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基于HMIBuilder组态软件的CAN模块通信

　　作者：李建章
　　指导：董立华

　　摘要：
　　介绍如何用HMIBuilder组态软件与CAN总线上的设备进行通信。通过应用一个带CAN通信模块的倾角传感器，阐述了HMIBuilder的设置方法。实践表明软件设置简单、平台运行稳定可靠。
　　关键词：
　　HMIBuilder组态软件、研华PCI-1680U板卡、倾角传感器、CANOpen。
　　一、 系统概述
　　在很多应用中，我们需要获取现场总线模块的数据，并参与控制，比如：温度信号、湿度信号、高度信号等等。我们现在可以采用组态软件利用现场总线传输，来采集现场的信号。为我们获取应用现场的信号提供了方便快捷的解决方案。
　　二、 组态软件通讯分析
　　组态软件建立在数据库系统之上，实时数据库通过驱动接口采集总线系统中PLC、智能仪表和其他设备的信息，详细架构请见图1。

　　图1 现场总线数据采集架构图

　　组态软件与硬件设备组成的CAN总线系统，详细组成请见图2。

　　图2  CAN总线系统

　　三、 CAN设备分析
　　1. CANOpen设备模型
　　CANOpen设备模型外部连接CANBus系统合过程I/O，采集现场数据，通过CAN总线系统，向高层传送。设备模型（图3）内部可以被分为3部分：
　　1.1 通信接口（Communication）部分：
　　提供在总线上收发通信对象的服务。不同CANOpen设备间的通信都是通过交换通信对象完成的。这一部分直接面向CAN控制器进行操作。
　　1.2 对象字典（Object Directory）部分：
　　对象字典描述了设备的功能性。它以特定的方式描述了通信对象(应用数据和配置数据)，从而实现了设备的功能性描述。这些对象通过一个16位的索引和一个附加的8位子索引来访问。对象字典位于CAN总线设备通信部分和应用部分之间，向应用程序提供接口，应用程序对对象字典进行操作就可以实现CANOpen通信。
　　1.3 应用（Application）部分：
　　应用部分由用户编写，包括功能部分和通信部分。通信部分通过对对象字典进行操作实现CANopen通信，而功能部分由用户根据应用要求实现。比如CAN控制器，应用程序部分则为过程控制或数据处理逻辑，需要用户编写。

　　图3[1] CANOpen设备模型

　　2. CANOpen标识符
　　为了减小简单网络的组态工作量，CANopen定义了强制性的缺省标识符（CAN-ID）分配表。这些标志符在预操作状态下可用，通过动态分配还可修改他们。CANopen设备必须向它所支持的通讯对象的提供相应的标识符。
　　缺省ID分配表是基于11位CAN－ID，包含一个4位的功能码部分和一个7位的节点ID(Node-ID)部分。如图4所示。

　　图4  PDO数据格式[1]

　　Node-ID：对应CANOpen设备，由系统集成商定义，例如通过设备上的拨码开关设置。Node-ID范围是1~127（0不允许被使用）。
　　Function Code：确定CAN帧的类型，比如：PDO 和SDO：对应CANOpen设备的寄存器。在CANOpen设备中，常用的PDO为0x180+Node-ID。其中0x180就是指Functon Code。SDO 是用来在设备之间传输大的低优先级数据的服务数据对象，典型的功能是配置CANopen网络上的设备。
　　PDO 用来传输8字节或更少数据，没有其它协议预设定（意味着数据内容已预先定义）。 比如：某倾角传感器上传的为7个字符，因此它有8个PDO数据需要传到现场总线上。标识符的格式为TPDO=0X180+NODE_ID，因此发送的PDO可以表示为表3.1的描述。

　　表3.1  传感器设备的PDO

　　四、 组态软件CAN通讯映射关系
　　1. HMIBuilder设备站参数对应PCI1680U的一个Port口
　　针对研华PCI-1680U板卡，在设备站参数设置中，其端口、设备号可以选择（见图4.1.1），波特率可以设定，比如Port1，设备号为0，波特率：250K。这些对应Advantech Device Magnager中的HardwareSetting（见图4.1.2）。其协议类型和远程帧方式对应CanMEx.exe测试程序中对CAN卡的进一步设置(详见图4.1.3)，其中CanMEx.exe在安装研华Demo后目录中，如C:\Program Files\Advantech\CAN\CAN Examples\Examples\VC\CanMEx）。

　　图4.1.1  站参数选择

　　图4.1.2  HardwareSetting

　　图4.1.3 CanMEx

　　2. HMIBuilder模拟量对应CANOpen帧的数据域
　　在图4.1.3中，其中Message内容为数据域的ASCII码形式解码。在HMIBuilder中，PCI1680U对应的点参数的设置方法如图4.2.1。其中，ID可以对应CANOpen设备的PDO。如果要读PDO数据域的第一个Byte数据。那么设置如下：416:0:U8:R。也就是416表示设备ID，0表示偏移量，U8-表示8位无符号整形。也就是说，起始偏移为数据域按照字节的偏移，取值为0到7。如果按照F32数据类型，起始偏移取值为0和1。

　　图4.2.1 点参数的设置

　　注意：本驱动的解码方法包括8位无符号数据、8位带符号整数、16位无符号整数、带符号整数、16位BCD整数、32位无符号整数、32位带符号整数、32位BCD整数、32位浮点数。
　　五、 应用实例
　　针对芬兰Axiomatic公司MVINC-CO-x-range型号倾角传感器的CAN模块通讯测试
　　1、 物理连接
　　准备首先正确接线，连接研华的PCI-1680U板卡；然后用研华的随机测试软件进行测试。如果测试通讯完成后，再进行下一步，连接带CAN通讯的下一级设备。
　　2、 HMIBuilder站参数
　　设置一个站，选择驱动程序。如下：

　　图5.2.1  站参数设置

　　配置协议,参数设置如下：
　　用PCI-1680U板卡的第一个端口接收数据，所以在设备中选择Port1,设备号选择第一个设备，波特率选择250k（和传感器波特率相同），屏蔽码为255。

　　图5.2.2 通信设置

　　3、 倾角传感器的NMT对象：

　　表5.1

　　CAN-ID固定为0X00。

　　表5.2

　　在HMIBuilder数据组态中，我们设置启动CAN模块2个模拟量参数如图，要求ID都为0，偏移地址连续，而其分别为0和1。

　　图5.3.1 模拟量参数设置

　　注意：
　　地址为0，偏移量为0

　　图5.3.2 地址无偏移

　　地址为0，偏移量为1.

　　图5.3.3  地址偏移一位

　　4、 倾角传感器PDO对象
　　倾角传感器上传数据的格式：

　　表5.3

　　读取CAN模块7个模拟量参数：

图5.4.1 模拟量参数设置

　　地址设置如下：

　　图5.4.2 采集上来的数据

图4.4.2 地址设置 偏移0.对应D0：416:0:U8:R

　　
　　图5.4.3地址设置 偏移1对应D1：416:1:U8:R

　　注意：
　　读上的数据为7位，ID不变。设置偏移为0…6
　　5、 HMIBuilder组态完成
　　配置启动画面

　　图5.5.1 启动画面

　　运行情况：

　　图5.5.2 运行结果

　　六、 结束语
　　通过HMIBuilder组态软件的CAN总线通信设置，实现了对倾角传感器数据的采集。
　　七、 参考文献
　　[1] 周立功  CAN-Bus  现场总线基础方案。
　　[2] HMIBuilder功能手册

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