傳感器設(shè)備是工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表及其他很多生產(chǎn)活動(dòng)中使用最廣泛的設(shè)備之一。傳感器設(shè)備在早期都是直接與控制器相連接，并且傳感器設(shè)備之間無(wú)法進(jìn)行通信。在一個(gè)龐大的控制系統(tǒng)中擁有各種各樣的傳感器設(shè)備，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)布線復(fù)雜、系統(tǒng)調(diào)試效率低、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。CAN總線的推出使系統(tǒng)布線得到最大程度的改善，基于CAN總線應(yīng)用層的CANopen協(xié)議更是改變了設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的通信方式。

本期文章將介紹如何利用XGate-COP10模塊設(shè)計(jì)一款基于CANopen從站協(xié)議的多功能傳感器模塊。

1 XGate-COP10簡(jiǎn)介

XGate-COP10是一款CANopen從站協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，內(nèi)部集成了CANopen從站協(xié)議棧，遵循CiA DS301 V4.02進(jìn)行設(shè)計(jì)，其內(nèi)部集成了網(wǎng)絡(luò)管理(NMT)、服務(wù)數(shù)據(jù)(SDO)、過(guò)程數(shù)據(jù)(PDO)、錯(cuò)誤管理等功能。同時(shí)也遵循了DS303-3指示燈以及DS305層設(shè)置(LSS)等相關(guān)協(xié)議，使模塊功能更強(qiáng)大。所有的功能均通過(guò)CiA的一致性測(cè)試軟件的測(cè)試，保證了與其他CANopen設(shè)備良好的兼容性。

XGate-COP10為DIP24封裝，擁有較小的占位面積(6 cm2)，使其更容易集成到設(shè)備中。其硬件設(shè)計(jì)也非常簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 XGate-COP10設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

2 傳感器模塊硬件設(shè)計(jì)

通過(guò)本文的介紹，讀者可以清楚地了解怎樣利用XGate-COP10設(shè)計(jì)一款具有CANopen從站通信能力的傳感器設(shè)備。

本文所設(shè)計(jì)的傳感器系統(tǒng)包含了4路溫度和8路霍爾傳感器信號(hào)。溫度傳感器使用線性度較好的模擬溫度傳感器，并采用12 bit的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片(A/D)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集。霍爾傳感器可用于檢測(cè)磁性物質(zhì)的位置狀態(tài)，當(dāng)具有磁性的物體靠近霍爾傳感器時(shí)，霍爾傳感器會(huì)輸出一個(gè)低電平(0)，否則就輸出高電平(1)。

硬件設(shè)計(jì)分為傳感器采集部分和XGate-COP10連接部分，傳感器設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖2 傳感器設(shè)計(jì)框圖

本設(shè)計(jì)中使用了 ARM7處理器（LPC2132），其運(yùn)行速度快，最高可達(dá) 72 MHz，并且擁有 64 KB的 Flash程序存儲(chǔ)空間以及16 KB的RAM空間，可滿足大部分場(chǎng)合的應(yīng)用需求。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換選用12 bit精度的轉(zhuǎn)換芯片，完成對(duì)溫度傳感器輸出信號(hào)的采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式提供給處理器。霍爾傳感器的輸出信號(hào)為邏輯電平(0，1)，由于其驅(qū)動(dòng)能力較弱，因此在其輸出端增加一個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)器來(lái)增強(qiáng)其驅(qū)動(dòng)能力，通常使用總線驅(qū)動(dòng)芯片74HC245或74HC244。

XGate-COP10與CPU連接框圖如圖3所示。XGate-COP10提供一路串口與CPU進(jìn)行連接，該串口負(fù)責(zé)CPU與XGate-COP10全部的數(shù)據(jù)交換和傳輸控制命令，同時(shí)LPC2132的I/O端口連接X(jué)Gate-COP10的復(fù)位引腳，可靈活地對(duì)XGate-COP10進(jìn)行復(fù)位操作。XGate-COP10提供了節(jié)點(diǎn)地址和波特率設(shè)置輸入I/O，因此使用DIP撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置XGate-OCP10的節(jié)點(diǎn)地址和波特率。XGate-COP10同時(shí)還提供了Run和Err指示燈接口，用以指示當(dāng)前XGate-COP10（CANopen從站）的工作狀態(tài)，并遵循 DS303-3指示燈標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 XGate-COP10與CPU連接

3 XGate-COP10資源分配

XGate-COP10的數(shù)據(jù)交換區(qū)和PDO映射可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行重新分配。

3.1 數(shù)據(jù)緩存區(qū)分配

XGate-COP10擁有96 B的輸入和96 B的輸出數(shù)據(jù)緩存區(qū)，使用者可以使用這些數(shù)據(jù)作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或配置參數(shù)的緩存。對(duì)于本應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)主要有溫度、霍爾感器數(shù)據(jù)以及溫度報(bào)警上下限值需要進(jìn)行交換，其資源分配如表1所示。

表1 資源分配表

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度范圍為0～100℃，溫度數(shù)據(jù)的采集采用12 bit的A/D轉(zhuǎn)換器，因此每一路的溫度需要使用2 B來(lái)存放；配置溫度的上限及下限報(bào)警參數(shù)需要占用XGate-COP10的輸出數(shù)據(jù)緩存區(qū) #0(0x2100 01)～#7(0x2100 08)，每個(gè)通道占用 2 B，分別存儲(chǔ)上限(1 B)和下限(1 B)溫度報(bào)警值；霍爾傳感器的輸出為開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此每一路霍爾傳感器占用1 bit，8路的霍爾傳感器占用 XGate-COP10輸入緩沖區(qū)#8(0x2000 09)。

3.2 PDO數(shù)據(jù)映射配置

XGate-COP10最多可提供12路的TPDO和12路的RPDO，最多可映射96 B的 TPDO和96 B的 RPDO實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的溫度及霍爾傳感器數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸，因此需要占用兩個(gè)TPDO傳輸通道，溫度的報(bào)警配置信息占用一個(gè)RPDO通道進(jìn)行傳輸，該配置信息也可以通過(guò)SDO進(jìn)行配置，其映射關(guān)系如表2所示。

表2 PDO映射分配表

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖4所示為該系統(tǒng)的軟件操作流程圖，處理器與XGate-COP10進(jìn)行的主要操作就是與XGate-COP10的數(shù)據(jù)交換區(qū)(Input或 Output)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這些數(shù)據(jù)交換區(qū)(數(shù)據(jù)緩存)的數(shù)據(jù)會(huì)以標(biāo)準(zhǔn)的CANopen協(xié)議與其他CANopen設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此對(duì)于其他CANopen設(shè)備來(lái)說(shuō)本系統(tǒng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CANopen從站設(shè)備，并能向CANopen主站或其他CANopen從站設(shè)備提供溫度及霍爾傳感器數(shù)據(jù)。

圖4 軟件操作流程圖

本文實(shí)現(xiàn)了一款具有CANopen通信能力的溫度及霍爾傳感器系統(tǒng)，并能與標(biāo)準(zhǔn)的CANopen主站或CANopen從站進(jìn)行通信。XGate-COP10的出現(xiàn)，使開(kāi)發(fā)者不用再為開(kāi)發(fā)CANopen協(xié)議棧而苦惱，CANopen產(chǎn)品短期上市也不再是夢(mèng)想。

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