現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一SJA100實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通訊一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解CAN總線的基本知識(shí)2 掌握CAN控制器SJA1000的使用方法3 掌握硬件及軟件的設(shè)計(jì)方法二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+試驗(yàn)系統(tǒng)兩套 +i386EX系統(tǒng)版兩塊三、 實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容1.CAN總線單元中，SJA1000與控制計(jì)算機(jī)的接口2.實(shí)驗(yàn)原理將兩臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備構(gòu)成的CAN節(jié)點(diǎn)連到同一根CAN總線上，總線上的任意節(jié)點(diǎn)均可向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)收到另一節(jié)點(diǎn)的報(bào)文后，可將該報(bào)文在屏幕上顯示。發(fā)送報(bào)文采用按鍵啟動(dòng)方式，每按動(dòng)一次按鍵，發(fā)送一幀報(bào)文。報(bào)文結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)展幀的格式共13個(gè)字節(jié)，位于CAN地

2、址的16-28。該實(shí)驗(yàn)采用固定通信速率50kbps，接收?qǐng)?bào)文采用單濾波方式，為了試驗(yàn)程序的統(tǒng)一，將驗(yàn)收屏蔽寄存器AMR0-AMR3全部設(shè)定為FF（無(wú)關(guān)，不過濾）。3.實(shí)驗(yàn)接線圖如圖1-1。其中IRQ7表示內(nèi)部主片8259的7號(hào)中斷，用作接受報(bào)文中斷。圖1-14.參考程序流程圖如圖1-2，1-3，1-4圖1-2圖1-3圖1-4四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 參考流程圖閱讀程序，然后編譯，鏈接，裝在程序。參考程序在CAN86目錄下的FuncMain.C2. 按照實(shí)驗(yàn)線路圖1-1接線，將單次階躍單元中的電位器旋至最大，檢查無(wú)誤后開啟設(shè)備電源。3. 分別運(yùn)行節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2的程序，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可隨時(shí)發(fā)送報(bào)文，每按動(dòng)一次

3、按鍵就啟動(dòng)報(bào)文發(fā)送，可在另一節(jié)點(diǎn)觀測(cè)接受到的報(bào)文，檢查接收的報(bào)文和發(fā)送的報(bào)文是否一致.五、思考題1. 解釋TxDataBuf緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的含義，特別是描述符區(qū)。2. 解釋驗(yàn)收屏蔽寄存器代碼和驗(yàn)收代碼寄存器代碼。3. 寫出設(shè)置波特率為100k的語(yǔ)句。4. 寫出設(shè)置驗(yàn)收濾波為雙濾波模式的語(yǔ)句。5. 改變發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)，觀察接收方。五、 選做1、 如何將雙機(jī)通訊改為多機(jī)通訊，并增加廣播功能（學(xué)生的AMR=FFFF FFFF）。2、 當(dāng)TxDataBuf緩沖區(qū)中最后2個(gè)數(shù)據(jù)為OK，在接收方的屏幕上顯示出來(lái)。實(shí)驗(yàn)二、基于CAN總線的溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解CAN總線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及通訊協(xié)

4、議設(shè)計(jì)；2. 掌握在CAN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制的方法；二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)N臺(tái)，TDACC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)N套（包括控制機(jī)），RS232_CAN轉(zhuǎn)換器一塊三、 實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容1CAN總線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在了解了CAN總線的基本知識(shí)和SJA1000的使用方法后，可以把現(xiàn)有的基于CAN接口的設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)；再結(jié)合PID溫度閉環(huán)控制的內(nèi)容，就可以在CAN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制。對(duì)于初學(xué)者特別關(guān)心的可能是如何組網(wǎng)和通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程一點(diǎn)點(diǎn)的展現(xiàn)出來(lái)，從而起到拋磚引玉的作用，學(xué)生可以由此一步一步深入下去，達(dá)到真正掌握CAN總線的目的。實(shí)驗(yàn)中網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：圖11

