GCAN8000 CANopen总线耦合器.docx
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GCAN8000CANopen总线耦合器
GCAN-8000
CANopen总线耦合器
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文档版本:
V3.03(2018/03/22)
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2015/10/16
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2015/12/20
修正设备工作参数
V3.01
2017/11/22
添加部分参数
V3.02
2018/01/22
添加通信协议部分
V3.03
2018/03/22
修正设备工作参数
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
2.设备安装与使用5
2.1模块固定5
2.2接线方法6
2.3系统状态指示灯9
3.通信连接10
3.1串口连接10
3.2CAN连接10
3.3CAN总线终端电阻11
3.4CAN波特率及节点号的设置11
4.通信协议13
4.1NMT命令13
4.2搭载GC-1008模块15
4.3搭载GC-2008模块16
4.4搭载GC-3804模块16
4.5同时搭载多组模块17
5.技术规格19
6.GC系列模块选型表20
附录A:
CAN2.0A协议帧格式22
附录B:
CANopen协议简介23
1.功能简介
1.1功能概述
GCAN-8000CANopen总线耦合器可以用于连接CAN总线系统与分布式总线端子模块,这些端子模块可以通过模块化的方式进行扩展。
一个完整的节点由一个总线耦合器、1-32个任意数量的端子模块以及一个终端端子模块组成。
采用GCAN-8000总线耦合器,通过GC-bus扩展技术,可极为方便地建立I/O连接,最多可连接32个输入/输出端子模块。
GCAN-8000CANopen总线耦合器采用符合ISO11898标准的CAN总线协议。
GCAN-8000总线耦合器不仅支持所有类型的CANopen通讯,也可以轻松地应用于制造商特定的CAN总线环境中。
除此之外,通过组态接口还可以对固件进行升级。
GCAN-8000总线耦合器可连接所有的总线端子模块。
就用户而言,模拟量输入/输出信号的处理方式与其它种类信号的处理方式没有任何区别。
控制器过程映像区内的信息以字节阵列格式显示。
根据不同型号,模拟量总线端子模块寄存器中包含温度范围、增益值和线性化的特性曲线。
GCAN-8000总线耦合器支持自动组态,您无需在PC上设置参数。
GCAN-8000总线耦合器的CANopen波特率可通过RS-232接口进行配置。
1.2性能特点
●CANopen波特率支持1000k、500k、250k、125k、100k、50k、10k;
●PDO模式支持同步、循环、事件驱动、轮询;
●总线端子模块数量为32个;
●发送PDO(CANopen)4个,接收PDO(CANopen)4个;
●组态方式为自动组态形式;
●CAN总线接口为1个开放式的4针端子;
●电源采用24VDC(-15%/+20%);
●输入电流为70mA+(总GC-bus电流),最大为2.5A;
●启动电流:
约为2.5倍的持续电流;
●电源供电:
最大24VDC/最大10A;
●电气隔离为1500Vrms;
●工作温度范围:
-40℃~+85℃;
●尺寸:
长100mm*宽69mm*高48mm。
1.3典型应用
●与分布式总线端子模块相连接,构成一个完整的控制节点;
●执行数据采集并以CANopen协议进行数据传输。
2.设备安装与使用
本章节将详细说明GCAN-8000CANopen总线耦合器的安装方法、接线方法、指示灯的含义与接口的含义。
2.1模块固定
GCAN-8000CANopen总线耦合器的安装方法如图2.1所示,您需要使用一字螺丝刀进行辅助安装。
图2.1GCAN-8000模块安装
图2.2GCAN-8000模块自锁机制
请按照图2.1所示,把GCAN-8000CANopen总线耦合器安装在导轨上,直到锁扣卡死并发出“咔”的一声。
GCAN-8000CANopen总线耦合器具有自锁机制,可有效防止设备掉落。
