CANopen入门教程：从DS301到PDO解析

CANopen轻松入门 CANopen是一种基于控制器局域网络（CAN，Controller Area Network）的通信协议，主要用于工业自动化领域的设备间通信。它遵循国际标准IEC 61375，并且其核心规范DS301定义了网络层和应用层的详细规则。本教程面向初次接触CANopen的用户，旨在提供一个快速而全面的入门指南。 1. **CANopen在ISO层级中的位置** 在ISO/OSI七层模型中，CANopen主要集中在物理层（Physical Layer）和数据链路层（Data Link Layer），同时它还定义了一套应用层（Application Layer）的协议，包括对象字典、网络管理和通信服务等。 2. **CANopen协议的诞生和发展** CANopen起源于1990年代，由CiA（CAN in Automation）组织提出，目的是为了解决CAN网络上的应用层通信问题。随着自动化技术的发展，CANopen已成为工业领域广泛应用的通信标准。 3. **CANopen的预定义报文ID分类** 报文ID在CAN网络中是标识不同类型消息的关键。CANopen将报文ID分为不同的类别： - **网络管理（NMT）与特殊协议（Special protocols）**：包括启动、停止、心跳等管理报文。 - **过程数据对象（PDO）和服务数据对象（SDO）**：PDO用于实时数据传输，SDO用于非实时参数配置和诊断。 4. **对象字典OD（Object Dictionary）** 对象字典是CANopen的核心组成部分，存储了节点的所有配置信息和动态数据。它分为多个子协议区，如： - **通讯对象子协议区（Communication profile area）**：包含标准通信对象。 - **通用通讯对象（General communication objects）**：如NMT、SDO等。 - **制造商特定子协议（Manufacturer-specific Profile）**：允许制造商添加定制功能。 - **标准化设备子协议区（Standardized profile area）**：定义了特定设备的功能和行为。 - **对象字典与EDS文件**：EDS（Engineering Data Specification）文件是描述对象字典的标准格式，用于配置和通信。 5. **网络管理NMT（Network Management）与CANopen主站** - **NMT节点状态**：每个节点有启动、停止、预操作等状态。 - **NMT节点上线报文**：主站发送上线命令来通知节点进入工作状态。 - **NMT节点状态与心跳报文**：节点通过心跳报文向主站报告其状态。 - **NMT节点守护**：主站通过监控心跳报文来确保网络的正常运行。 - **NMT节点状态切换命令**：主站可以控制节点的状态变化。 - **CANopen主站设备**：主站负责整个网络的管理和协调。 6. **过程数据对象PDO（Process Data Object）** PDO用于高效传输实时数据，具有以下特性： - **PDO的CAN-ID定义**：每个PDO有独立的CAN标识符，用于区分不同的PDO。 - **PDO的传输形式**：分为传输型PDO（TPDO）和接收型PDO（RPDO），分别用于发送和接收数据。 - **PDO映射**：配置PDO与对象字典中的变量之间的关系。 7. **服务数据对象SDO（Service Data Object）** SDO是配置和诊断的通道，支持上行和下行通信，用于读写对象字典中的参数。 通过本教程，初学者将能够理解CANopen的基本原理，熟悉网络管理、PDO和SDO的概念，并学会如何利用这些工具进行设备间的通信。掌握CANopen对于开发和集成工业自动化系统至关重要。