如何快速开发CANopen传感器设备：基于CANopen协议的XGate-COP10应用

传感器设备是工业自动化、仪器仪表及其他很多生产活动中使用最广泛的设备之一。传感器设备在早期都是直接与控制器相连接，并且传感器设备之间无法进行通信。在一个庞大的控制系统中拥有各种各样的传感器设备，从而导致整个系统布线复杂、系统调试效率低、维护成本高等缺点。CAN总线的推出使系统布线得到最大程度的改善，基于CAN总线应用层的CANopen协议更是改变了设备与控制系统之间的通信方式。

本期文章将介绍如何利用XGate-COP10模块设计一款基于CANopen从站协议的多功能传感器模块。

1 XGate-COP10简介

XGate-COP10是一款CANopen从站协议转换模块，内部集成了CANopen从站协议栈，遵循CiA DS301 V4.02进行设计，其内部集成了网络管理(NMT)、服务数据(SDO)、过程数据(PDO)、错误管理等功能。同时也遵循了DS303-3指示灯以及DS305层设置(LSS)等相关协议，使模块功能更强大。所有的功能均通过CiA的一致性测试软件的测试，保证了与其他CANopen设备良好的兼容性。

XGate-COP10为DIP24封装，拥有较小的占位面积(6 cm2)，使其更容易集成到设备中。其硬件设计也非常简单，设计简图如图1所示。

图1 XGate-COP10设计简图

2 传感器模块硬件设计

通过本文的介绍，读者可以清楚地了解怎样利用XGate-COP10设计一款具有CANopen从站通信能力的传感器设备。

本文所设计的传感器系统包含了4路温度和8路霍尔传感器信号。温度传感器使用线性度较好的模拟温度传感器，并采用12 bit的模拟数字转换芯片(A/D)对信号进行采集。霍尔传感器可用于检测磁性物质的位置状态，当具有磁性的物体靠近霍尔传感器时，霍尔传感器会输出一个低电平(0)，否则就输出高电平(1)。

硬件设计分为传感器采集部分和XGate-COP10连接部分，传感器设计框图如图2所示。

图2 传感器设计框图

本设计中使用了 ARM7处理器（LPC2132），其运行速度快，最高可达 72 MHz，并且拥有 64 KB的 Flash程序存储空间以及16 KB的RAM空间，可满足大部分场合的应用需求。模拟数字转换选用12 bit精度的转换芯片，完成对温度传感器输出信号的采集，并以数字信号的方式提供给处理器。霍尔传感器的输出信号为逻辑电平(0，1)，由于其驱动能力较弱，因此在其输出端增加一个I/O驱动器来增强其驱动能力，通常使用总线驱动芯片74HC245或74HC244。

XGate-COP10与CPU连接框图如图3所示。XGate-COP10提供一路串口与CPU进行连接，该串口负责CPU与XGate-COP10全部的数据交换和传输控制命令，同时LPC2132的I/O端口连接XGate-COP10的复位引脚，可灵活地对XGate-COP10进行复位操作。XGate-COP10提供了节点地址和波特率设置输入I/O，因此使用DIP拨码开关来设置XGate-OCP10的节点地址和波特率。XGate-COP10同时还提供了Run和Err指示灯接口，用以指示当前XGate-COP10（CANopen从站）的工作状态，并遵循 DS303-3指示灯标准。

图3 XGate-COP10与CPU连接

3 XGate-COP10资源分配

XGate-COP10的数据交换区和PDO映射可根据实际应用进行重新分配。

3.1 数据缓存区分配

XGate-COP10拥有96 B的输入和96 B的输出数据缓存区，使用者可以使用这些数据作为实时数据或配置参数的缓存。对于本应用系统来说主要有温度、霍尔感器数据以及温度报警上下限值需要进行交换，其资源分配如表1所示。

表1 资源分配表

本系统设计的温度范围为0～100℃，温度数据的采集采用12 bit的A/D转换器，因此每一路的温度需要使用2 B来存放；配置温度的上限及下限报警参数需要占用XGate-COP10的输出数据缓存区 #0(0x2100 01)～#7(0x2100 08)，每个通道占用 2 B，分别存储上限(1 B)和下限(1 B)温度报警值；霍尔传感器的输出为开关状态，因此每一路霍尔传感器占用1 bit，8路的霍尔传感器占用 XGate-COP10输入缓冲区#8(0x2000 09)。

3.2 PDO数据映射配置

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实时数据。本系统的温度及霍尔传感器数据需要实时传输，因此需要占用两个TPDO传输通道，温度的报警配置信息占用一个RPDO通道进行传输，该配置信息也可以通过SDO进行配置，其映射关系如表2所示。

表2 PDO映射分配表

4 系统软件设计

图4所示为该系统的软件操作流程图，处理器与XGate-COP10进行的主要操作就是与XGate-COP10的数据交换区(Input或 Output)进行数据交换，这些数据交换区(数据缓存)的数据会以标准的CANopen协议与其他CANopen设备进行数据交换。因此对于其他CANopen设备来说本系统是一个标准的CANopen从站设备，并能向CANopen主站或其他CANopen从站设备提供温度及霍尔传感器数据。

图4 软件操作流程图

本文实现了一款具有CANopen通信能力的温度及霍尔传感器系统，并能与标准的CANopen主站或CANopen从站进行通信。XGate-COP10的出现，使开发者不用再为开发CANopen协议栈而苦恼，CANopen产品短期上市也不再是梦想。

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