如图2.2所示,您可以通过拉出橙色的标签来释放自锁机制。
GCAN-8000CANopen总线耦合器最多可以连接32个分布式总线端子模块。
插入总线端子模块时,一定要沿着凹槽,在已有模块的右侧顺次插入,直到锁扣卡死并发出“咔”的一声。
在整个节点的最右端,您需要安装终端端子模块。
该终端可以保障GC-Bus的数据传输与电力供应。
当您正确组装节点时,在端子模块之间不会存在明显的缝隙。
如果模块之间未被正确组装,整个节点将不会正常运行。
2.2接线方法
如图2.3所示,先使用一字螺丝刀插入方形孔中,顶住方形孔中金属片的上沿,用力向圆孔方向压。
之后将线缆插入圆形孔中。
插好之后,拔出螺丝刀,线缆即可稳固地锁死在圆形孔中。
图2.3GCAN-8000模块电源部分接线
图2.4GCAN-8000模块电源接线端子排
GCAN-8000CANopen总线耦合器的电源接线端子排如图2.4所示。
GCAN-8000CANopen总线耦合器包含8个端子,各个端子对应的序号及其含义如表2.1所示。
请注意,3号端子与4号端子之间、5号端子与6号端子之间、7号端子与8号端子之间,在模块的内部是相连的。
端子
序号
含义
24V
1
电源24V输入
0V
2
电源GND
+
3
IO电源正
+
4
IO电源正
-
5
IO电源负
-
6
IO电源负
PE
7
屏蔽
PE
8
屏蔽
表2.1GCAN-8000模块电源接线端子定义
图2.5GCAN-8000模块CAN总线端子排
GCAN-8000CANopen总线耦合器的CAN总线端子排如图2.5所示。
GCAN-8000的CAN总线端子排包含4个端子,各个端子对应的序号及其含义如表2.2所示。
端子
序号
含义
CAN-H
1
CANopen高
PE
2
屏蔽线
CAN-L
3
CANopen低
CAN-G
4
CANopen地
表2.2GCAN-8000模块CAN总线端子定义
图2.6GCAN-8000模块RS-232接口定义
GCAN-8000CANopen总线耦合器的RS-232接口定义如图2.6所示。
GCAN-8000的RS-232接口仅定义了3条信号线,分别为RXD、TXD与GND。
2.3系统状态指示灯
GCAN-8000CANopen总线耦合器具有两组状态指示灯。
左侧区域包含6个圆形状态指示灯,右侧区域包含2个小型电源指示灯。
指示灯的具体指示功能见表2.3。
指示灯处于不同状态下时,GCAN-8000模块状态如表2.4所示。
指示灯
颜色
指示状态
PWR
绿
电源指示
SYS
绿
系统指示
RUN
绿
运行指示
ERR
绿
错误指示
IORUN
绿
内部总线运行指示
IOERR
绿
内部总线错误指示
右侧1号位置
绿
电源指示
右侧3号位置
绿
内部总线电源指示
表2.3GCAN-8000模块指示灯
指示灯
状态
指示状态
PWR
常亮
供电正常
不亮
供电异常
SYS
闪烁
设备初始化通过,进入工作状态
不亮
设备初始化失败
RUN
闪烁
设备运行正常
不亮
设备运行停止
ERR
常亮
系统错误
不亮
系统未出现错误
IORUN
闪烁
内部总线运行正常
不亮
内部总线停止
IOERR
常亮
内部总线运行错误
不亮
内部总线运行未出现错误
右侧1号位置
常亮
端子侧供电正常
不亮
端子侧供电异常
右侧3号位置
常亮
端子内部总线供电正常
不亮
端子内部总线供电异常
表2.4GCAN-8000模块指示灯状态
3.通信连接
3.1串口连接
GCAN-8000CANopen总线耦合器使用标准串口电平(RS232:
±3~15V),因此该模块可以直接与带有RS232接口的设备进行连接。
GCAN-8000CANopen总线耦合器的RS232接口波特率不可修改,固定为19200bps。
3.2CAN连接
GCAN-8000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-8000与其他CAN节点设备连接
请注意:
GCAN-8000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。
3.4CAN波特率及节点号的设置
您可通过RS232接口修改GCAN-8000模块的CAN总线通信波特率。
具体流程如下:
首先建立串口连接,波特率为19200bps,数据位、停止位配置为无、8、1,通过RS232接口发送一个“help”命令或“?
