CANopen协议
                                          CANopen的发展
    20世纪80年代，由于汽车行业的需要而出现了CAN-bus。CAN-bus只定义了OSI通信模型中的第一层（物理层）和第二层（数据链路层），而没有定义应用层，因此各个厂商都可以定义自己的应用层协议，这样不利于工业的发展。为了统一标准，在CAN-bus的应用层相继出现了CANopen、DeviceNet、J1939等应用层协议。
    CANopen协议是在20世纪90年代末由CIA（CAN-in-Automation）组织在CAL（CAN Application Layer）的基础上发展而来的，一经推广便在欧洲得到了广泛的承认。经过对CANopen协议规范文本的几次修改，使得CANopen协议在稳定性、实时性、抗干扰性上都得到了提高，并且CIA不断地在各个行业推出标准协议描述文本，使得CANopen在各个行业中更快速地发展与推广。

                                           对象字典OD
    CANopen协议最核心的概念就是对象字典(Object Dictionary)，整个设备的功能都是通过对象字典来描述的。在一个特定的CANopen设备中必须拥有通信参数描述区(0x1000~0x1FFF)和设备功能描述区(0x2000~0x5FFF 或0x6000~0x9FFF)，其他的区域仅仅表示数据类型。
    对象字典分为主索引（16位）与子索引（8位），通过电子数据表格(EDS)来描述。设备子协议为对象字典中的每个对象描述了它的功能、名字、索引和子索引、数据类型以及这个对象是必需的还是可选的，这个对象是只读、只写或者可读写等。

                                         CANopen通信
    CANopen协议定义了四种通信对象，分别为管理报文对象、服务数据对象SDO(Service Data Object)、过程数据对象PDO(Process Data Object)、预定义报文或者特殊功能对象。
    一个CANopen设备必须支持一定数量的网络管理服务（管理报文，administrative messages），需要至少一个SDO，每个生产或消费过程数据的设备需要至少一个PDO，所有其它的通信对象是可选的。一个CANopen设备中CAN-bus通信接口、对象字典和应用程序之间的联系如图 1所示。

                                   CANopen节点开发
    主节点与从节之间的主要区别在于主节点具有管理报文(NMT)以及服务数据客户端(client)等功能，有了这些功能，主节点就可以管理CANopen网络。对于开发主节点和从节点设备来说有着较大的区别，主节点主要负责整个网络的管理并且能加载所有节点的EDS文件，例如主节点可以管理任意一个从节点进入特定的工作状态、配置从节点的参数、完成与从节点的数据交换等功能。从网络结构来说从节点属于被动设备，受主站管理，从节点只需要支持PDO、SDO服务器、预定义或特殊功能对象。

                                      CANopen组网通信
    在一个完整的CANopen网络中可有两种组网方式。
    (1)CANopen网络中，需要一个CANopen主节点设备和至少一个CANopen从节点设备；
    (2)CANopen网络中，至少需要两个CANopen从节点，由于CANopen可以支持点对点的工作方式，即对CANopen从节点配置正确的情况下，CANopen网络中没有主节点，从节点与从节点之间也能够建立通信并完成实时数据的交换过程。
    对于第一种组网方式需要一个CANopen主站，现阶段能提供的CANopen主站有很多种可以选择，例如工业电脑、PLC、工控主机等。主站的开发方式可以选择带CANopen API函数的主站卡、带OPC服务器的主站卡或者带CANopen主节点的PLC，如图2所示。

                                        CANopen节点设计
    对于一个现有的CANopen网络，由于功能上的需求，需要把不具有CANopen协议的串行设备（如RS232/RS485等设备)添加到CANopen网络，这种情况下就需要用到网关设备（不同协议的转换设备），其联网示意图如图2所示。

