CANopen协议在伺服电机控制系统中的实现

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除了上述用于实现伺服电机模块预定义功能的报文外，还根据CANopen协议的指示灯规范设计了状态（绿色）和错误（红色）指示灯，通过定时器周期性地检查CAN总线状态寄存器和CANopen通信状态标志，设置指示灯的常亮、闪亮和闪烁等状态，可使用户直观地判断当前机器所处的状态，从而提高工作效率，具体的CANopen协议和指示灯规范可以参考相关文档。

伺服电机控制模块的设计是基于CANopen协议对象字典的模块化设计，它可以方便地进行功能扩展，只须修改对象字典中报文映射参数，添加相应的功能模块即可实现。与以往的基于CAN数据传送协议相比，大大提出了系统效率，节约了有限的硬件资源，为功能的扩展和用途的延伸提供了方便。

（2）应用程序流程

伺服电机模块上电以后，根据CANopen协议从节点的性质，系统在进行完初始化参数配置后，发送Boot－up报文通知主节点已进入预操作（preoperational）状态，并在主循环中等待各种类型中断的到来，在预操作状态中，可接收主节点的SDO报文读/写对象字典。比如当无法使DA零点输出偏置电压达到标准值时，可以通过修改对象字典的电压偏置值相来进行调整。NMT报文也可在预操作状态中接收，用于改变节点状态，进入伺服电机模块实时传输PDO报文的操作（operational）状态，开始系统的正常工作，一旦系统进入预操作状态，就会以5000ms为周期发送Heartbeat报文使主节点实时监控伺服电机模块的状态，当从节点发生错误时主节点就可以立刻采取措施，实现实时在线监控的功能，图3为中断程序流程图。

（3）基于PIC18F258微控制器的邮箱动态分配的实现

邮箱动态分配的任务是在不固定某个邮箱具体特性的同时，实现对邮箱中报文作用的判断，通过邮箱的动态分配，可以节约系统资源，提高软件灵活性，便于今后系统扩展。

在系统初始化过程中，实现了邮箱的动态分配，具体方法是：PIC18F258微控制器具有2个接收缓冲器和6个接收滤波器，其中：接收缓冲器0对应于接收滤波器0和1；接收缓冲器1对应于接收滤波器2、3、4和5。通过定义常数标志数组_uCANRxHndls[ i]（0≤i≤5），依次将要接收的报文COB－ID定义到接收滤波器中，当产生CAN总线接收中断时，根据中断标志寄存器PIR3的Bit0（RXB0IF，接收缓冲器0中断标志位）和Bit1（RXB1IF，接收缓冲器1中断标志位）来判断产生中断的接收缓冲器。

当接收缓冲器0中断时，则有：

_uCAN_ret＝*（_uCANRxHndls＋（RXB0CON＆0x01））（1）

其中：_uCAN_ret为标识某报文接收中断数组常数标志；接收缓冲器0控制寄存器（RXB0CON）的Bit0为接收滤波器0、1的选择位。

接收缓冲器1中断时，则有：

_uCAN_ret＝*（_CANRxHndls＋（RXB1CON＆0x07））（2）

其中：接收缓冲器1控制寄存器（RXB1CON）的Bit2－Bit0为接收滤波器2、3、4和5的选择位。

通过式（1）和式（2）可得代表某种报文中断的数组常数标志，实现对接收报文类型的判断，完成邮箱动态分配和相应报文处理。

4 实验验证

为方便实现实验室监测，直观地观察伺服电机模块的工作状态，判断D/A转化的线性特征，使用LabView软件设计了PC监控面板，如图4所示。

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图4中的amplitude和phase分别用于设置发送正弦波的幅度和相位，正弦波数据以占用两字节的形式发送，结合继电器1和2占用的一个字节组成3字节的TPDO报文，光耦1、2表示从RPDO报文接收到的数据状态，在此监控面板的基础上，使系统的调试更加方便。

在示波器上观察到的D/A输出波形如图5所示，因为D/A输出为瞬间波形，所以在示波器上看到的波形光线只有一部分。此外，由于LabView软件的限制，最高输出数据周期只能达到1ms，因此，在示波器上看到的波形有折线存在，每个转折点代表一个输出点，通过设置相位值来决定转折点的个数，即输出多少个数据来表示一个波形，例如图5中的相位为18，则会输出36个点来表示一个周期波形。将此D/A输出至伺服控制器即可实现对伺服电机的控制，这一点已在现场试验中得到验证。

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5 结论

通过对并条机自调匀整系统的其他控制节点采用相同的方法进行CANopen协议开发，实现了网络化的控制系统。除了伺服电机外一个完整的控制系统还应有：主控模块如（DSP或单片机）、PLC模块和键盘显示模块等。和伺服电机模块一样，可将每个控制模块都作为一个节点进行开发。每个节点都有各自的节点ID，所接收和发射的数据在总线上进行交流，通过改变伺服电机控制的低速罗拉转速来调节牵伸倍数，从而达到自调匀整的目的。

自动控制系统的网络化，标准化是现代工业发展的一个必然趋势，将CAN总线应用层协议CANopen应用于该领域有着广阔的应用前景，本文通过将伺服电机控制模块做成符合CANopen协议的标准化装置，并应用于并条机自调匀整系统中，使其具有了即插即用和在线监控特性，增强了设备的可扩展性，提高了数据传输的可靠性。这种基于现场总线应用层标准的协议的开发和使用，对提高系统的工作效率，特别是对复杂系统的研制具有一定的指导意义。

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