”命令,之后RS232接口将会返回配置信息。
请注意,发送命令时请在结尾处加回车符或选中软件的“发送新行”。
显示与发送请不要选择“16进制显示”、“16进制发送”。
您可以发送“setbaud=500000”修改GCAN-8000模块的波特率为500kbps。
同时,您可以发送“getbaud”获取本机的CAN波特率,回复的数值单位为bps。
详细的波特率对应如表3.2所示。
发送请求命令时的设置如图3.3所示。
图3.3发送请求命令时的设置
baud设置值
对应的波特率(kbps)
setbaud=1000000
1000
setbaud=500000
500
setbaud=250000
250
setbaud=125000
125
setbaud=100000
100
setbaud=50000
50
setbaud=10000
10
表3.2baud设置值与波特率对照表
CANopen节点ID的设置与获取的方法与波特率类似。
您可通过RS232接口修改GCAN-8000模块的CAN总线节点号。
您可以发送“setid=3”修改GCAN-8000模块的CANopen节点ID为3。
同时,您可以发送“getid”获取本机的CANopen节点ID。
该节点号可在1-127内任意设置。
4.通信协议
GCAN-8000执行CANopen通信协议,为CANopen从站设备。
GCAN-8000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。
当搭载GC-3804或GC-1008模块时,GCAN-8000将发出TPDO数据,典型的帧ID如0x181、0x281等。
当搭载GC-2008模块时,GCAN-8000将接收RPDO数据,典型的帧ID如0x203、0x303等。
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-8000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。
4.1NMT命令
GCAN-8000模块满足标准CANopenCia301协议,是标准的CANopen从站设备。
GCAN-8000启动后将主动发出一帧命令给主站,帧ID为0x700+NodeID,帧数据为0x7F。
例如:
通过拨码开关设置GCAN-8000的NodeID为1,则USBCAN-IIPro作为主站设备可接收到一条启动命令,帧ID为0x701,帧数据为0x7F。
如图4.1所示,使用ECANTools软件可以收到这条数据。
帧ID(HEX)
DLC
帧数据(HEX)
701
1
7F
--
--
--
--
--
--
--
图4.1启动命令监控界面
GCAN-8000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(00则为全部节点)。
例如:
GCAN-8000的NodeID为1,命令GCAN-8000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。
NMT的详细指令可参考附录B.4
CANopen通信。
帧ID(HEX)
DLC
帧数据(HEX)
000
2
命令符
节点地址
01
01
--
--
--
--
--
--
图4.2NMT命令发送界面
使用ECANTools软件命令GCAN-8000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4.3所示,发送后可在ECANTools监控界面中查看到NMT命令。
接收到NMT指令之后,GCAN-8000将开始广播PDO数据,并发出帧ID为0x701,帧数据为0x05的心跳指令,说明GCAN-8000已进入操作状态。
图4.3NMT命令监控界面
4.2搭载GC-1008模块
数字量输入的状态由一个字节来表示,通道8在高位,通道1在低位。
例如,GCAN-8000模块节点号设为1。
通道8和通道4状态为1,其他状态均为0,则CAN总线一端显示的DI状态数据为88。
则发出的帧ID为0x181,数据长度(DLC)为8,帧数据为0x88,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00。
请注意,仅插入一个GCAN-1008模块时,帧数据中只有第一个字节是有效的。
下表列举了两种常见的DI状态及其对应的状态数据。
DI状态
通道数
8
7
6
5
4
3
2
1
状态
1
0
0
0
1
0
0
0
CAN总线显示的数据
88
DI状态
通道数
8
7
6
5
4
3
2
1
状态
0
1
0
1
1
0
1
0
CAN总线显示的数据
5A
仅插入一个GCAN-1008模块时,GCAN-8000模块发出的TPDO数据帧ID为0x180+节点号(NodeID),数据长度为8,帧数据第一个字节即为该模块数字量输入状态。
4.3搭载GC-2008模块
数字量输出的状态由一个字节来表示,通道8在高位,通道1在低位。
例如,GCAN-8000模块节点号设为1。
需设置通道8和通道4状态为1,设置其他状态均为0,则需要发送的CAN总线DO状态数据为88。
需要发送给GCAN-8000的帧ID为0x201,数据长度(DLC)为8,帧数据为0x88,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00。
请注意,帧数据中只有第一个字节是有效的。
下表列举了两种常见的DO状态及其对应的状态数据。
DO状态
通道数
8
7
6
5
4
3
2
1
状态
1
0
0
0
