ICAN-4404用户手册UMV1[1].03.doc

ICAN-4404数据采集仪表4通道隔离模拟量输出模块目 录1. ICAN-4404功能简介11.1.1 模拟量输出21.1.2 数字量输入21.1.3 系统参数21.2 原理框图31.3 端子信息41.3.1 端子排列41.3.2 端子描述41.4 电气参数51.5 CAN波特率和MAC ID设定51.6 信号指示灯61.7 CAN总线的连接81.8 模块的电源和通讯线的连接101.9 机械规格101.9.1 机械尺寸101.9.2 安装方式112. ICAN-4404的模拟量输出功能132.1 模拟量输出132.2 输出原理132.3 输出接线132.4 输出值计算143. ICAN-4404的数字量输入功能153.1 普通DI输入方式153.2 AO输出匹配输入方式153.3 输入接线方式154. ICAN-4404模块的参数配置174.1 通讯参数说明174.2 参数配置174.2.1 使用专用配置软件174.2.2 使用一般软件175. ICAN-4404的Canopen协议及其应用205.1 NMT对象205.2 SYNC对象215.3 Time Stamp对象215.4 EMCY对象215.5 Node Guard对象215.6 Heartbeat对象235.7 PDO对象235.8 SDO对象266. 免责声明29附录A: 对象字典30附录B: Can open预定义连接集（最小Can open 设备）32附录C: 协议规范(Specifications)33产品用户手册 QuanzhouGuanHangDaElectronicIntelligentTechnologyCo.,Ltd 321. ICAN-4404功能简介ICAN-4404是模拟量输出模块，可以同时输出4路的模拟量信号，内部采用12位分辩率DAC。模拟量输出信号可以软件配置为电压信号输出或电流信号输出，电压信号输出范围为010V，电流信号可以选择为020mA或420mA输出。模块还具有4路数字量输入通道，可以采集电平信号或开关触点信号，为模拟量输出提供匹配输出功能。 ICAN-4404模块的外观如图 1.1所示。图 1.1 ICAN-4404外观示意图主要技术指标1.1.1 模拟量输出 输出路数：4路； 输出类型：电压输出：010V；电流输出：020mA或420mA； DAC分辨率：12位； 输出精度：V：0.2%；I：0.4%； 输出斜率：可配置，电压输出：0.0625V/s1000V/s；电流输出： 0.125mA/s2000 mA/s； 具有安全启动输出和紧急输出功能，各个通道独立配置； 4通道具有同步输出和顺序输出功能；1.1.2 数字量输入 输入路数：4路； 输入类型：开关触点信号或电平信号； 输入范围： 高电平（数字1）： +3.5 V+30V；低电平（数字0）： +1V； 每个DI通道可配置为AO紧急输出匹配输入功能1.1.3 系统参数 CPU：32位RISC ARM； 操作系统：实时操作系统； 隔离耐压：2500 VDC； 供电电压：+10+30VDC，电源反接保护； 工作温度范围：-40+85； 塑料外壳，标准DIN导轨安装； 通讯接口：隔离2500 VDC，ESD、过压、过流保护；1.2 原理框图ICAN-4404模块的原理框图如图 1.2所示。模块主要由电源、隔离电路、D/ A转换电路、数字量输入电路、CAN隔离通讯接口以及MCU等组成。模块的微控制器采用32位RISC的ARM芯片，具有非常快速的数据处理能力，并采用了看门狗电路，可以在出现意外时将系统重新启动，使得系统更加稳定可靠，可以应用在高性能和高速度的应用环境中。 ICAN-4404针对工业应用设计，在内部输入输出单元与控制单元之间采用光电隔离，极大降低了工业现场干扰对模块正常运行的影响，使模块具有良好的可靠性。采用带隔离的RS-485通信接口，可以避免工业现场信号对微控制器通讯接口的影响，并具有ESD、过压、过流保护。图 1.2 ICAN-4404原理框图1.3 端子信息1.3.1 端子排列ICAN-4404共有26个端子，壳体上端子排列如图 1.3所示图 1.3 ICAN-4404端子排列1.3.2 端子描述ICAN-4404的端子定义说明如下： l GND，+VIN为模块的电源输入端，GND接电源负端，+VIN接电源正端。 l EARTH为模块的接大地端子，将此端子与大地连接可以提高ESD保护性能。 l CFG为模块的默认通信参数硬件使能端子，当此端子接地，模块将以默认的通信参数进行初始化，并且通信参数可配置。 l CANGND,CANH，CANL为隔离的CAN接口端子，CANGND为通信接口的隔离地，CANH接CAN收发器的H端，CANL接CAN收发器的L端。