5、CAN總線網(wǎng)絡(luò)上由N臺(tái)CAN節(jié)點(diǎn)和1臺(tái)服務(wù)器組成，通訊波特率為50Kbps服務(wù)器作為主控臺(tái)可以通過CAN總線實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，可以控制節(jié)點(diǎn)的啟動(dòng)、停止和修改參數(shù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)溫度閉環(huán)控制器，被控對(duì)象可以是烤箱或溫度單元，控制結(jié)果可以本機(jī)顯示同時(shí)發(fā)往服務(wù)器。2通訊協(xié)議本實(shí)驗(yàn)中的協(xié)議采用SJA1000的PeliCAN模式，擴(kuò)展幀類型和單濾波方式。而要完成點(diǎn)-點(diǎn)、點(diǎn)-多點(diǎn)（廣播）這樣的通信，采用雙濾波方式更為方便。擴(kuò)展幀由幀信息、標(biāo)識(shí)碼和數(shù)據(jù)組成，幀信息1個(gè)字節(jié)，標(biāo)識(shí)碼4個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不定最多有8個(gè)字節(jié)。擴(kuò)展幀類型：76543210幀信息FFRTR××DLC

6、3DLC2DLC1DLC0標(biāo)識(shí)碼1ID28ID27ID26ID25ID24ID23ID22ID21標(biāo)識(shí)碼2ID20ID19ID18ID17ID16ID15ID14ID13標(biāo)識(shí)碼3ID12ID11ID10ID9ID8ID7ID6ID5標(biāo)識(shí)碼4ID4ID3ID2ID1ID0×××根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求：FF位為1表示擴(kuò)展幀，RTR位為0表示遠(yuǎn)程幀，DLC3DLC0表示該幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的長(zhǎng)度，范圍08。ID28ID24：優(yōu)先級(jí)設(shè)定ID23ID21：教師節(jié)點(diǎn)ID（共3位，參與濾波,AMR=F8FF FFFF）ID20ID13：學(xué)生節(jié)點(diǎn)ID（共8?11位，參與濾波, AMR=F800

7、 FFFF）ID12ID5：用作命令字節(jié)，詳見命令說(shuō)明ID4ID0：暫保留（不參與濾波）濾波方式：采用單濾波方式。ID分配如下表所示：3127262423161587320ID28ID24ID23ID21ID20ID13ID12ID5ID4ID0×××優(yōu)先級(jí)：5位教師節(jié)點(diǎn)：3位學(xué)生節(jié)點(diǎn)：8位命令：8位保留：5位×××命令說(shuō)明：標(biāo)識(shí)碼3（ID125）用做命令字節(jié)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，規(guī)定了4個(gè)命令：命令字：0x50功能說(shuō)明：停止節(jié)點(diǎn)的PID程序的執(zhí)行。參數(shù)： 無(wú)命令字：0x51功能說(shuō)明：?jiǎn)?dòng)節(jié)點(diǎn)的PID程序的執(zhí)行。參數(shù)： 無(wú)命令字：0x52功

8、能說(shuō)明：修改節(jié)點(diǎn)的PID的相關(guān)參數(shù)。參數(shù)： 給定值（SPEC），采樣周期（TK），積分分離值（IBAND），比例系數(shù)（KP），積分系數(shù)（TI），微分系數(shù)（TD）。命令字：0x53功能說(shuō)明：將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的PID的相關(guān)參數(shù)發(fā)送到服務(wù)器。參數(shù)： 給定值（SPEC），采樣周期（TK），積分分離值（IBAND），比例系數(shù)（KP），積分系數(shù)（TI），微分系數(shù)（TD）。數(shù)據(jù)1中存放的是示波器通道1的波形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)2中存放的是示波器通道2的波形數(shù)據(jù)。關(guān)于命令，共8位，可以有修改節(jié)點(diǎn)參數(shù)，如驗(yàn)收代碼及驗(yàn)收屏蔽寄存器的修改；也可以有應(yīng)用程序參數(shù)修改，如修改PID參數(shù)。四、 參考流程圖五、 實(shí)驗(yàn)步驟1先將節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器

9、接入CAN網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的接線圖見圖1-2，服務(wù)器和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的接線圖參照?qǐng)D1-1。圖122服務(wù)器端運(yùn)行程序CANBUS.EXE，點(diǎn)擊“串口”，選擇正確的串口連接，保證轉(zhuǎn)換器連接正常。此時(shí)如果有節(jié)點(diǎn)接入CAN網(wǎng)絡(luò)并向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，界面上會(huì)顯示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的給定值和測(cè)量值。3節(jié)點(diǎn)端運(yùn)行調(diào)試軟件TD-ACC.EXE，打開參考程序ACC-CAN.C，修改節(jié)點(diǎn)號(hào)與本機(jī)的機(jī)號(hào)一致，打開電源，編譯連接并裝載程序，運(yùn)行程序。4服務(wù)器端可實(shí)時(shí)檢測(cè)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，也可以點(diǎn)擊“系統(tǒng)（S）”菜單中“節(jié)點(diǎn)配置（N）”，來(lái)控制節(jié)點(diǎn)控制器的運(yùn)行、停止并能在線修改節(jié)點(diǎn)的PID參數(shù)。點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)的歷史曲線可以觀測(cè)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行

