GCAN4055 CANopen接口DIDO数据采集模块.docx
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GCAN4055CANopen接口DIDO数据采集模块
GCAN-4055
CANopen接口DI/DO数据采集模块
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V3.10(2018/04/02)
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V3.01
2014/10/22
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V3.02
2017/04/11
修改部分参数
V3.07
2017/06/17
修改部分描述及参数
V3.10
2018/04/02
添加关于守护时间的描述
目录
1功能简介4
1.1功能概述4
1.2性能特点4
1.3典型应用4
1.4原理框图5
2设备安装6
2.1CAN总线连接6
2.2数字量输入/输出连接6
2.2模块接口定义6
3设备使用8
3.1电源连接8
3.2CAN连接8
3.3CAN总线终端电阻9
3.4系统状态指示灯9
4配置说明11
4.1CAN节点号配置11
4.2CAN波特率配置11
5通讯报文格式13
5.1节点状态13
5.2NMT命令13
5.3PDO命令15
5.4SDO命令17
6GCAN-4055对象字典20
7使用注意23
8技术规格24
附录A:
CAN2.0A协议帧格式25
附录B:
CANopen协议简介26
附录C:
数字量输入输出说明33
1数字量输入33
2数字量输出36
1功能简介
1.1功能概述
GCAN-4055模块是集成1路标准CANopen接口、8路开关量输入通道、8路开关量输出通道的工业级CANopen数字量输入输出模块。
采用GCAN-4055模块,用户可用于采集数字量输入信号,并输出数字量信号,控制开关,实现远程开关设备和CANopen网络之间的连接,构成CANopen网络中数据量信号采集、输出的控制节点。
GCAN-4055模块是数字量信号采集和输出的关键性工具,同时该模块具有体积小巧、接线便捷等特点。
GCAN-4055模块的总线接口集成隔离保护模块,使其避免由于瞬间的过压过流而对模块造成损坏。
采用DIN导轨的固定方式,可使其更容易集成到各种控制柜中。
1.2性能特点
●CAN-bus支持CAN2.0A帧格式,符合ISO/DIS11898规范;
●CAN-bus通讯波特率在10Kbps~1Mbps之间任意可编程;
●CAN-bus接口采用电气隔离,隔离模块绝缘电压:
DC1500V;
●使用9~30VDC供电,140mA(静默态电流:
40mA);
●数字量输入通道数:
8路;
●数字量输出通道数:
8路;
●数字量输入信号:
支持干接点、湿接点输入;
●湿接点数字量输入高电平信号(数字1):
+5V~30V;
●湿接点数字量输入低电平信号(数字0):
≤+3V;
●数字量输出信号:
集电极开漏输出,最大负载电压+30V,最大漏电流150mA;
●DI、DO、CANopen接口使用端子接口;
●使用拨码开关配置模块波特率及节点号;
●可用配套卡轨连接件,安装到DIN卡轨上;
●工作温度范围:
-40℃~+85℃;
●尺寸:
(长)121mm*(宽)70mm*(高)26mm。
1.3典型应用
●工业现场网络数据监控;
●煤矿、油井远程通讯;
●CAN教学应用远程通讯;
●CAN工业自动化控制系统;
●智能楼宇控制数据广播系统等CAN-bus应用系统。
1.4原理框图
GCAN-4055模块包含8路数字量隔离输入、8路数字量隔离输出、电源电路、MCU最小系统、CAN通信电路等几部分,模块原理框图如图1.1所示。
图1.1GCAN-4055原理框图
2设备安装
本章介绍了用户使用GCAN-4055模块时的连接方法及注意事项。
2.1CAN总线连接
GCAN-4055模块集成1路CAN-bus通道,由插拔式接线端子引出,可以用于连接1个CAN-bus网络或者CAN-bus接口的设备。
接线端子的引脚定义如表2.1所示。
端口
名称
功能
CAN
CAN_GND
CAN总线接地
CAN_L
CAN总线低
CAN_PE