l DGND为数字量输入端口地，与模拟量输出端口地之间用磁珠隔开，避免数模干扰。DGND、模块的电源地GND和485GND之间都是电气隔离的，隔离电压可达2500 VDC。 l DI0DI3为模块的4路数字量输入通道端子。 l VOUT0VOUT3为AO0AO3通道的电压方式输出口；AGND为模拟量输出端口地；IOUT0IOUT3为AO0AO3通道的电流方式输出口，采用灌电流方式。l +VEXT为内部的12V输出端子，可以采用内部供电方式进行电流输出。l BANDRATE,ADDRX10,ADDRX1为模块设置波特率和地址的拨码开关。1.4 电气参数除非特别说明，表 1.1 电气参数所列参数是指Tamb=25时的值。表 1.1 电气参数参数Parameter最小值Min.典型值Typ.最大值Max.单位Unit模拟量输出Analog OutputDAC分辩率12Bits 精度Accuracy电压输出Voltage Output0.10.2%FSR电流输出Current Output0.20.4%FSR输出斜率Output Slope Rate- 0.06251000V/s0.1252000mA/s零点温漂Zero Drift电压输出Voltage Output3045uV/电流输出Current Output0.20.4uV/满量程温度系数Span temperature coefficient2545ppm/电压输出负载Voltage Output Load30mA电流输出负载电压Current Output Load Voltage内部12V供电8V外部供电30V数字量输入Digital Input 逻辑低电平 Logic level 01V 逻辑高电平Logic level 13.530V隔离电压Isolation Voltage2500Vdc供电电压Power Supply1030V功耗Power Consumption24W1.5 CAN波特率和MAC ID设定在使用ICAN系列功能模块时，首先需要设置模块的CAN的波特率以及模块的MAC ID地址。模块的CAN波特率和MAC ID是通过拨码开关设定的。 图1.4 ICAN-4404拨码开关如图1.4所示，CAN波特率有一个拨盘控制，模块MAC ID有两个拨盘控制。其中波特率开关设置如表1.1所示。 表1.1波特率开关设定01000Kbps1800Kbps2500Kbps3250Kbps4125Kbps550Kbps620Kbps710Kbps注意：当拨码开关超过7时，模块的CAN波特率自动默认为1000Kbps。模块的MAC ID设置是由ADDRX10和ADDRX1这两个拨码盘决定的，当模块ADDRX10拨码盘指向1，ADDRX1拨码盘指向5的话，模块的MAC ID为1X10+5=15。注意模块的MAC ID不能为0也不能超过127，当模块设置地址超过127或为0时，模块MAC ID 默认为1。1.6 信号指示灯ICAN系列模块具有3个指示灯，PWR为电源指示灯（绿色）和工作状态指示灯RUN,ERR。PWR灯亮，表示ICAN模块供电正常。RUN 为绿色指示灯，ERR为红色指示灯，可以从外壳面板上看到，用于指示模块的工作状态。按照CANopen协议规范文档DS303-3的定义， 在ICAN模块中使用两个LED指示灯来指示当前模块所处的状态，如X表 1.3X所示。其状态指示灯所指的各种状态所指示的含义如下表1.4，表 1.5，表 1.6所示。表 1.3 正常功能状态RUN ERR指示灯状态 指示灯名称颜色运行指示灯（RUN）绿色错误指示灯（ERR）红色 表 1.4 LED灯状态说明 指示灯状态 现象描述亮（LED on）常亮暗（LED off） 常暗闪烁（LED flickering）亮和暗的时间等长，频率大概是10Hz：亮大约50ms，暗大约50ms闪烁（LED blinking）亮和暗的时间等长， 频率大概是2.5Hz，亮大约200ms， 暗大约200ms闪一下（LED single flash） 一个很短的闪光（大约200ms）接着是长时间的暗（大约1000ms）闪两下（LED double flash）两个很短的闪光 （大约200ms） 中间用一个大约200ms的暗来分隔。这个序列用一个长时间的暗（大约1000ms）来结束闪三下（LED triple flash）三个很短的闪光（大约200ms）中间用大约200ms的暗来分隔。