10、的情況。六、 思考題1. 修改節(jié)點(diǎn)號(hào)，觀察上位機(jī)和下位機(jī)的識(shí)別情況。2. 解釋發(fā)送數(shù)據(jù)處理函數(shù)中，TxDataBuf緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的含義。3. 在上位機(jī)上修改給定值，觀察溫度控制變化，記錄2組波形。8實(shí)驗(yàn)三 CANopen總線控制系統(tǒng)演示CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線基礎(chǔ)一、CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介：CANopen 是一種用于工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。它尤其適合實(shí)時(shí) PLC控制系統(tǒng)使用，因?yàn)槠涓咝А⒌统杀镜慕鉀Q方案最適用于嵌入式工業(yè)應(yīng)用程序。CANopen是基于CAN總線開發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線。因此在了解CANopen協(xié)議前，熟悉一下CAN總線是很有必要的。CAN的全稱是：Controller Area

11、Network（控制器局域網(wǎng)），主要用于各種過程檢測(cè)及控制。CAN最初是由德國(guó)BOSCH公司為汽車監(jiān)測(cè)和控制而設(shè)計(jì)的。ABSCANCAN busHeadlightsCANDoorsCANTransmissionCANEngineControlCANDriversFloor BoardCANDashboardCANTail lightsCAN圖3-1 CAN bus 在汽車檢測(cè)和控制系統(tǒng)中的應(yīng)用目前CAN已逐步應(yīng)用到其它工業(yè)控制中，現(xiàn)已成為ISO-11898國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。CAN總線網(wǎng)絡(luò)遵循ISO網(wǎng)絡(luò)模型中，第1層（物理層）；第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）；第7層（應(yīng)用層）。而CANopen 協(xié)議是從 CAN

12、Application Layer 的一個(gè)子集設(shè)計(jì)而成的協(xié)議。CANopen 是 CiA (CAN in Automation) 協(xié)會(huì)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，從其一面市就立刻備受矚目。在歐洲，CANopen 被認(rèn)為是基于 CAN 概念設(shè)計(jì)的工業(yè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。 7應(yīng)用層CiACANopen協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) DS-301CAL= CAN Application Layer 6表示層5會(huì)話層4傳輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層CAN 2.0A and B + ISO118981物理層CAN 2.0A and B = ISO11898ISO 11898 + DS-102表3-1CANopen ISO 模型對(duì)應(yīng)表二、CANopen現(xiàn)

13、場(chǎng)總線基礎(chǔ)：1、物理層：· CANopen是基于CAN總線開發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線，因此，CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層就是CAN總線的物理層，CAN總線使用以差分方式控制的兩線總線。CAN信號(hào)為CAN-high和CAN-low之間的電壓差。(下圖是CAN物理層組件的介紹)123566654編號(hào)描述1CAN-high線2CAN-low線3CAN-high/CAN-low信號(hào)電位差4CAN_GND線5120W終端電阻6接入總線設(shè)備表3-2 CAN物理層組件· CANopen總線波特率與總線長(zhǎng)度匹配：波特率(kbit/s)1000800500250125502010總線最大長(zhǎng)度(m)20

14、40100250500100025005000表3-3 CANopen總線最大傳輸距離2、數(shù)據(jù)鏈路層：· CAN數(shù)據(jù)幀的類型：Ø CAN數(shù)據(jù)幀：Ø CAN遠(yuǎn)程幀：Ø CAN錯(cuò)誤幀：（同CAN數(shù)據(jù)幀）3、應(yīng)用層：· CANopen Messages Types:Ø PDO (Process Data Object)主要用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者的通訊方式包括TPDO(傳輸PDO)/RPDO(接收PDO)Ø SDO (Service Data Object)主要用于參數(shù)讀寫基于服務(wù)器/客戶端的通訊方式包括SDO_T(傳輸

