen CiA401协议，可以非常方便的接入现有的CAN控制网络系统，缩短了开发周期，节省了开发费用。本文以智嵌物联ZQWL所研发的产品ZQWL-IO-1DARA8A为例，介绍CANopen如何在智嵌物联CAN产品中应用的。

先准备好产品1DARA8和USB-CAN调试器（ZQWL-UCAN-5C111）:

该模块支持标准的CANopen（CiA401）协议，用户通过简单配置后可以直接将其接入CANopen通讯网络或替代原有的CANopen设备。模块主要功能包括：

●1个TPDO，用于传送开关量输入状态（DI）。

●1个RPDO，用于接收开关量输出状态（DO）。

●NMT服务器功能，处理NMT主机发来的命令。

●SDO功能，配置和读取CANopen字典。

●DI极性控制、全局中断控制、单个DI中断控制以及DI的电平触发方式控制（任意变化触发、Low to High触发或者High to Low触发）。

●DO极性控制；设备故障或收到stop命令后的DO状态可配置。

●CAN波特率可配置。

●保存整部对象字典到flash和恢复整部对象字典到出厂值。

CANopen的CiA401设备子协议详细描述了对象字典的定义以及功能，该模块实现了DI/DO部分，模块的对象字典如下表：

索引 Index	子索引 Subindex	名称 name	类型 Type	属性 Attr.	默认值 default	说明 description
1000	0	设备类型	u32	RO	0x00030191	支持CiA401的DI和DO
1003	0	Errors Register	u8	RO	0	错误寄存器
1005	0	Sync COB-ID	u32	RW	0	同步报文COB-ID
1006	0	Sync Period	u32	RW	0	同步周期
1008	0	Manufacturer	string	RO	ZQWL	制造商
1009	0	Hard Version	string	RO	V3.0	硬件版本
100A	0	Soft Version	string	RO	V3.0	软件版本
1010	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	子索引数目
	1	Save all OD	u32	W	0x65766173	保存整部对象字典；读时，返回0x00000001
1011	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	子索引数目
	1	Default all OD	u32	W	0x64616F6C	恢复整部对象字典；读时，返回0x00000001
1014	0	Emnc COB-ID	u32	RW	0x80	紧急报文COB-ID
1017	0	Heart beat timer	u16	RW	0x0BB8	心跳包周期，单位ms
1018	0	Num ofSubindex	u8	RO	4	制造商信息
	1	Manufacturerid	u32	RO	-	制造商ID
	2	Product Code	u32	RO	-	产品代码
	3	Revision Number	u32	RO	-	修订号
	4	Serial Number	u32	RO	-	序列号
1200	0	Num ofSubindex	u8	RO	2	SDO服务器信息
	1	SDO Rx COB-ID	u32	RO	0x0600+Node ID	SDO接收COB-ID
	2	SDO Tx COB-ID	u32	RO	0x0580+Node ID	SDO发送COB-ID
1400	0	Num ofSubindex	u8	RO	6	RPDO1通讯参数
	1	RPDO1 COB-ID	u32	RO		RPDO1 COB-ID
	2	Transmission Type	u8	RW	0xFF	通讯类型
	3	Inhibit Time	u16	RW	0	抑制时间
	4	--	--	--	--	保留
	5	Event Timer	u16	RW	0	时间定时器
	6	SYNC start value	u8	RW	0	同步初始值
1401- 15FF	0	RPDOx禁用
1600	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	RPDO1映射参数
	1	RPDO1 mapping	u8	RO	0x62000108	映射地址
1800	0	Num ofSubindex	u8	RO	6	TPDO1通讯参数
	1	TPDO1 COB-ID	u32	RO		TPDO1 COB-ID
	2	Transmission Type	u8	RW	0xFF	通讯类型
	3	Inhibit Time	u16	RW	0	抑制时间
	4	--	--	--	--	保留
	5	Event Timer	u16	RW	0	时间定时器
	6	SYNC start value	u8	RW	0	同步初始值
1801- 19FF	0	TPDOx禁用
1A00	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	TPDO1映射参数
	1	TPDO1 mapping	u8	RO	0x60000108	映射地址
2000	0	Num ofSubindex	u8	RO	3	设备唯一序列号
	1	Serial id1	u32	RO	-	序列号1
	2	Serial id2	u32	RO	-	序列号2
	3	Serial id3	u32	RO	-	序列号3
2001	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	CAN波特率寄存器
	1	CAN baud	u8	RW	0	见CAN波特率对应表
6000	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DI状态信息
	1	DI status	u8	RW	0x00	DI状态寄存器
6002	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DI极性信息
	1	DI polarity	u8	RW	0x00	DI极性寄存器
6005	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DI全局中断使能
	1	DI global Interrupt	bool	RW	TRUE(1)	DI全局中断使能
6006	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DI任意变化中断使能
	1	DI any change Interrupt	u8	RW	0xFF	DI任意变化中断使能
6007	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DI由低到高中断使能
	1	DI Low to High Interrupt	u8	RW	0x00	DI由低到高中断使能
6007	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DI由高到低中断使能
	1	DI High to Low Interrupt	u8	RW	0x00	DI由高到低中断使能
6200	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DO状态信息
	1	DO status	u8	RW	0x00	DO状态寄存器
6202	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DO极性控制
	1	DO polarity	u8	RW	0x00	DO极性控制
6206	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DO错误模式使能
	1	DO error mode	u8	RW	0xFF	DO错误模式使能
6207	0	Num ofSubindex	u8	RO	1	DO错误模式状态值
	1	DO error value	u8	RW	0x00	DO错误模式状态值