CAN总线屏蔽
CAN_H
CAN总线高
表2.1GCAN-4055的CAN-bus信号分配
实际使用中,大多数情况仅需将CAN_H与总线CAN_H相连,CAN_L与总线CAN_L相连即可实现通信。
2.2数字量输入/输出连接
数字量输入连接请参考本文档图5.3、图5.4,数字量输出连接请参考本文档图5.9。
2.2模块接口定义
GCAN-4055模块拨码开关及端子接口定义如图2.1、图2.2所示。
GCAN-4055使用端子接线方式,便于工业现场使用。
如图2.1,GCAN-4055模块拨码开关最左侧为复位按键,默认在下方,为调试接口,请不要拨动。
复位按键右侧7位为节点号设置开关。
最右侧4位为波特率设置开关。
左侧为高位,右侧为低位。
图2.1GCAN-4055模块拨码开关
如图2.2,GCAN-4055模块端子引脚功能说明如下:
●V-:
连接电源负极
●PE:
屏蔽线接口
●V+:
连接电源正极(+10V~+30VDC)
●DI_COM:
连接干接点输入信号的的参考地
●DI_GND:
连接湿接点输入共地端
●DI_0~DI7:
连接数字量输入通道0~7正端
●CAN_GND:
CAN总线地线(GND)
●CAN_L:
CAN总线低线(Low)
●CAN_PE:
CAN总线屏蔽
●CAN_H:
CAN总线高线(High)
●DO_GND:
数字量输出信号的参考地
●DO_0~DO7:
连接数字量输出通道0~7正端
图2.2GCAN-4055模块端子
3设备使用
3.1电源连接
GCAN-4055模块支持工业现场常见的+9-30VDC直流电源。
为保证模块可靠工作,建议您使用+12V或+24V的DC直流稳压电源。
GCAN-4055模块电源提供反接保护,可防止用户因电源接线错误损坏模块。
3.2CAN连接
GCAN-4055模块接入CAN总线连接方式如2.2中介绍,将CAN_H连CAN_H,CAN_L连CAN_L即可建立通信。
CAN-bus网络采用直线拓扑结构,总线最远的2个终端需要安装120Ω的终端电阻;如果节点数目大于2,中间节点不需要安装120Ω的终端电阻。
对于分支连接,其长度不应超过3米。
CAN-bus总线的连接如图3.1所示。
图3.1CAN-bus网络的拓扑结构
请注意:
CAN-bus电缆可以使用普通双绞线、屏蔽双绞线。
理论最大通信距离主要取决于总线波特率,最大总线长度和波特率关系详见表3.1。
若通讯距离超过1km,应保证线的截面积大于Φ1.0mm2,具体规格应根据距离而定,常规是随距离的加长而适当加大。
波特率
总线长度
1Mbit/s
40m
500kbit/s
110m
250kbit/s
240m
125kbit/s
500m
50kbit/s
1.3km
20kbit/s
3.3km
10kbit/s
6.6km
5kbit/s
13km
表3.1波特率与最大总线长度参照表
3.3CAN总线终端电阻
为了增强CAN通讯的可靠性,消除CAN总线终端信号反射干扰,CAN总线网络最远的两个端点通常要加入终端匹配电阻,如图3.2所示。
终端匹配电阻的值由传输电缆的特性阻抗所决定。
例如双绞线的特性阻抗为120Ω,则总线上的两个端点也应集成120Ω终端电阻。
如果网络上其他节点使用不同的收发器,则终端电阻须另外计算。
图3.2GCAN-4055与其他CAN节点设备连接
请注意:
GCAN-4055模块内部未集成120Ω终端电阻。
如果节点数目大于2,中间节点不需要安装120Ω的终端电阻。
需要使用时,将电阻两端分别接入CAN_H、CAN_L即可,如图3.2所示。
3.4系统状态指示灯
GCAN-4055模块具有1个PWR指示灯、1个SYS指示灯、1个CAN指示灯来指示设备的运行状态。
这3个指示灯的具体指示功能及状态如表3.2所示。
指示灯
状态
指示状态
PWR
亮
电源供电正常
不亮
电源供电故障
SYS
闪烁
设备初始化通过,进入待机状态
CAN
绿色闪烁
CAN接口数据传输
红色
CAN接口数据传输错误
表3.2GCAN-4055模块指示灯状态
●GCAN-4055模块上电后,PWR、SYS、CAN三个指示灯立即点亮;
●当GCAN-4055模块自检完成后,SYS灯闪烁;
●当CAN端有数据传输时,CAN灯呈现绿色闪烁;
●如果CAN总线出现通讯错误,CAN灯将变红。
4配置说明
