CANopen-绝对值编码器的应用解析课件.ppt
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- CANopen 绝对值 编码器 应用 解析 课件
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1、领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-1宜科(天津)电子有限公司宜科(天津)电子有限公司领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco- CAN总线介绍:总线介绍:CAN是是Controller Area Network的缩写,即的缩写,即“局域网控制器局域网控制器”的意思,可以归属于的意思,可以归属于工业现场总线的范畴,通常称为工业现场总线的范畴,通常称为CAN BUS,即,即CAN总线,是目前国际上应用最为广总线,是目前国际上应用最为
2、广泛的开放式现场总线之一,目前应用的泛的开放式现场总线之一,目前应用的CAN器件大多符合器件大多符合CAN2.0规范。规范。CAN 只定义只定义物理层和数据链路层,没有规定应用层,本身并不完整,需要一个高层协议来定义物理层和数据链路层,没有规定应用层,本身并不完整,需要一个高层协议来定义CAN 报文中的报文中的11/29 位标识符、位标识符、8 字节数据的使用字节数据的使用。CANopen一帧数据由一个一帧数据由一个COB-ID(报文头)和最大(报文头)和最大8字节数据组成,其中字节数据组成,其中COB-ID可以是可以是11位(位(CAN2.0),也可以),也可以是是29位(位(CAN2.0B
3、),当然,),当然,CAN2.0B需要向下兼容需要向下兼容11位位CAN报文。报文。CAN总线的特点:总线的特点:1).可以多主方式工作,网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的可以多主方式工作,网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息,而不分主从,通信方式灵活。其他节点发送信息,而不分主从,通信方式灵活。2).网络上的节点可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要求。网络上的节点可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要求。3).采用非破坏性位仲裁总线结构机制,当两个节点同时向网络上传送信息时,优采用非破坏性位仲裁总线结构机制,当两个节点同时向网络上传送信息时
4、,优先级低的先级低的 节点主动停止数据发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传送数据。节点主动停止数据发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传送数据。4).可以点对点,一点对多点及全局广播几种传送方式接收数据。可以点对点,一点对多点及全局广播几种传送方式接收数据。领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco- 5).直接通信距离最远可达直接通信距离最远可达10km(速率速率4Kbps以下以下)。6).通信速率最高可达通信速率最高可达1MB/s(此时距离最长此时距离最长40m)。使用非屏蔽双绞线传输时,传输速率与传输距离
5、的关系如下图所示使用非屏蔽双绞线传输时,传输速率与传输距离的关系如下图所示。7).节点数最多可达节点数最多可达110个。个。8).采用短帧结构,每一帧的有效字节数为采用短帧结构,每一帧的有效字节数为8个。个。9).每帧信息都有每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,数据错误率极低。校验及其他检错措施,数据错误率极低。10).通信介质可采用双绞线,同轴电缆和光纤,一般采用廉价的双绞线即可。通信介质可采用双绞线,同轴电缆和光纤,一般采用廉价的双绞线即可。11).节点在错误严重的情况下,具有自动关闭总线的功能,切断它与总线的联节点在错误严重的情况下,具有自动关闭总线的功能,切断它与总线的联系,以使总线
6、上的其他操作不受影响。系,以使总线上的其他操作不受影响。传输速率传输速率(Kbps)51020501001252505001000最大传输最大传输距离(距离(m)10000067003300130062053027013040领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-CANopen 协议:协议:CANopen 协议是协议是CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一,并且在发布后不久就定义的标准之一,并且在发布后不久就获得了广泛的承认。尤其是在欧洲,获得了广泛的承认。尤其是在欧洲,CANopen 协议