15、SDO)/SDO_R(接收SDO)Ø NMT (Network Management)用于網(wǎng)絡(luò)管理的指令基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者的通訊方式Ø Error Control用于發(fā)送網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)狀態(tài)消息 基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者的通訊方式· COB-ID (Communication object identifier)/CAN-ID (CAN identifier)COB-ID/CAN-ID 是CANopen通訊協(xié)議中，最重要的通訊標(biāo)志之一，它是CANopen message中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)示，用來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)中CANopen-message的類型。圖3-3 CANopen message

16、COB-ID是由11位數(shù)據(jù)組成，其中高4位表示通訊功能碼，低7位表示總線設(shè)備的地址。COB-ID/CAN-IDCOBFunction codeNode (Slave)-ID109876543210NMT (0h)00000SYNC (080h)00010TIME (100h)00100EMCY (081h0ffh)00010127TPDO1 (181h1ffh)00110127RPDO1 (201h27fh)01000127TPDO2 (281h2ffh)01010127RPDO2 (301h37fh)01100127TPDO3 (381h3ffh)01110127RPDO3 (401h47f

17、h)10000127TPDO4 (481h4ffh)10010127RPDO4 (501h57fh)10100127SDO_T (Server) (581h5ffh)10110127SDO_R (Client) (601h67fh)11000127Free (680h6DF)1101Error control (701h77fh)11100127表3-4 11 bits CAN應(yīng)用層通訊標(biāo)識(shí)表q 例1：PDO服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的標(biāo)識(shí) (COB-ID)MasterSlave_6Address: 6Slave_63Address: 63CANopen Field busRPDO3RPDO1TPDO3Sl

18、ave_6: RPDO1=>COB-ID=201h+5h=206hSlave_63:TPDO3=>COB-ID=381h+3Eh=3BFh RPDO3=>COB-ID=401h+3Eh=43FhCANopen Object DictionaryCANopen Object Dictionary是用來(lái)定義CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的通訊服務(wù)地址和設(shè)備參數(shù)地址的表格，通常它是以.eds文件形式提供給用戶使用。用戶在配置CANopen現(xiàn)場(chǎng)總現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要在主站中加入網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)從站的.eds文件，從而可以實(shí)現(xiàn)主站對(duì)各個(gè)從站的通訊訪問。通俗的說(shuō)，CANopen Object Dicti

19、onary就是存放各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備通訊服務(wù)及設(shè)備參數(shù)的地址表。CANopen Object DictionaryIndex (Hex)Object0011009f數(shù)據(jù)類型區(qū)00A00FFF保留10001FFF網(wǎng)絡(luò)通訊和地址映射區(qū)20005FFF設(shè)備廠商參數(shù)定義區(qū)60009FFF標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備參數(shù)定義區(qū)A000FFFF保留表3-5 CANopen Object dictionary表CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)一、CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)驗(yàn)環(huán)境1、CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備表：硬件類型名稱型號(hào)數(shù)量MasterPLCM340 Ethernet/CANopenBMX P34 20301BMX CPS

20、35001BMX XBP 06001BMX DDI 16021BMX DDO 16021SlaveRemote I/OOTBOTB 1C0 DM9LP2STBSTB NCO 22121STB PDT31001STB DDI36101STB DDO36001STB AVI12701STB AVO12501STBXBA22001STBXBA10004STBXTS11001FTBFTB 1CN08E08SP02Motor TeSys ULULC081LUB121LUCM12BL1DriveATV31ATV31H018M21ATV71ATV71H037M31OthersCablePLC Program

21、 cableBMXXCAUSBH0181CANopen cableTSX CAN CA501Preassembled cableTSX CAN CBDD032TSX CAN CBDD12FTX CN 32031FTX CNTL121FTX DP21151FTX DP22061VW3 CAN CARR12TerminalM340 terminal stripBMX FTB20102TapSUB-D9TSX CAN TDM42RJ45VW3 CAN TAP21InterfaceConnectorsTSX CAN KCD F90T1ConnectorsTSX CAN KCD F90TP1軟件Program softwareUnityPro SUNY SPU SFU CD301表3-6 實(shí)驗(yàn)設(shè)備2、CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線示意圖：Program SoftwareUnityPro SSlave1: Remote I/OSTB: STB NCO 2212Address: 1Slave2: Remote I/OOTB: OTB 1C0 DM9LP Address: 2Slave10: Remote I/OOTB: OTB 1C0