注意下文所有的测试条件为：Node ID为1；CAN波特率以及对象字典均为默认值。

二、Boot up和心跳包测试

模块上电会发出一个Boot up报文：id为701数据为00。

该模块默认心跳时间为0X0BB8(3000ms)。模块上电后发送心跳报文如下（采用我司生产的usb-can调试器）：

注意，上述修改后参数，参数并未保存到flash中，模块掉电或复位后心跳包时间仍然是原来的数值。如果用户想保存到flash中，可以利用索引1010，具体操作方法参见下文。

三、NMT命令测试

模块内置NMT服务器功能，可以根据NMT指令切换工作状态，模块上电初始化成功后自动进入到预操作模式（PreOperational），这时模块会发送数据为7f、CAN id为701的心跳报文，如上节所述。

按照NMT命令规范，演示如下：

①进入操作模式（Operational）

发送can id为00，数据为01 01的报文：

模块进入到stop模式，心跳包数据变为04，如上图。进入stop模式时，继电器输出状态可以通过索引6206和6207共同确定，具体可参考下文。

③复位命令

发送can id为00，数据为81 01的报文：

模块复位，发一条Boot up报文；心跳包数据变为7f，模块自动进入预操作模式（PreOperational），如上图。

其他模式的切换参考标准CANopen通讯协议。

四、DO输出命令测试

模块通过RPDO1接收数据，来控制DO的输出，根据RPDO1的通讯参数可知，对端的COB-ID为0x0200+Node ID，即0x0201。可以通过发can id为0x0201、数据长度为1字节的标准帧来控制DO的状态，注意模块只有在操作模式下时该指令有效。其中1字节的数据和继电器对应关系为：

DO继电器输出和数据bit对应关系
bit	7	6	5	4	3	2	1	0
DO	DO-8	DO-7	DO-6	DO-5	DO-4	DO-3	DO-2	DO-1

例如打开第一个继电器DO，可以发送如下数据：

CAN帧ID:0x0201;

CAN数据：0x01;