这个序列用一个长时间的暗（大约1000ms）来结束 表 1.5 错误状态指示灯（ERR）描述编号 ERROR LED 状态描述种类 1暗没有错误器件处于工作状态强制2闪一下到达警戒值CAN控制器的至少一个错误计数器到达或超出了警戒值（错误帧太多）强制3闪烁（Flickering）自动波特率LSS正在进行自动波特率检测或进行LSS服务（和RUN LED交替闪烁（flickering）可选 4闪两下 错误控制事件发生保护事件（NMT从机或NMT主机）或心跳事件（心跳使用者）强制 5闪三下Sync 错误SYNC报文超出配置的通讯循环间隔仍未收到（见对象字典条项0x1006） 有条件， 如果支持对象0x1006则强制 6亮总线关闭CAN控制器总线关闭强制 表 1.5 运行状态指示灯（RNU）描述编号 EUN LED 状态描述种类 1Flickering （闪烁）自动波特率LSS 正在进行LSS 服务 可选2闪一下停止器件处于停止状态 强制3闪烁（Flickering）预操作器件处于预操作状态 强制4亮 工作器件处于工作状态 强制 5暗故障请检查模块复位引脚以及电源是否连接正确 1.7 CAN总线的连接图 1.5 CAN网络拓扑结构CAN网络为总线式拓扑结构，建议网路布线时尽可能减小支线长度。在CAN网络的主干线的末端需要接终端电阻。 CAN网络的干线长度由数据传输速率和所使用的电缆类型决定。电缆系统中任两点间的电缆距离不允许超过波特率允许的最大电缆距离。两点间的电缆距离为两点间的干线和支线电缆的长度和。支线长度是指从干线端子到支线上节点的各个收发器之间的最大距离。此距离包括可能永久连接在设备上的支线电缆。网络上允许支线的总长度由取决于数据传送速率。在决定干线长度、支线的长度和数量需要参考CAN网络通讯波特率与通讯距离之间的关系，如表 1.3所示。 表1.3 CAN网络通讯波特率与通讯距离之间的关系CAN波特率通讯最大距离1000Kbps40m800Kbps100m500Kbps130m250Kbps270m125Kbps530m50Kbps1300m20Kbps3300m10Kbps6700m 注意： CAN通讯线可以使用双绞线、屏蔽双绞线。若通讯距离超过1KM，应保证线的截面积大于1.0mm2，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。CAN-OPEN网络要求在干线的两个末端安装终端电阻，电阻的要求为： 120 欧姆； 1% 金属膜； 1/4 瓦。注意：终端电阻只应安装在干线两端，不可安装在支线末端。1.8 模块的电源和通讯线的连接模块的电源和 CAN通讯线在接线时，要注意： 模块的+VS 引脚连接输入电源的正极性端，GND 引脚连接输入电源的负极性端，连接时避免电源连接的极性错误。多个模块连接到同一个电源时，所有的+VS 引脚连接到电源正端，GND 引脚连接到电源负端。 CAN通讯线在连接时，网络上所有的模块CAN_L端必须连接到同一根CAN_L信号线，所有的模块CAN_H端必须连接到同一根信号线，否则会引起网络的通讯异常。如图 1.6所示。 图1.6 电源和通讯线的连接 1.9 机械规格1.9.1 机械尺寸ICAN系列数据采集模块采用塑料外壳，其外形尺寸如图 1.4所示。图 1.4 机械尺寸示意图1.9.2 安装方式ICAN系列数据模块外壳配有导轨底板，如图 1.5所示，可以直接安装在标准的DIN导轨（35mm宽D型导轨）上，用户也可以采用其它的简便的安装方式。图 1.5 导轨底板示意图安装时，先将ICAN模块与导轨底板锁紧后，将导轨底板钩住导轨的上边沿，然后将底板上的红色卡座往下拉，将模块底板贴紧导轨后，松开红色卡座，即把模块装在导轨上，图 1.6为安装过程示意图。图 1.6 安装示意图2. ICAN-4404的模拟量输出功能2.1 模拟量输出ICAN-4404模块具有4路的模拟量输出，各个通道可以独立选择为电压输出或电流输出方式，电压信号的输出范围为010V，电流信号范围可以选择为020mA或420mA。2.2 输出原理ICAN-4404模块是通过数字模拟转换器实现模拟量的输出控制。数字模拟转换器（DAC）：用于将数字数据转换为模拟的电压或者电流信号，一般称作Digital/Analog Converter，数字模拟转换器。对于DAC转换精度的描述通常用位数（bit）表示。DAC的转换精度与系统输出的精度是密切相关的。在模拟信号输出系统中，为保证模拟量输出信号的正确性以及系统的精度，对于DAC输出的模拟量信号需要进行调理。完成这部分调理功能的电路一般称为“后端电路”。后端电路通常完成对于信号的平滑滤波、信号幅值范围的调整（如信号增益的调整）、信号类型的转换（I/V、V/I转换）等。ICAN-4404后端电路的基本结构如图 2.1所示。图 2.1 模拟量输出后端调理电路其后端电路基本由DAC、增益调整电路、平滑滤波器以及信号转换电路组成。