?????????????????????????????????????????? CANopen協議
????????????????????????????????????????? CANopen的發展
?? ?20世紀80年代，由于汽車行業的需要而出現了CAN-bus。CAN-bus只定義了OSI通信模型中的第一層（物理層）和第二層（數據鏈路層），而沒有定義應用層，因此各個廠商都可以定義自己的應用層協議，這樣不利于工業的發展。為了統一標準，在CAN-bus的應用層相繼出現了CANopen、DeviceNet、J1939等應用層協議。
?? ?CANopen協議是在20世紀90年代末由CIA（CAN-in-Automation）組織在CAL（CAN Application Layer）的基礎上發展而來的，一經推廣便在歐洲得到了廣泛的承認。經過對CANopen協議規范文本的幾次修改，使得CANopen協議在穩定性、實時性、抗干擾性上都得到了提高，并且CIA不斷地在各個行業推出標準協議描述文本，使得CANopen在各個行業中更快速地發展與推廣。

?????????????????????????????????????????? 對象字典OD
??? CANopen協議最核心的概念就是對象字典(Object Dictionary)，整個設備的功能都是通過對象字典來描述的。在一個特定的CANopen設備中必須擁有通信參數描述區(0x1000~0x1FFF)和設備功能描述區(0x2000~0x5FFF 或0x6000~0x9FFF)，其他的區域僅僅表示數據類型。
??? 對象字典分為主索引（16位）與子索引（8位），通過電子數據表格(EDS)來描述。設備子協議為對象字典中的每個對象描述了它的功能、名字、索引和子索引、數據類型以及這個對象是必需的還是可選的，這個對象是只讀、只寫或者可讀寫等。

???????????????????????????????????????? CANopen通信
??? CANopen協議定義了四種通信對象，分別為管理報文對象、服務數據對象SDO(Service Data Object)、過程數據對象PDO(Process Data Object)、預定義報文或者特殊功能對象。
?? ?一個CANopen設備必須支持一定數量的網絡管理服務（管理報文，administrative messages），需要至少一個SDO，每個生產或消費過程數據的設備需要至少一個PDO，所有其它的通信對象是可選的。一個CANopen設備中CAN-bus通信接口、對象字典和應用程序之間的聯系如圖 1所示。

?

?????????????????????????????????? CANopen節點開發
??? 主節點與從節之間的主要區別在于主節點具有管理報文(NMT)以及服務數據客戶端(client)等功能，有了這些功能，主節點就可以管理CANopen網絡。對于開發主節點和從節點設備來說有著較大的區別，主節點主要負責整個網絡的管理并且能加載所有節點的EDS文件，例如主節點可以管理任意一個從節點進入特定的工作狀態、配置從節點的參數、完成與從節點的數據交換等功能。從網絡結構來說從節點屬于被動設備，受主站管理，從節點只需要支持PDO、SDO服務器、預定義或特殊功能對象。

????????????????????????????????????? CANopen組網通信
??? 在一個完整的CANopen網絡中可有兩種組網方式。
?? ?(1)CANopen網絡中，需要一個CANopen主節點設備和至少一個CANopen從節點設備；
?? ?(2)CANopen網絡中，至少需要兩個CANopen從節點，由于CANopen可以支持點對點的工作方式，即對CANopen從節點配置正確的情況下，CANopen網絡中沒有主節點，從節點與從節點之間也能夠建立通信并完成實時數據的交換過程。
?? ?對于第一種組網方式需要一個CANopen主站，現階段能提供的CANopen主站有很多種可以選擇，例如工業電腦、PLC、工控主機等。主站的開發方式可以選擇帶CANopen API函數的主站卡、帶OPC服務器的主站卡或者帶CANopen主節點的PLC，如圖2所示。

?

??????????????????????????????????????? CANopen節點設計
??? 對于一個現有的CANopen網絡，由于功能上的需求，需要把不具有CANopen協議的串行設備（如RS232/RS485等設備)添加到CANopen網絡，這種情況下就需要用到網關設備（不同協議的轉換設備），其聯網示意圖如圖2所示。