Bit位值的含义：0为正逻辑；0为反逻辑。

索引6202（子索引01）默认值为0x00，全部为正逻辑。用户可以通过SDO命令修改DO输出极性对象6202的值，来改变输出极性，如改成0xff，那么，模块收到上述数据后，将第一路继电器关闭，其余路打开。

当然也可以用SDO命令读取对象索引6200，子索引01来获取DO的状态。

五、DI默认参数测试

模块通过TPDO1发送DI开关量输入的状态。是否触发TPDO1的发送，由以下条件决定：

①TPDO1的通讯参数配置（索引1800）；

②DI全局中断配置（索引6005，子索引01）；

③DI中断触发方式（索引6006/6007/6008）；

④模块当前的工作模式；

先看第一个条件，根据对象字典的默认配置可知，RPDO1的默认通讯参数为：

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

TPDO1的通讯类型为0xFF（索引1800，子索引02），即为事件触发模式；

TPDO1的抑制时间为0x00（索引1800，子索引03），即不抑制；

TPDO1的事件定时器为0x00（索引1800，子索引05），即不启用；

所以第一个条件即为开关量事件触发。

再看第二个条件，根据对象字典的默认配置可知，DI全局中断为TURE，即打开状态。

再看第三个条件，根据对象字典的默认配置可知，DI中断触发方式中，DI_any_change（索引6006，子索引01）的值为0xFF；Low_to_High（索引6007，子索引01）的值为0x00；How_to_Ligh（索引6008，子索引01）的值为0x00；

再看第四个条件，只有模块在操作模式下时才能触发TPDO1。

由以上配置可知，在操作模式下，DI有任意变化时，就会触发中断。

DI的状态值在索引6000的对象中保存，DI输入的极性在索引6002的对象中保存，下图为TPDO1的触发逻辑关系：

其中索引6003对象为禁止状态，即不对DI做滤波处理，因为读取硬件输入状态时已经做了延时消抖动处理。

TPDO1的数据(索引6000，子索引01)为1个字节，其和DI对应关系为

DI开关量输入和数据bit对应关系
bit	7	6	5	4	3	2	1	0
DI	DI-8	DI-7	DI-6	DI-5	DI-4	DI-3	DI-2	DI-1

DI极性控制（索引6002子索引01）与DI的关系：

DO开关量输入极性和对象索引6002数据bit对应关系
bit	7	6	5	4	3	2	1	0
DI	DI-8	DI-7	DI-6	DI-5	DI-4	DI-3	DI-2	DI-1

在默认参数条件下，DI有变化时，模块输出如下：

上图，序号000001为第一路DI有触发（有低电平变成了高电平）；

序号000004为第一路DI有触发（有高电平变成了低电平）。

当然也可以用SDO命令读取对象索引6000，子索引01来获取DI的状态。

六、DI定时上传设置测试

可以通过SDO命令写通讯参数对象中的事件定时器（索引1800，子索引05）来实现DI状态的定时上传，例如将该对象写0x00c8（200）ms：

发送CAN帧ID为0x0601，数据为：2b 00 18 05 c8 00 00 00

模块收到后，将按照200ms上传一次（触发TPDO1）。

也可以用同样的方式设置TPDO1的抑制时间。

七、DI同步上传设置测试

可以通过SDO命令写通讯参数对象中的通讯类型（索引1800，子索引02）和对象子索引1005（同步COB-ID）来实现DI状态的同步上传，注意通讯类型的值value必须为1~240（十进制），其含义是模块收到value个同步帧时就触发一次TPDO1，例如value设为0x01：

发送CAN帧ID为0x0601，数据为：2f 00 18 02 01 00 00 00

八、对象字典的恢复出厂测试

模块可以用过SDO命令操作索引1011对象来实现对整部对象字典的恢复出厂。

目前仅支持恢复整部对象字典功能。

发送：CAN帧ID为0x0601,数据为：23 11 10 01 64 61 6f 6c；模块收到后，将整部对象字典恢复到出厂默认参数：