增益调整电路根据需要将DAC输出信号的幅值调整至较合适的电压，平滑滤波器实现DAC输出信号的滤波，而V/I转换电路则将电压信号转换为电流信号。2.3 输出接线ICAN-4404具有4路模拟量输出通道，可以选择为电压输出方式或电流输出方式。其电压输出接线方式如图 2.2所示。图 2.2 模拟量输出电压方式接线示意图采用电压输出方式时，每个通道的最大负载电流为20mA，当输出过流（例如输出短路）时，所有的AO通道输出将不正常，且可能导致模块损坏。模拟量输出选择电流方式输出时，可以采用内部供电方式或外部供电方式，接线方式如图 2.3所示。图 2.3 模拟量输出电流方式接线示意图采用外部供电时，最高的负载电压不能超过+24V。每一个AO通道同一时刻只能使用一种输出方式，当选择电压输出方式时，应保证同一通道的电流输出端子上没有接任何负载；当选择电流输出方式时，也应保证同一通道的电压输出端子上没有接任何负载；否则，将可能导致输出不正常，甚至损坏模块。注意：模块的模拟量输出通道不论是配置为电压输出方式还是电流输出方式，单通道最大输出负载电流为20mA必须是在环境温度为-4070范围内，当工作环境温度为7185范围内，总的负载电流只能为额定电流的60%，即小于24mA。对于电流输出方式，建议采用外部供电方式。2.4 输出值计算ICAN-4404模块采用12位分辩率DAC控制模拟量输出，输出零值为0x000，满量程值为0xFFF。根据选择的输出类型和范围，将要输出的模拟量值转换为16进制数值后，写入AO端口寄存器，模块将输出对应的模拟量信号。例如，要输出X(V)的电压，计算，再将计算结果转换为16进制就可以了。要输出X(mA)的电压，计算，再将计算结果转换为16进制就可以了。配置软件对通道输出类型的配置命令是通过写配置代码来实现的，配置代码和输出范围的对应关系如Error! Reference source not found.所示。表 2.1 AO通道输出范围设置量程代码输出范围00020mA01420mA02010v 在420mA输出范围下，命令输出小于4mA的数值，都将以4mA输出。3. ICAN-4404的数字量输入功能ICAN-4404还具有4路数字量输入通道，可以设置为普通DI输入方式或AO输出匹配输入方式。3.1 普通DI输入方式ICAN-4404模块的DI通道可以用来采集电压型或无源触点型数字量信号，输入信号逻辑状态定义如表 3.1所示。表 3.1 输入信号定义输入信号类型信号定义电压型数字量输入信号高电平信号状态1，电压范围：+3.5 V+30V低电平信号状态0，电压范围：+1V无源触点型数字量输入信号开路触点信号状态1闭合触点信号状态0ICAN-4404数字量输入端口原理示意图如图 3.1所示。图中左侧为外部接线，当外部输入为电平信号时，输入信号的电压小于1V时，光耦导通，A点输出低电平，逻辑状态为0；当输入信号的电压大于3.5V小于30V时，光耦截止，A点输出高电平，逻辑状态为1。当模块接开关触点信号时，当开关闭合，光耦导通，逻辑状态为0；同理，当开关断开时，光耦截止，逻辑状态为1。图 3.1 数字量输入原理示意图3.2 AO输出匹配输入方式ICAN-4404的4路DI通道可以独立配置为对应AO通道的紧急输出功能的匹配输入方式，输入匹配电平可通过配置软件配置。当DI通道配置为匹配输入方式，且DI端口输入电平与设置的匹配电平一致时，对应的AO通道将以设置的紧急输出值输出。3.3 输入接线方式ICAN-4404的DI通道不管选择哪一种工作方式，都可以从DI寄存器读取到DI端口的当前输入值，三种工作方式的接线方式是一样的，如图 3.2所示。电压型数字量信号接线时要注意信号极性，以免接反。图 3.2 数字量输入接线方式示意图4. ICAN-4404模块的参数配置 Canopen协议是CAN-in-Automation(CA)定义的标准之一，并且在发布后不久就获得了广泛的承认。尤其是在欧洲，Can open协议被认为是在基于CAN的工业系统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类型，例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器，都在称为“设备描述”的协议中进行描述；“设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠Canopen协议的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。4.1 通讯参数说明对象字典清单如附录A所示，除设备厂商定义参数以外，都是Canopen协议中的标准参数，详情请参考协议文本。