用户可使用模块上方的拨码开关自行设定GCAN-4055模块的参数,以满足实际应用场合的需要。
GCAN-4055模块的配置,包括模块的节点号和波特率两部分。
请注意:
通过拨码开关改变GCAN-4055模块的参数之后,需要重新对模块上电之后,新的参数才会生效。
4.1CAN节点号配置
如图4.1所示,拨码开关的每个位拨向“ON“位置时,该位为“1”,如果拨向“OFF”位置,则该位为“0”。
拨码开关的2-8位用于设定模块的节点号(MACID),第八位为最低位,第二位为最高位,模块的节点号(MACID)是各位对应的十进制值之和,通过拨码开关设定模块的节点号(MACID)的有效范围为0~127。
请注意:
拨码开关第一位为配置拨码,默认为OFF(下方),请不要拨动。
图4.1CAN节点号配置说明
4.2CAN波特率配置
右侧拨码开关的1-4位用于设定模块的波特率,第一位为低位,第四位为高位。
波特率与开关设置对应值如下表4.2所示。
图示
波特率
图示
波特率
1000k
800k
500k
250k
125k
100k
50k
20k
10k
图4.2CAN波特率配置说明
5通讯报文格式
本章将使用广成科技USBCAN-IIPro模块及ECANTools软件可以进行CAN总线数据的接收与发送。
软件附带的CANopen主站功能可以帮助调试CANopen从站,非常的方便实用。
使用广成科技的USBCAN总线分析仪可模拟CAN总线通信设备,进行GCAN-4055模块的通讯测试。
USBCAN总线分析仪是一种直观的CAN总线调试分析工具,使用该设备可以通过电脑监控、模拟CAN数据收发,是从事CAN总线行业的工程师必备的工具。
欢迎您可以通过本手册最后一页的联系方式购买。
5.1节点状态
GCAN-4055模块满足标准CANopenCia301协议,是标准的CANopen从站设备。
GCAN-4055启动后将主动发出一帧数据给主站,帧ID为0x700+NodeID。
例如:
通过拨码开关设置GCAN-4055的NodeID为1(以下节点号均为1),则USBCAN-IIPro作为主站设备可接收到一条节点状态数据,帧ID为0x701,帧数据为0x7F,默认循环时间为1s(对象字典0x100C,节点守护时间)。
如图5.1所示,使用ECANTools软件可以收到这条数据。
启动数据中,帧数据的第一个字节为节点状态值(Nodestatevalues)。
当该值为0x04时,说明节点处于停止状态;当该值为0x05时,说明节点处于操作状态;当该值为0x7F时,说明节点处于预操作状态。
帧ID(HEX)
DLC
帧数据(HEX)
701
1
7F
--
--
--
--
--
--
--
图5.1启动命令监控界面
5.2NMT命令
GCAN-4055模块接收由主站发出的操作指令,帧ID为0x000,DLC为2,帧数据第一个字节为命令符,第二个字节为节点号(若为00则控制全部节点)。
例如:
GCAN-4055的NodeID为1,命令GCAN-4055为进入操作状态(01),则NMT命令帧ID为0x000,帧数据为0x01,0x01。
该命令也可由ECANTools软件的CANopenMaster插件发出。
帧ID(HEX)
DLC
帧数据(HEX)
000
2
命令符
节点地址
01
01
--
--
--
--
--
--
图5.2NMT命令发送界面
使用ECANTools软件命令GCAN-4055进入操作状态的步骤是:
①将从站节点号填入ID后面的文本框中,②点击添加从站按钮,③打开节点左侧的+号,并点击“NMT”,④选择“StartRemoteNode”(默认),点击下方的“NMT”按钮。
如图5.3所示,发送后可在ECANTools监控界面中查看到NMT命令,且发送完NMT命令后,节点状态变为0x05(操作状态)。
图5.3NMT命令监控界面
5.3PDO命令
GCAN-4055模块采用PDO(ProcessDataObject,过程数据对象)对数字量信号进行采集或输出。
其中,TPDO1用于表示数字量输入及数字量输出目前的状态,RPDO1用于改变(写入)数字量输出的状态。
数字量输入和数字量输出的状态均各由一个字节来表示,DI_7和DO_7在高位,DI_0和DO_0在低位。
如需要设置GCAN-4055模块数字量输出的状态,需接收RPDO1命令(由主站发出的),帧ID为0x200+NodeID,数据长度为1,帧数据第一个字节为需要设置的数字量输出状态。