1
0
0
0
CAN总线显示的数据
88
DO状态
通道数
8
7
6
5
4
3
2
1
状态
0
1
0
1
1
0
1
0
CAN总线显示的数据
5A
GCAN-8000模块在接收RPDO数据时,需保证帧ID为0x200+节点号(NodeID),数据长度为8,帧数据第一个字节即为需要设置的数字量输出状态。
4.4搭载GC-3804模块
每个通道的温度状态由两个字节来表示,四个通道共八个字节。
其中,代表温度状态的两个字节,第一个字节为低位,需将该字节的数据转换为十进制后乘以0.1;第二个字节为高位,需将该字节的数据转换为十进制之后乘以25.6。
最后将两个数值加和,即为最终的温度值,单位为摄氏度。
例如,GCAN-8000模块节点号设为1。
四个通道的温度分别为25.6度,25.5度,20度,30度。
则发出的帧ID为0x181,数据长度(DLC)为8,帧数据为0x00,0x01,0xFF,0x00,0xC8,0x00,0x2C,0x01。
下表列举了两种可能的CAN数据及其对应的温度值。
GC-3804温度与CAN数据对应关系
CAN总线显示的数据
低字节C8
高字节00
系数
200(0xC8)x0.1
0(0x00)x25.6
温度值
20℃
GC-3804温度与CAN数据对应关系
CAN总线显示的数据
低字节2C
高字节01
系数
44(0x2C)x0.1
1(0x01)x25.6
温度值
30℃
GCAN-8000模块在发出TPDO数据时,帧ID为0x180+节点号(NodeID),数据长度为8。
如未接入PT100,则对应通道的CAN数据会显示为FF7F。
4.5同时搭载多组模块
若GCAN-8000同时搭载多组GC-1008模块,那么我们以它们距离GCAN-8000的远近,从近到远进行编号,离得最近的为1号。
GCAN-8000耦合器发出的TPDO数据将按照下表进行发送。
例如,当GCAN-8000节点号为3且同时搭载9个GC-1008模块时,您将收到帧ID为0x183和0x283两组数据。
其中,帧ID为0x183的八个数据字节依次对应1-8号GC-1008模块;帧ID为0x283的一个数据字节对应9号GC-1008模块。
帧ID
帧数据
0x180+NodeID
1号
2号
3号
4号
5号
6号
7号
8号
0x280+NodeID
9号
10号
11号
12号
13号
14号
15号
16号
0x380+NodeID
17号
18号
19号
20号
21号
22号
23号
24号
0x480+NodeID
25号
26号
27号
28号
29号
30号
31号
32号
表4.1多组GC-1008模块与CAN数据对应关系
若GCAN-8000同时搭载多组GC-2008模块,那么我们以它们距离GCAN-8000的远近,从近到远进行编号,离得最近的为1号。
GCAN-8000耦合器接收的RPDO数据需按照下表进行发送。
例如,当GCAN-8000节点号为3且同时搭载9个GC-2008模块时,您需要发送帧ID为0x203和0x303两组数据以控制全部的9个模块。
其中,帧ID为0x203的八个数据字节依次对应1-8号GC-2008模块;帧ID为0x303的一个数据字节对应9号GC-2008模块。
帧ID
帧数据
0x200+NodeID
1号
2号
3号
4号
5号
6号
7号
8号
0x300+NodeID
9号
10号
11号
12号
13号
14号
15号
16号
0x400+NodeID
17号
18号
19号
20号
21号
22号
23号
24号
0x500+NodeID
25号
26号
27号
28号
29号
30号
31号
32号
表4.2多组GC-2008模块与CAN数据对应关系
若GCAN-8000同时搭载多组GC-3804模块,那么我们以它们距离GCAN-8000的远近,从近到远进行编号,离得最近的为1号。
GCAN-8000耦合器发出的TPDO数据将按照下表进行发送。
例如,当GCAN-8000节点号为3且同时搭载4个GC-3804模块时,您将收到帧ID为0x183等四组数据。
其中,帧ID为0x183的八个数据字节依次对应1号GC-3804模块的4个通道;帧ID为0x283的八个数据字节依次对应2号GC-3804模块的4个通道。
帧ID
帧数据
0x180+NodeID
1号GC-3804的4个通道
0x280+NodeID
2号GC-3804的4个通道
0x380+NodeID
3号GC-3804的4个通道
0x480+NodeID
4号GC-3804的4个通道
表4.3多组GC-3804模块与CAN数据对应关系
若GCAN-8000同时搭载GC-1008模块与GC-3804模块,那么我们以它们距离GCAN-8000的远近,从近到远进行编号,离得最近的为1号。
GCAN-8000耦合器发出的TPDO数据将按照下表进行发送。
例如,当GCAN-8000模块节点号为3且同时搭载3个GC-1008模块和1个GC-3804模块时,您将收到帧ID为0x183和0x283两组数据。
数据对应关系如下表所示。
帧ID
帧数据
0x180+NodeID
1号GC-1008
2号GC-1008
3号GC-3804第一个字节
3号GC-3804第二个字节
3号GC-3804第三个字节
3号GC-3804第四个字节
3号GC-3804第五个字节
3号GC-3804第六个字节
0x280+NodeID
3号GC-3804第七个字节
3号GC-3804第八个字节
4号GC-1008
00
00
00
00
100
表4.
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