设备厂商定义参数从0x2000开始，如表4.1所示。表 4.1 设备厂商定义参数表索引子索引参数名说明0x20000Number of Entries参数个数1 Channel Enable通道使能0x20010Number of Entries参数个数1Channel Range1通道类型2Channel Range2通道类型3Channel Range3通道类型4Channel Range4通道类型4.2 参数配置对象字典中的参数，若其属性为可写，均可以有用户配置。4.2.1 使用专用配置软件市场上有卖的Canopen主站卡和配套的 Canopen网络配置软件，该系统一般功能都比较强大，既能配置节点参数，也能监控整个网络，使用比较方便，但价格都比较贵。4.2.2 使用一般软件如果用户没有专用的Canopen网络配置系统，那么也可以通过简单的方法配置模块参数，具体方法如下。 （1），购买一款简单的 CAN 通信接口卡，只要支持CAN2.0就行，安装到电脑上，运行接口卡厂商提供的测试软件，如下图所示； （2），设置好通信速率和其他通信参数； （3），配置参数：举例说明如下. a，读对象字典：如图4.1所示。 0x601：SDO的标识为0x600+Anode（模块标识ID）； 40001805：读索引为0x1800，子索引为05 的项，即事件时间Event Time； 40001803：读索引为0x1800，子索引为03 的项，即约束时间Inhibit Time。 图 4.1 读对象字典b，写对象字典：如图4.2所示。 0x601：SDO的标识为0x600+Anode； 将约束时间改为0，SDO命令为：220018030000； 将事件时间改为1000毫秒，即0x3E8，SDO命令为：2200180503E8； 图 4.2 写对象字典5. ICAN-4404的Canopen协议及其应用CAN仅定义了第1层和第 2 层（见ISO11898 标准），即只定义物理层和数据链路层，没有定义应用层，所以要实现互连还需要一个应用层协议，如图5.1所示。CAL（CAN Application Layer）协议是目前基于CAN 的高层通讯协议中的一种，由CA（CAN in Automation）协会负责管理、发展和推广。CAL提供了所有的网络管理服务和报文传送协议， 但并没有定义CMS对象的内容， Canopen 是在CAL 基础上开发的，使用了CAL 通讯和服务协议子集，提供了分布式控制系统的一种实现方案。经过对Canopen协议规范的多次修改，使得Canopen协议的稳定性、 实时性和抗干扰性都得到了进一步的提高， 并且CA在各个行业不断推出设备子协议， 使Canopen协议在各个行业得到更快的发展。图 5.1 CAN、Canopen标准在OSI网络模型中的位置框图5.1 NMT对象NMT适用于Master/Slave结构的CAN网络。对于一个 Master/Slave结构的Canopen网络，Master节点管理和控制着整个网络，包括每一个Slave节点，它不但可以控制每个Slave节点的运行状态，还可以监视每个Slave节点，对网络运行的质量和性能起着非常重要的作用。一个网络中只能有一个Master节点，但可以有多个Slave节点。 NMT支持的命令如表5.1所示： 表 5.1 NMT命令表 NMT命令值 注释Start Remote Node 1启动节点(进入 Operation)Stop Remote Node 2停止节点Entry Are_Operation 128进入Are_Operation Reset Node 129复位节点Reset Communication 130复位通信参数一个节点可以选择以下四种状态之一，如表5.2所示。表 5.2 节点状态表状态状态值Industrialization(Boot) 0Noncooperation 127Operation 5Scoped 4节点启动后默认为预运行状态Noncooperation，然后由Master节点控制使其进入运行状态，但用户也可以使其启动后直接进入运行状态，不需要Master节点来控制（详情见模块启动）。5.2 SYNC对象SYNC（Synchronization）对象主要用于同步网络上的节点，即网络上的某个节点以定常时间间隔周期性地发送SYNC消息，主要用于同步Dos。 SYNC（Synchronization）对象基于生产者（Producer）/消费者（Consume）通信模型。Can open网络中的SYNC消息生产者周期性的发送SYNC消息，其它所有节点收到SYNC消息后，应立即发送PDO，PDO有效时间由Synchronous windows 决定。