7、被认为是在基于协议被认为是在基于CAN 的工业系的工业系统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类型,例如数字和模拟的输入输出模块、统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类型,例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器,都在称为驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器,都在称为“设备描述设备描述”的的协议中进行描述;协议中进行描述;“设备描述设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠CANopen 协议的支持,可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。协议的支持,可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。
8、CANopen协议中包含了标准的应用层规范和通信规范。在协议中包含了标准的应用层规范和通信规范。在CANopen的应用层,设的应用层,设备间通过相互交换通信对象进行通信。备间通过相互交换通信对象进行通信。CANopen规范的核心是规范的核心是CANopen的设备模型和各类型的通信对象。一个的设备模型和各类型的通信对象。一个CANopen设备模块可分为设备模块可分为3部分部分,如图:如图:领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Aut
9、omaitionwww.elco-领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-通信方式:通信方式:CANopenCANopen网络通信和管理是通过不同的通信对象来完成的。网络通信和管理是通过不同的通信对象来完成的。CANopenCANopen协议定义了四种通信对象,分别为过程数据对象协议定义了四种通信对象,分别为过程数据对象PDO(ProcessPDO(Process Data Object)Data Object)、服务数据对象、服务数据对象SDO(ServiceSDO(Service Data Object)Da
10、ta Object)、网络管理、网络管理对象对象NMT(NetWorkNMT(NetWork Management Object)Management Object)、预定义报文或者特殊功能对、预定义报文或者特殊功能对象。象。一个一个CANopenCANopen设备必须支持一定数量的网络管理服务,需要至少一个设备必须支持一定数量的网络管理服务,需要至少一个SDOSDO,每个生产或消费过程数据的设备需要至少一个,每个生产或消费过程数据的设备需要至少一个PDOPDO,所有其它的,所有其它的通信对象是可选的。通信对象是可选的。领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Indus
11、try Automaitionwww.elco-(1)PDO过程数据对象过程数据对象 功能:用来传输功能:用来传输8 8字节或更少数据(数据内容已预先定义)用于实时传字节或更少数据(数据内容已预先定义)用于实时传 输数据输数据 通讯方式:生产者通讯方式:生产者/消费者消费者 3 3种消息触发模式:种消息触发模式:事件触发模式(一个对象特定事件出现而触发)事件触发模式(一个对象特定事件出现而触发)时间触发模式(如:规定时间内无事件发生)时间触发模式(如:规定时间内无事件发生)远程请求触发(接受到任何其他设备发出的一个远程请求)远程请求触发(接受到任何其他设备发出的一个远程请求)领跑工业自动化新趋
12、势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-(2 2)SDOSDO服务数据对象服务数据对象 功能:主要用于主节点对从节点的参数配置。用来在设备之间传输大功能:主要用于主节点对从节点的参数配置。用来在设备之间传输大 的低优先级数据,典型的是来配置的低优先级数据,典型的是来配置CANopen网络上的设备。网络上的设备。通讯方式:客户机通讯方式:客户机/服务器服务器 它用于访问对象字典的入口。对它用于访问对象字典的入口。对CANopenCANopen对象进行读写。对象进行读写。读读/写操作一般由客户端初始化,由服务器服务。写操作一般由客户端
13、初始化,由服务器服务。领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-(3)NMT网络管理对象网络管理对象提供网络管理(如初始化、启动和停止节点,侦测失效节点)服务。提供网络管理(如初始化、启动和停止节点,侦测失效节点)服务。网络管理中,同一个网络中只允许有一个主节点、一个或多个从节点,网络管理中,同一个网络中只允许有一个主节点、一个或多个从节点,并遵循主从模式。并遵循主从模式。有一个节点专门作为有一个节点专门作为NMT管理者(管理者(NMT主节点)主节点)主节点向从节点发送的主节点向从节点发送的NMT命令结构。如果节点
