基于CANopen协议的网络主控制器的设计

论文摘要

计算机、通信和控制技术的迅速发展,使得网络集成信息自动化正在迅速应用到各种工业控制领域。以嵌入式系统和设备为基础的现场总线控制系统已经取代传统的集散控制系统。作为新兴的总线通信之一,基于CAN总线的CANopen通信已经在国外得到广泛的开发和应用,已经被应用于交通、医疗、楼宇、安防、自动化生产等各种控制系统。并且随着CANopen通信协议的标准化和日益完善,应用前景将十分广阔。而我国则起步较晚,国内鲜有CANopen协议的自主开发,CANopen通信的应用和开发基本上被国外所垄断。本人在实际工作中深深地体会到,由于国内CANopen通信技术开发上的滞后,使得无论是国外先进控制系统的应用还是国内的控制系统产品的设计开发都带来了很大的困难。CANopen通信的核心就是CANopen控制器。而具有网络管理功能的CANopen控制器即CANopen主控制器更是如此,一个CANopen通信网络的性能很大程度上取决于CANopen主控制器的设计。所以一个CANopen主控制的设计开发对于CANopen通信网络的开发具有重要意义。本文首先简要介绍了CAN总线技术,CANopen通信协议及其应用;在此基础上,对基于CANopen协议的CAN总线网络的结构,CANopen网络主节点的构成方式和功能组成进行了分析,从而得出了一个清晰的系统模型;基于标准的通信协议,详细分析了CANopen主节点的工作机制;最后在硬件、软件两方面,实现了基于标准CANopen协议—CiA DSP-301,CiA DSP-302以及CiA DSP-305的网络主节点的设计,为基于CANopen协议的网络主节点的设计开发提供实现的过程和方法。本人参与了基于CANopen通信的I/O控制器的设计开发,以及国外基于先进的CANopen通信的伺服运动控制系统的应用。对CAN总线及CANopen协议有深入的掌握,对基于CAN总线及CANopen通信的控制设备的应用有较丰富的经验。基于以上原因,使本文具有较强的工程应用参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 总线通行的发展
• 1.1.2 CAN 及CANopen 总线通信的现状
• 1.1.3 CANopen 通信的发展
• 1.2 课题研究的内容
• 1.3 本章小结
• 第二章 CANopen 通信协议的概念与基础
• 2.1 CAN 总线协议
• 2.1.1 CAN 总线协议特点
• 2.1.2 CAN 总线物理层
• 2.1.3 CAN 总线数据链路层
• 2.1.4 CAN 总线通信工作机制
• 2.2 CANopen 通信优势
• 2.2.1 CANopen 通信优势
• 2.2.2 CANopen 设备通用协议
• 2.3 本章小结
• 第三章 CANopen 主节点协议分析
• 3.1 CANopen 网络分析
• 3.1.1 CANopen 通用网络结构
• 3.1.2 CANopen 主节点与从节点
• 3.1.3 CANopen 网络模型
• 3.1.4 CANopen 网络功能分析
• 3.1.5 CAN 标示符（COB-ID）
• 3.2 CANopen 功能分析
• 3.2.1 对象字典（Object Dictionary）分析
• 3.2.2 服务数据对象（SDO）分析
• 3.2.3 过程数据对象（PDO）分析
• 3.2.4 同步（SYNC）分析
• 3.2.5 紧急事件（Emergency）分析
• 3.2.6 时钟节拍（Time Stamp）
• 3.2.7 错误控制（Error Control）
• 3.2.8 状态机制
• 3.2.9 CANopen 标识符
• 3.2.10 CANopen 主节点工作机制分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 CANopen 主节点硬件设计
• 4.1 CANopen 主节点硬件设计
• 4.2 本章小结
• 第五章 CANopen 主节点软件设计
• 5.1 CANopen 软件功能设计
• 5.2 软件编写
• 5.2.1 CAN 及MCU 初始化
• 5.2.2 CANopen 主节点的初始化
• 5.2.3 对象字典的组建
• 5.2.4 PDO 通信
• 5.2.5 SDO 通信
• 5.2.6 SYNC 通信
• 5.2.7 NMT 网络管理
• 5.2.8 结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文