SYNC消息不包含数据。 Communicate Cycle Time，SYNC的时间间隔，单位为微秒（0x1006）。 Synchronous windows，同步窗口宽度，单位为微秒，即收到SYNC消息到发送PDO之间的时间间隔。一般情况下，收到SYNC消息后，首先要刷新数据，然后发送，这个过程的时间不能大于同步窗口时间宽度。对于RPDO而言，这个时间是指两次RPDO输出之间的最短时间（0x1007）。 5.3 Time Stamp对象网络同步也可以采用Time Stamp对象，该对象基于生产者（Producer）/消费者（Consume）通信模型。TIME生产为网络上的TIME消费者提供时间参考。 一个节点既可以是Time Stamp生产者， 也可以是Time Stamp消费者 （0x1012） 。 该模块不支持。 5.4 EMCY对象EMCY（Emergency）对象，即警报对象，主要用于报告网络的错误状态。 5.5 Node Guard对象对于Master/Slave结构的CAN网络，Master节点使用Node Guarding协议来获得Slave节点的状态，而对于非Master/Slave结构的CAN网络，则使用Heartbeat协议（或对象）来获得节点的状态，从而确定节点工作是否正常。一个设备要么使用Node Guarding协议，要么使用Heartbeat协议，两个协议不能同时使用在同一设备上。 Node Guarding协议主要用于Master节点护卫（Guard）Slave节点，该协议规定NMT Master节点必须采用Pull的方式和Slave节点通信，即Master节点首先发送远程数据请求帧RTR到Slave节点，Slave节点收到请求后将自己当前的NMT状态以数据帧的格式发送到Master节点（采用 Life Guarding 协议，用于Slave节点护卫Master节点），完成次通信。 NMT Master节点以Guard Time为周期发送Node Guarding消息（RTR），NMT Slave节点在收到Master节点发来的消息后应立即发送Life Guarding， 如果NMT Slave节点在Life Time时间内没有接收到Master节点的Node Guarding消息，则会生产Life Guarding Event，即发生Guard错误。同样，如果Master节点在Life Time时间内没有确认发送RTR消息到Slave节点(即Master在Life Time 时间内没有收到Slave节点发送来的数据)，或得到的状态不是希望的状态（例如Slave节点的状态已发生变化），则会产生Node Guarding Event，即发生Guard错误。Node Guarding消息格式如表5.3所示： 表 5.3 Node Guarding消息格式COB-ID 数据域长度DLC 数据Data 帧格式0x700+NodeId 0 无RTRNodeId ：Slave节点的Node-ID。 Life Guarding 消息格式如表5.4所示： 表 5.4 Life Guarding消息格式COB-ID 数据域长度DLC 数据Data 帧格式 0x700+NodeId 1Status（状态）数据帧NodeId：Slave节点的Node-ID。 Status：Slave节点的NMT状态，其意义如表5.5所示：表 5.5 Slave节点的NMT状态状态值（Status）NMT状态 4STOPPED 5OPERATIONAL 127PRE-OPERATIONALStatus中的最高位（bit7）为 toggle位，该位应该交替变化，起始值为0。Toggle位用来确定接收的数据是否合法。 Node Guarding有两个参数需要用户设置： Guard Time：以毫秒为单位（0x100C）； Life time Factor：乘积因子，Life Time=Guard Time*Life time Factor,（0x100D）； 如果两个参数中有一个为0，则撤销或关闭该对象 5.6 Heartbeat对象Heartbeat对象基于生产者 （Producer） /消费者 （Consume） 通信模型。 主要用于没有NMT Master 节点的Can open网络管理。Heartbeat生产者周期性地发送Heartbeat消息，其周期由对象字典中的Producer Heartbeat Time参数决定（0x1017），消息格式如表5.6所示： 表 5.6 Heartbeat消息格式COB-ID数据域长度DLC 数据Data 0x700+NodeId 1Status（状态）状态Status如下表，无 toggle位如表5.7所示。 