例如,GCAN-4055模块节点号设为1。
若需要设置DO_3状态为1,其余DO状态均为0,则RPDO1命令的帧ID为0x201,数据长度(DLC)为1,帧数据为0x08。
需要设置的DO状态数据
DO状态
08
DO_7
DO_6
DO_5
DO_4
DO_3
DO_2
DO_1
DO_0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
8
帧ID(HEX)
DLC
帧数据(HEX)
201
1
DO状态设定
08
--
--
--
--
--
--
--
如图5.4所示,在ECANTools软件的CANopenMaster插件中,点击左侧的“PDO”,之后选取右侧的“RXPDO(主发送)”,在RXPDO1中修改数据为08,点击发送即可控制DO_3的状态为1。
如图5.5,回到收发界面(Receive/Transmit)可以看到USBCAN-IIPro发出的RPDO1命令(帧ID为0x201)。
GCAN-4055的TPDO传输模式可配置,默认为触发模式,在此模式下只有当DI或DO发生变化时,GCAN-4055模块才会发出TPDO数据。
如图5.5所示,GCAN-4055模块在发出TPDO1数据时,帧ID为0x180+NodeID,数据长度为2,帧数据第一个字节为目前的数字量输入状态,第二个字节为目前的数字量输出状态。
图5.4PDO命令发送界面
图5.5PDO命令监控界面
例如,GCAN-4055模块节点号设为1。
DI状态均为0;与此同时,DO_3状态为1,其余DO状态均为0。
则CAN总线一端显示的DI状态数据为00,DO状态数据为08。
则TPDO1命令的帧ID为0x181,数据长度(DLC)为2,帧数据为0x00,0x08。
如图5.5所示,第四条数据即为GCAN-4055模块发出的TPDO数据。
CAN总线显示的DI状态数据
DI状态
00
DI_7
DI_6
DI_5
DI_4
DI_3
DI_2
DI_1
DI_0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
CAN总线显示的DO状态数据
DO状态
08
DO_7
DO_6
DO_5
DO_4
DO_3
DO_2
DO_1
DO_0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
8
帧ID(HEX)
DLC
帧数据(HEX)
181
2
DI状态
DO状态
00
08
--
--
--
--
--
--
5.4SDO命令
GCAN-4055模块可通过发送SDO命令写参数,修改TPDO的传输类型。
该传输类型的数据位于对象字典索引0x1800、子索引0x02,数据类型Unsigned8。
数据为0xFF时为触发模式,数据为0xFE时为循环模式。
触发模式:
指只有在DI或DO状态发生变化时,代表DI和DO状态的TPDO才会发送。
循环模式:
指GCAN-4055每间隔一段时间就会发出TPDO数据。
您需要在GCAN-4055处于预操作状态(0x7F)或操作状态(0x05)时,发送SDO命令读写参数。
将默认的触发模式切换为循环模式的具体修改步骤如下:
①若GCAN-4055不处于预操作状态,将GCAN-4055重新上电,进入ECANTools软件的CANopenMaster插件,点击NMT,选择EnterPre-operationalState,之后点击NMT按钮,使设备进入预操作状态,②在CANopenMaster界面中,点击左侧的“SDO”,③点击“SDO下载(写参数)”,④在索引、子索引等位置依次输入0x1800、0x02、Unsigned8、0xFE、十六进制,如图5.6所示,之后点击Send按钮。
若下方SDO应答区收到如图5.6的数据则说明通信正常。
图5.6SDO命令发送界面A
发送SDO命令后,在CANopenMaster插件中点击NMT,切换到NMT界面。
选择StartRemoteNode,之后点击NMT按钮,使设备进入操作状态,并循环发送TPDO指令。
数据如图5.7所示,帧ID为0x601的数据为Client-to-serverSDO数据,帧ID为0x581的数据为Server-to-clientSDO数据。