14、命令结构。如果节点ID是是0表示命令会被广表示命令会被广播至所有从节点播至所有从节点任何任何NMT从设备在上电时都必须主动报告自己上电信息,便于从设备在上电时都必须主动报告自己上电信息,便于NMT主主设备进行管理。设备进行管理。领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-(4)特殊功能对象)特殊功能对象同步对象同步对象紧急对象紧急对象时间标记对象时间标记对象同步对象同步对象功能:由同步生产者向网络进行周期性的广播,该对象提供基本的网络时功能:由同步生产者向网络进行周期性的广播,该对象提供基本的网络时钟钟通信方式:生产
15、者通信方式:生产者/消费者模式消费者模式领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-紧急对象紧急对象通信方式:生产者通信方式:生产者n/消费者消费者1功能:网络中的节点检测到硬件或软件的错误可以将其通过紧急对象通知其他功能:网络中的节点检测到硬件或软件的错误可以将其通过紧急对象通知其他节点。节点。CANopen错误包含两类错误:错误包含两类错误:通信错误和应用错误通信错误和应用错误时间标记对象时间标记对象通信方式:生产者通信方式:生产者/消费者模式消费者模式功能:为应用设备提供公共的时间帧参考功能:为应用设备提供公共
16、的时间帧参考。领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-CANopen 预定义连接集预定义连接集为了减小简单网络的组态工作量,为了减小简单网络的组态工作量,CANopen定义了强制性的缺省标识符定义了强制性的缺省标识符(CAN-ID)分配表。这些标志符在预操作状态下可用,通过动态分配还可)分配表。这些标志符在预操作状态下可用,通过动态分配还可修改他们。修改他们。缺省缺省ID分配表是基于分配表是基于11位位CANID,包含一个,包含一个4位的功能码部分和一个位的功能码部分和一个7位位的节点的节点ID(Node-ID)
17、部分。其中的部分。其中的7位部分即为网络中设备的节点地址。位部分即为网络中设备的节点地址。图3-1 预定义连接集IDNode-ID由系统集成商定义。由系统集成商定义。Node-ID范围是范围是1127(0不允许被使用)。不允许被使用)。如下表格如下表格CANopen预定义主预定义主/从连接集从连接集CAN标识符分配表。标识符分配表。领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-领跑工业自动化新趋势 New Dynamics Leading Industry Automaitionwww.elco-我们读取到一组编码器数
18、据是我们读取到一组编码器数据是0 x181 0 x30 0 x1F 0 x00 0 x181 0 x30 0 x1F 0 x00 0 x000 x00,我们应该如,我们应该如何理解呢?首先,何理解呢?首先,“0 x”0 x”只是一个符号,它代表了紧跟着的数据是十六进制的(等只是一个符号,它代表了紧跟着的数据是十六进制的(等同于在数据后面直接标同于在数据后面直接标“H”H”,上述表达式也可以表述为,上述表达式也可以表述为181H 30H 1FH 181H 30H 1FH 00H 00H 00H00H),),“181”181”我们查看上表后发现,它包含在我们查看上表后发现,它包含在PDO1PDO1
19、(发送)里面,它代(发送)里面,它代表了是由编码器发出的过程数据对象,表上显示是表了是由编码器发出的过程数据对象,表上显示是“181H1FFH”181H1FFH”,这是因为,这是因为COB-COB-IDID包含了节点号信息,地址包含了节点号信息,地址1 1对应着对应着181H181H,地址,地址2 2对应了对应了182H182H,以此类推,最大,以此类推,最大127127个节点。个节点。“0 x30 0 x1F 0 x00 0 x30 0 x1F 0 x00 0 x000 x00”就代表了数据内容,在就代表了数据内容,在CANCAN协议内,帧数据协议内,帧数据是低位在前,高位在后的。所以上述数
20、据直接读取后得出编码器送出是低位在前,高位在后的。所以上述数据直接读取后得出编码器送出1F30H1F30H,这就,这就代表了编码器的当前位置值。代表了编码器的当前位置值。那在总线上面,多个节点同时发送数据不会产生冲突么?以前我们说过,那在总线上面,多个节点同时发送数据不会产生冲突么?以前我们说过,CAN协议协议具有仲裁,这里简单介绍一下仲裁是如何实现的。上面说了,具有仲裁,这里简单介绍一下仲裁是如何实现的。上面说了,COB-ID包含了节点包含了节点号信息,也就是说,只要总线上的设备节点号不同,所送出的广播报文的号信息,也就是说,只要总线上的设备节点号不同,所送出的广播报文的COB-ID肯定是不
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