表 5.7 Status状态值状态值（Status） NMT状态 0BOOTUP 4STOPPED 5OPERATIONAL 127PRE-OPERATIONALHeartbeat Consumer（消费者）为了有效的监视Heartbeat生产者，Heartbeat Consumer需要知道每个Heartbeat Producer（生产者）的节点标识和消费时间（Consumer Heartbeat Time），该参数保存在对象字典的0x1016（数据类型Array）。这样 Heartbeat消费者就可以监视每个Heartbeat生产者的状态。 Producer Heartbeat Time：单位为毫秒（0x1017）； Consumer Heartbeat Time：单位为毫秒（0x1016）；当节点从INITIALISING状态转为PRE-OPERATIONAL状态时， 如果Heartbeat Producer Time大于零， 即Heartbeat协议启动，这时Boot消息被作为第一个Heartbeat 消息。 5.7 PDO对象该系统使用默认的预定义连接集，即4个 TPDO，4个RPDO。下面分别说明。 PDO用于传输实时性要求较高的过程数据，如模拟量或开关量信号等。对于多主网络（任何一个节点都可以随时发送数据到网络），PDO必须具有较高的优先级。PDO既可以将对象字典中的多个数据项打包（最多8 个字节）发送，也可以将多于8个字节的数据分段发送。 PDO基于生产者消费者通信模型，即一个PDO生产者，一个或多个PDO 消费者，PDO消费者直接消费（接收数据），而不需要答复。PDO生产者发送的PDO（将PDO数据发送到网络），称为发送PDO（TPDO），同样PDO消费者接收的PDO（从网络上接收PDO数据）称为接收PDO（RPDO）。PDO的触发方式（即发送条件）可以是一个事件或定时发送等，具体触发方式由PDO的通信参数（PDO Communication Parameters）决定。 （1），PDO Communication Parameters； PDO的通信参数决定了PDO 的通信特性，即PDO的触发方式、PDO的优先级以及对PDO传输数据的一些时间限制等，PDO的通信参数如表5.8所示： 表 5.8 PDO的通信参数索引子索引通信参数说明1800h 0Number of Entries参数个数 1COB-IDPDO标识 2Transmission Type 传输类型 3Inhibit TimeTPDO最小时间 4Reserved保留 5Event TimeTPDO之间的最大时间间隔(a) ，COB-ID：PDO通信对象标识，它决定其通信的优先级，其具体值如表5.9所示。 表 5.9 COB-ID定义位号bitValue功能31（MSB） 0PDO存在或有效 1PDO不存在或无效 30 0允许RTR 1不允许RTR 29 011位ID（CAN2.0A） 129位ID（CAN2.0B） 28-11 0如果bit29=0 x如果bit29=1, COB-ID 的bit 28-11 10-0（LSB） xCOB-ID 的bit 10-0 (b)，Transmission Type； TPDO：分为周期和非周期发送两种，周期性发送是指在接收到同步消息后发送数据，而不考虑PDO数据是否变化，非周期发送是指某一事件发生时发送数据，事件包括接收到SYNC消息、数据发生变化、Event Time到或接收到RTR等。Transmission Type的取值范围为0-0xFF，每种取值的意义请参见Can open协议规范。 RPDO：RPDO消息通常都接收，但是否输出取决于事件的发生，事件包括接收到同步消息SYNC或接收数据发生了变化（与前次比较）等。 (c)，Inhibit Time； 对于TPDO，若两次发送PDO的时间间隔比较短，则会增加CAN总线的负载，发生总线阻塞等问题，所以两次PDO之间的时间间隔可以由用户来设置，这就是Inhibit Time，即两次TPDO之间的时间不能小于Inhibit Time。 例如，若TPDO发送的数据是某一A/D转换的结果，而Transmission Type为数据变化事件，由于A/D转换结果的最低位通常是不断变化的，如果没有约束时间限制（Inhibit Time），发送PDO的时间间隔是非常短，总线就会发生阻塞现象。 (d)，Event Time； TPDO：只要 Event Time时间到，立即发送PDO（即定时发送），而不考虑数据是否变化。Event Time时间的计算是从发送完一个PDO后开始的。若Event Time=0，则取消该触发方式。 