??????????????????????????????????????????? 從節點設計
??? 設計CANopen從節點的方案非常多，例如51MCU+SJA1000+CTM8251T(PCA8251T)、LPC2119＋CTM-8251T、FPGA＋SJA1000＋CTM8251T等方案。如果用戶所設計的CANopen從節點設備功能相對簡單，可選用價格較便宜的51單片機的方案。如果用戶設計的CANopen從節點的功能比較復雜，代碼可能占有大量的CODE和RAM空間，因此建議選擇LPC2119方案。如果要求設備運行速度快，則可選FPGA方案。這些節點的設計方案中都需要對CANopen協議有深入的了解，并編寫出符合CANopen協議標準的代碼。
??? 為了簡化CANopen從節點的設計，用戶可以選擇由廣州致遠電子有限公司所生產的CANopen從站模塊，該模塊支持用戶二次開發，并且已經固化了CANopen從節點的核心代碼(符合CANopen規范標準)，提供API函數供用戶使用，可使從節點的性能更加穩定、開發速度更快、使用更方便。

??????????????????????????????????????????? 主節點設計
??? 在CANopen主節點的設計中，因為主節點需要管理最多127個的從節點，所以對于主站的硬件資源要求較高，主節點的設計通常有以下幾種方案。
?? ?(1)工業電腦＋PCI CANopen主站卡，這種方案簡單方便，可通過主站卡提供的API函數或OPC服務器輕松完成主站的設計或組態；
?? ?(2)嵌入式工控主機（WinCE或linux），這種方案也可以利用供應商提供的CANopen主站函數庫或CANopen主站卡來實現CANopen主節點功能；
?? ?(3)PLC（CANopen主節點），這種方案對用戶來說也是比較簡單的方案，只需要用戶對PLC進行編程，可以完成CANopen主節點的組態應用，但費用較高。
?? ?用戶可根據實際情況進行方案選擇，用最少的時間和費用完成最穩定的主節點，實現用戶的最佳選擇。

?????????????????????????????????????????? 節點抗干擾設計
??? ESD脈沖、電源瞬變、總線浪涌等現象是影響網絡通信、損壞設備的主要原因。設計CAN-bus電路時，可以選擇微型封裝的專用ESD保護元件PESDxCAN，以對抗ESD及其他電壓突變脈沖?？梢园惭bCAN-bus共模扼流圈BZ82793，以確保設備的電磁兼容性，抑制耦合干擾。同時，外置CAN-bus總線防雷器可以降低雷電、大電流浪涌對野外安裝設備的損壞幾率。

??????????????????????????????????? CANopen在紡織機械中的應用
??? 改革開放30年來，國內針織行業迅猛發展，傳統的手搖橫機已經無法滿足復雜花型編制的要求，也無法提高生產效率。全自動電腦橫機是國內毛衫企業發展壯大的必然趨勢。它可以大大提高生產效率，保證產品質量。
??? 由于CANopen協議的獨特優勢，非常適合用作紡織機械的通信協議，可參考CANopen標準協議描述文本DS414。NetEPC-8900集成了CANopen協議主站函數庫，能實現管理多達127個節點的CANopen網絡，TinyARM模塊帶有CANopen從節點的函數庫，可實現絕大部分工業控制要求。應用CANopen協議構成的CAN-bus網絡可使整個系統完全自動工作，無需人工參與，可以大大減少企業人力資源成本，提高生產效率，保證產品質量。其方案如圖 3所示。

?

??? 基于NetEPC-8900的全自動電腦橫機采用廣州致遠電子有限公司生產的NetEPC-8900為控制主機，通過CANopen網絡連接CANopen節點（TinyARM T23系列）來實現。工作人員在監控服務器上生成需要生產服飾的花型文件；通過以太網下載到NetEPC-8900上；NetEPC-8900解析花型文件后，通過CANopen節點(TinyARM T23系列)的PWM信號控制搖床電機工作，通過CANopen節點（TinyARM T23系列）的I/O信號控制選針器工作，通過CANopen節點（TinyARM T23系列）的D/A信號控制卷布電機和壓針電機工作；通過CANopen節點(TinyARM T23系列)控制紗嘴三角系統動作。NetEPC-8900通過連接LCD顯示器指示橫機當前的狀態信息。工作人員也可以通過監控服務監控生產的衣服產量。
?? ?現階段的中國在工業領域與歐洲、美國等其他先進國家存在較大的差距。CANopen作為先進的通信協議在歐洲等其他的發達國家都已得到了廣泛應用，在中國的推廣與應用還處于起步階段，在我國正大力發展工業的時代，CANopen有著重大的發展前景與機遇。
?? ?廣州致遠電子有限公司提供CANopen主站卡、CANopen數據采集模塊、CANopent協議網關等產品，并提供CANopen軟件支持與網絡服務等。