基于CANopen协议多通道温度测量模块的研发.pdf

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1、鼠应用技术基于CANopen协议多通道温度测量模块的研发黄育和佘鹏张立平(广东省科学院自动化工程研制中心)摘要：CAN总线广泛应用于工业现场，开发基于CANope13协议温度测量模块具有一定的现实意义。采用内嵌CAN控制器的微处理器设计方案，开发以单片机为核心、基于CANopen协议的多通道温度测量模块，阐述了模块的硬件结构、关键电路和嵌入式软件组成。最后，给出模块通过测试验证的CANopen从节点通讯功能。关键词：现场总线；CANopen；从节点；嵌入式系统；单片机(MCU)温度既是自然界中一个重要的模拟量，又是科学1引言

2、研究中一个重要的基本物理量。同时温度又是一个与控制器局域网(ControlAreaNetwork，CAN)现人们生活环境、生产活动密切相关的量，在很多情况场总线具有优先抢占总线仲裁的优势。其可靠性高、下都需要对温度进行准确测量，以满足各种要求[8】。开放性强、组网灵活、成本较低、具有良好的实时性温度监测在土木建筑施工、储粮仓库、智能楼宇、空及传输防错能力，真正实现了全数字化的双向传输。调系统及其它工农业生产中有着广泛的应用。随着利用CAN总线更容易实现“集中监控，分散控制”CANopen技术的普及应用，研制基于CANopen

3、协议这一现代工业的新型控制方式【l1。的多通道温度测量模块有利于提高自动化领域国产CAN总线具有许多突出的性能优点[2,31。CAN协设备的占有率，为应用CAN总线的系统提供必备的议建立在ISO开放系统互联模型的基础上，但只取硬件基础设备。同时随着CANopen总线系统广泛应OSI模型结构的物理层、数据链路层和应用层。通常，用于工业控制系统，该类设备具有一定的市场前景。CAN控制器负责物理层和数据链路层，而应用较广2多通道温度测量模块的硬件结构泛的应用层协议有CANopen、DeviceNet等。CANopen由CiA(CA

4、NinAutomation)组织制定和发布，是一2．1多通道温度测量模块的硬件结构组成个基于CAL的子协议。其采用面向对象的思想设计，多通道温度测量模块是嵌入式系统的一个典型具有很好的模块化特性和很强的适应性，不仅定义了应用，其硬件电路主要包括：人机接口、温度测量接应用层和通信子协议，而且为可编程系统、不同设备、口、CAN接口、联动输出、电源变换、单片机及其接口、应用子协议定义了大量的规范，遵循该规范开外围辅助电路，如图1所示。发的设备能够实现不同产品问的互连、互操作】。另外，CANopen协议是完全免费开放的，用户开发此类

5、产品，无需支付版税。随着对CANopen协议研究的深入，其应用越来越广泛【7J。依据CiA规范，国内厂家开发了基于CANopen协议的伺服驱动器、PLC、变频器等产品，如：深圳步进科技有限公司的KINCOED系列伺服驱动器；和利时公司的PLC产品HOLLiAS—LECG3系列可编程控制器；台达图l多通道温度测量模块硬件结构VFD．E—C系列变频器。人机接口实现的主要功能包括：各测量点温度值36木基金项目：广东省科学院青年科学研究基金项目资助(项目编号：qnjj200809)显示、模块系统参数配置操作与显示及CANopen节场

6、合得到广泛应用。尽管一条线上允许并接多个点工作状态指示。如图1所示，模块的人机接口电路DS18B20，但在开发中，设计了4路DS18B20数字由按键、液晶显示屏(CM19264)和发光二极管组成。温度传感器接口(每路允许接入4只传感器)，以适联动输出由继电器及其驱动电路组成，主要实现用不同应用的需求。模块所测温度超出用户预设范围时输出报警。电源变2．3CAN接口与驱动电路换电路则为各功能电路提供电源，具体包括支持CAN接口与驱动电路设计的关键是CAN总线驱MCU、数字温度传感器、液晶显示屏的5V电源、CAN动芯片选型和隔离电

7、路设计。设计中选用恩智浦总线侧隔离电源、继电器24V工作电源等。(NXP)公司的TJA1040T芯片作为CAN驱动器。2．2测量模块关键元器件的选用及电路设计隔离电路方面，文献[121、【13]与[22]介绍了以光电耦2．2．1嵌入式微控制器的选型合器为核心的电路，此类电路存在元器件较多、光耦图1的硬件结构中，除CAN通讯以外，其它应电流传输比离散大、电路匹配电阻调整困难等缺点。用(如温度传感器接口、LCD接口等)对嵌入式微处模块设计采用AnalogDevices公司的iCoupler磁理器的端口均无特殊要求。文献[9]、[

8、1O]指出：CAN耦隔离技术的双通道数字隔离器ADuMI201。与光电嵌入式节点电路设计中，可采用独立控制器+MCU或耦合器比较，ADuM1201具有更高的数据传输速率、者直接使用内嵌CAN控制器的微处理器这两种设计时序精度和瞬态共模抑制能力，更低的功耗和更小的方案。同时，文献[9]认为内