RPDO：如果Transmission Type选择254 或255，若在Event Time时间内没有收到PDO，则为PDO错误。 Trans.Type ( 传输类型) 是否同步 Data requisition数据采集及发送（TPDO）0非周期性同步 每接收到一个SYNC采样一次数据，若数据发生变化，则发送PDO。 1-240 周期性同步接收到N个SYNC采样一次数据(N=1-240)，然后发送PDO。241-251保留252 同步接收到一个SYNC时采集数据，当接收到远程请求帧后发送PDO。（RTR）253 异步 采集数据一值进行，当接收到远程请求帧后发送PDO。（RTR） 254异步 用户定义的触发事件发生后采集数据，并立即发送PDO。255 异步 设备文件定义的触发事件发生后采集数据，并立即发送PDO。 Trans.Type( 传输类型)RPDO0 接收PDO，当接收到一个SYNC后，并且数据发生变化则刷新输出数据。1-240 接收PDO，当接收到N个SYNC（N=1-240)后，并且数据发生变化则刷新输出数据。 241-251 保留。 252 保留。 253 保留。 254 接收PDO，当用户定义的触发事件发生后刷新输出。255 接收PDO，当设备文件定义的触发事件发生后刷新输出。 （2），PDO Mapping Parameters（PDO 映射参数）。 PDO映射参数定义了PDO的数据源位置，即PDO对象将要发送的过程数据的地址，例如I/O端口的地址或A/D 缓冲区的地址等。其设置参数包括在对象字典中的索引、映射的个数和每个映射的长度等。 一个PDO一次最多只能发送8个字节的数据，即64bit数据，所以映射的个数和长度应符合这个要求，若每个映射的长度为8bit（0x08），则映射个数可以为8，若每个映射的长度为16bit（0x10），则映射个数最大是4。 （3），PDO Linking（PDO 连接）：由于一个PDO 生产者可以有多个PDO消费者，那么怎样安排分配生产者和消费者之间的连接呢，这就是PDO连接要解决的问题。对于Master/Slave网络结构， PDO交换数据都是通过Master节点完成的， 预定义连接集中的4个TPDO和个RPDO都是针对这种网络结构的。 一般情况下，对于Master/Slave网络结构，PDO数据都是由Slave节点传输到Master节点，或由 Master节点传输到某个Slave节点，但有时两个Slave节点之间需要传输PDO数据，这时PDO数据的传输应该通过Master节点来完成，如图5.2所示，Slave1节点通过TPDO1发送数据到Master节点的RPDO1_M，然后Master节点通过TPDO2_M 再将数据发送到Slave2的RPDO1，完成一次PDO数据传输。图 5.2 Master节点与Slave节点PDO数据传输两个Slave节点之间也可以直接交换数据，而不需要通过Master节点，这时PDO生产者（TPDO）的节点标识COB-ID必须与PDO消费者（RPDO）的节点标识相同，而且是唯一的。传输过程如图5.3所示。 图 5.3 Slave节点与Slave节点PDO数据传输5.8 SDO对象SDO（Service Data Objects）采用客户/服务器模型，主要用于读写Can open网络中每个节点的对象字典。对象字典为阵列结构，其中有很多项（Entry），项的寻址方法采用Index和Sub index。Index的数据类型为UINT16，Sub index的数据类型为UINT8，即SDO最多可以寻址65536个项，每个项目最多有256个子项。 对象字典中项目的数据类型比较多，有整数型、串型、数组型、结构、Domain等，所以数据长短差别较大，对于SDO，有的一帧就能完成，有的需要很多帧才能完成，所以在CA-DS305协议规范中，Can open定义了三种SDO子协议，如表5.10所示： 表 5.10 SDO子协议协议（Protocol） 数据长度 说明加速传输（Expedited Transfer）1-4字节一帧(8字节) 分段传输（Segmented Transfer）任意字节数多帧 块传输（Block Transfer） 任意字节数多帧 读（Upload）写（Download）是相对Server端的。SDO的读写请求一般由SDO 客户端（Client）发起，SDO Server端响应该请求，完成一次SDO读写过程。为了避免冲突， SDO的传输一般需要两个不同的COB-ID， 分别用于不同方向的SDO传输， 对于SDO Server节点， 默认的两个SDO分别为SDOT（0x580+Anode）和SDOR(0x600+Anode)，