从图5.7中可看出,TPDO数据的发送周期为100ms。
您还可以使用同样的方法,将TPDO的传输类型修改为触发模式。
图5.7SDO命令监控界面A
您可以通过发送SDO命令来对TPDO数据的截止时间(发送周期)进行修改。
具体的修改步骤如下:
①在CANopenMaster插件中点击NMT,切换到NMT界面。
选择EnterPre-operationalState,之后点击NMT按钮,使设备进入预操作状态,TPDO指令停止发送,②在ECANTools软件的CANopenMaster界面中,点击左侧的“SDO”,③点击“SDO下载(写参数)”,④在索引、子索引等位置依次输入0x2000、0x01、Unsigned8、200、十进制,如图5.8所示,之后点击Send按钮。
若下方SDO应答区收到如图5.9的数据则说明通信正常。
注意:
0x2000代表对象字典中的索引,0x01为子索引,Unsigned8表示8位无符号字符,200表示循环时间为200ms,十进制表示输入的数字为十进制。
图5.8SDO命令发送界面B
如图5.9所示,在NMT界面选择StartRemoteNode,使设备进入操作状态,TPDO的截止时间(发送周期)此时已修改为200ms。
使用同样的方法,您还可以对节点守护时间进行修改。
图5.9SDO命令监控界面B
6GCAN-4055对象字典
索引
(Index)
子索引
(Subindex)
名称
(Name)
类型
(Type)
属性
(Attr.)
默认值
(Deaf.)
描述
(Desc.)
通信参数区
0x1000
-
DeviceType
UINT32
RO
0x00004055
设备类型
0x1001
ErrorRegister
UINT8
RO
0
当前错误类型
0x1003
0
numberoferrors
UINT8
RO
0
-
1~4
standarderrorfield
UINT32
RO
0
历史紧急错误代码
0x1005
-
COB-IDSYNC
UINT32
RW
0x00000080
-
0x1006
CommunicationCyclePeriod
UINT16
RW
0x2710
通讯循环周期
0x1007
SyncWindowsLength
UINT32
RW
0
-
0x1008
Manufacturerdevicename
STRING
CONST
GCTech
设备名称
0x1009
Manufacturerhardwareversion
STRING
CONST
2.0
硬件版本
0x100A
Manufacturersoftwareversion
STRING
CONST
2.0
软件版本
0x100C
GuardTime
UINT16
RW
0x03E8
节点守护时间,默认1秒
0x100D
LifeTimeFactor
UINT8
RW
3
-
0x1017
ProducerHeartbeatTime
UINT16
RW
0
-
0x1018
0
numberofEntries
UINT8
RO
0x04
-
1
Vendor-ID
UINT32
RO
0x00000449
沈阳广成科技有限公司在CiA组织的厂商代码
2
Productcode
UINT32
RO
0101
产品代码
3
Revisionnumber
UINT32
RO
0x00000000
修订码
4
Serialnumber
UINT32
RO
0x00000001
序列码
RPDO通信参数
0x1400
0
Highestsub-indexsupported
UINT8
CONST
1
-
1
COB-IDusedbyRPDO
UINT32
RW
NodeID+0x80000200
RPDO所使用的COB-ID
0x1401
0
Highestsub-indexsupported
UINT8
CONST
0
-
0x1402
0
Highestsub-indexsupported
UINT8
CONST
0
-
0x1403
0
Highestsub-indexsupported
UINT8
CONST
0
-
0x1600
0
numberofmappedobjects
UINT8
RW
1
-
1
1stapplicationob
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