                                            从节点设计
    设计CANopen从节点的方案非常多，例如51MCU+SJA1000+CTM8251T(PCA8251T)、LPC2119＋CTM-8251T、FPGA＋SJA1000＋CTM8251T等方案。如果用户所设计的CANopen从节点设备功能相对简单，可选用价格较便宜的51单片机的方案。如果用户设计的CANopen从节点的功能比较复杂，代码可能占有大量的CODE和RAM空间，因此建议选择LPC2119方案。如果要求设备运行速度快，则可选FPGA方案。这些节点的设计方案中都需要对CANopen协议有深入的了解，并编写出符合CANopen协议标准的代码。
    为了简化CANopen从节点的设计，用户可以选择由广州致远电子有限公司所生产的CANopen从站模块，该模块支持用户二次开发，并且已经固化了CANopen从节点的核心代码(符合CANopen规范标准)，提供API函数供用户使用，可使从节点的性能更加稳定、开发速度更快、使用更方便。

                                            主节点设计
    在CANopen主节点的设计中，因为主节点需要管理最多127个的从节点，所以对于主站的硬件资源要求较高，主节点的设计通常有以下几种方案。
    (1)工业电脑＋PCI CANopen主站卡，这种方案简单方便，可通过主站卡提供的API函数或OPC服务器轻松完成主站的设计或组态；
    (2)嵌入式工控主机（WinCE或linux），这种方案也可以利用供应商提供的CANopen主站函数库或CANopen主站卡来实现CANopen主节点功能；
    (3)PLC（CANopen主节点），这种方案对用户来说也是比较简单的方案，只需要用户对PLC进行编程，可以完成CANopen主节点的组态应用，但费用较高。
    用户可根据实际情况进行方案选择，用最少的时间和费用完成最稳定的主节点，实现用户的最佳选择。

                                           节点抗干扰设计
    ESD脉冲、电源瞬变、总线浪涌等现象是影响网络通信、损坏设备的主要原因。设计CAN-bus电路时，可以选择微型封装的专用ESD保护元件PESDxCAN，以对抗ESD及其他电压突变脉冲。可以安装CAN-bus共模扼流圈BZ82793，以确保设备的电磁兼容性，抑制耦合干扰。同时，外置CAN-bus总线防雷器可以降低雷电、大电流浪涌对野外安装设备的损坏几率。

                                    CANopen在纺织机械中的应用
    改革开放30年来，国内针织行业迅猛发展，传统的手摇横机已经无法满足复杂花型编制的要求，也无法提高生产效率。全自动电脑横机是国内毛衫企业发展壮大的必然趋势。它可以大大提高生产效率，保证产品质量。
    由于CANopen协议的独特优势，非常适合用作纺织机械的通信协议，可参考CANopen标准协议描述文本DS414。NetEPC-8900集成了CANopen协议主站函数库，能实现管理多达127个节点的CANopen网络，TinyARM模块带有CANopen从节点的函数库，可实现绝大部分工业控制要求。应用CANopen协议构成的CAN-bus网络可使整个系统完全自动工作，无需人工参与，可以大大减少企业人力资源成本，提高生产效率，保证产品质量。其方案如图 3所示。

    基于NetEPC-8900的全自动电脑横机采用广州致远电子有限公司生产的NetEPC-8900为控制主机，通过CANopen网络连接CANopen节点（TinyARM T23系列）来实现。工作人员在监控服务器上生成需要生产服饰的花型文件；通过以太网下载到NetEPC-8900上；NetEPC-8900解析花型文件后，通过CANopen节点(TinyARM T23系列)的PWM信号控制摇床电机工作，通过CANopen节点（TinyARM T23系列）的I/O信号控制选针器工作，通过CANopen节点（TinyARM T23系列）的D/A信号控制卷布电机和压针电机工作；通过CANopen节点(TinyARM T23系列)控制纱嘴三角系统动作。NetEPC-8900通过连接LCD显示器指示横机当前的状态信息。工作人员也可以通过监控服务监控生产的衣服产量。
    现阶段的中国在工业领域与欧洲、美国等其他先进国家存在较大的差距。CANopen作为先进的通信协议在欧洲等其他的发达国家都已得到了广泛应用，在中国的推广与应用还处于起步阶段，在我国正大力发展工业的时代，CANopen有着重大的发展前景与机遇。
    广州致远电子有限公司提供CANopen主站卡、CANopen数据采集模块、CANopent协议网关等产品，并提供CANopen软件支持与网络服务等。