基于pc104總線的canopen主控設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于PC104總線的CANOPEN主控設備，該設備包括PC104單板計算機、CANOPEN主站通信卡和電源板，PC104單板計算機通過PC104總線與CANOPEN主站通信卡連接；CANOPEN主站通信卡包括CANOPEN協(xié)議控制器和由邏輯門電路形成的PC104總線接口電路、地址轉換器、鎖存器、緩存器；PC104總線接口電路輸入端連接PC104總線，輸出端分別連接地址轉換器、鎖存器、緩存器和CANOPEN協(xié)議控制器；電源板輸入端連接外部電源，輸出端分別連接PC104單板計算機和CANOPEN主站通信卡。通過在PC104單板計算機上擴展一個通用具有PC104總線接口的CANOPEN主站通信卡，完成CANOPEN協(xié)議控制器控制時序完全由邏輯門電路完成，無需可編程設備參與，方便更新和維護。
【專利說明】基于PC104總線的CANOPEN主控設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及基于CANOPEN網(wǎng)絡技術的機車車輛的網(wǎng)絡控制裝置技術，尤其涉及一種基于PC104總線的CANOPEN主控設備。
【背景技術】
[0002]由于可靠性、實時性、低成本、抗干擾性、兼容能力等多個方面的優(yōu)勢，CAN-bus (CAN-BUS即CAN總線技術，全稱為“控制器局域網(wǎng)總線技術Controller AreaNetwork-BUS^Can-Bus總線技術最早被用于飛機、坦克等武器電子系統(tǒng)的通訊聯(lián)絡上，將這種技術用于民用汽車最早起源于歐洲，在汽車上這種總線網(wǎng)絡用于車上各種傳感器數(shù)據(jù)的傳遞。)與其高層協(xié)議CANOPEN(是一種架構在控制局域網(wǎng)路“Control Area Network,即CAN”上的高層通訊協(xié)定，包括通訊子協(xié)定及設備子協(xié)定常在嵌入式系統(tǒng)中使用，也是工業(yè)控制常用到的一種現(xiàn)場總線)已成為了車輛數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的標準，并普遍應用于所有的可移動設施，例如地鐵火車、船舶艦艇、升降電梯、重載車輛、工程機械、運動系統(tǒng)、分布式控制網(wǎng)絡等。大部分的通用1/0模塊、驅動器、智能傳感器、PLC的生產(chǎn)廠商都提供支持CAN-bus與CANOPEN標準的產(chǎn)品。只要符合CANOPEN協(xié)議標準及其設備協(xié)議子集標準的系統(tǒng)，就可以在功能和接口上保證各廠商設備的互用性和可交換性。
[0003]CANOPEN標準定義了應用層、通信子協(xié)議以及各種應用規(guī)范，CANOPEN的主控設備及從設備均需要滿足這些規(guī)范。
[0004]現(xiàn)有的CANOPEN主控設備一般采用自帶CAN協(xié)議控制器的處理器或者由可編程邏輯器件完成外置CAN協(xié)議 控制器時序轉換的處理器；自帶CAN協(xié)議控制器的處理器處理能力不足，很難超過100MIPS，而且RAM，flash等外設資源有限；由可編程邏輯器件完成外置CAN協(xié)議控制器時序轉換的處理器通過可編程邏輯器件程序的更新以滿足CAN協(xié)議控制器讀/寫周期時序，需要更新處理器和可編程邏輯器件兩處程序，可維護性不強。
實用新型內容
[0005]本實用新型提供一種基于PC104總線的CANOPEN主控設備，用于克服現(xiàn)有技術中的缺陷，大大增強主控設備的可維護性。
[0006]本實用新型提供一種基于PC104總線的CANOPEN主控設備，包括:
[0007]PC104單板計算機，通過PC104總線與CANOPEN主站通信卡連接；
[0008]所述CANOPEN主站通信卡，包括PC104總線接口電路、地址轉換器、鎖存器、緩存器和CANOPEN協(xié)議控制器，所述PC104總線接口電路、地址轉換器、鎖存器、緩充器由邏輯門電路形成；所述PC104總線接口電路輸入端連接所述PC104總線，輸出端分別連接所述地址轉換器、鎖存器、緩存器和所述CANOPEN協(xié)議控制器；
[0009]電源板，輸入端連接外部電源，輸出端分別連接所述PC104單板計算機和CANOPEN主站通信卡，用于將外部電源轉換成工作電壓向PC104單板計算機和CANOPEN主站通信卡供電。[0010]其中，所述CANOPEN協(xié)議控制器為SJA1000芯片。
[0011]進一步地，所述地址轉換器包括數(shù)字比較器和讀寫轉換器，所述讀寫轉換器輸入端連接所述數(shù)字比較器，輸出端分別連接所述鎖存器和緩存器。
[0012]特別是，所述PC104單板計算機輸入端具有以太網(wǎng)接口和RS232接口。
[0013]本實用新型提供的基于PC104總線的CANOPEN主控設備，通過在PC104單板計算機上，擴展一個通用具有PC104總線接口的CANOPEN主站通信卡，從而實現(xiàn)具有CANOPEN主控能力的設備，完成CANOPEN的總線主功能；其中CANOPEN協(xié)議控制器可采用獨立CAN控制器的芯片，CANOPEN協(xié)議控制器控制時序完全由邏輯門電路完成，無需可編程設備參與，方便更新和維護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例一提供的主控設備的硬件結構框圖；
[0015]圖2為本實用新型實施例一提供的主控設備的信號流程圖；
[0016]圖3為本實用新型實施例一提供的主控設備的電路圖；
[0017]圖4為本實用新型實施例二提供的主控設備的信號流程圖；
[0018]圖5為本實用新型實施例二提供的主控設備的電路圖；
[0019]圖6為本實用新型實施例一提供的主控設備的軟件流程圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例一
[0021]如圖1-3所示，本實用新型實施例提供一種基于PC104總線的CANOPEN主控設備，包括PC104單板計算機1、CAN0PEN主站通信卡2和電源板3，PC104單板計算機I通過PC104總線與CANOPEN主站通信卡2連接；PC104總線包括控制總線41、地址總線42和數(shù)據(jù)總線43 ；CANOPEN主站通信卡2包括PC104總線接口電路21、地址轉換器22、鎖存器23、緩存器24和CANOPEN協(xié)議控制器25，PC104總線接口電路21、地址轉換器22、鎖存器23、緩充器24均由邏輯門電路形成；PC104總線接口電路21輸入端連接PC104總線，PC104總線接口電路21輸出端分別連接地址轉換器22、鎖存器23、緩存器24和CANOPEN協(xié)議控制器25 ；電源板3輸入端連接外部電源，電源板3輸出端分別連接PC104單板計算機I和CANOPEN協(xié)議控制器，用于將外部電源轉換成工作電壓向PC104單板計算機和CANOPEN主站通信卡2供電。CANOPEN主站通信卡2上設有CANOPEN接口 20，CANOPEN接口 20用于通過CAN總線與外部設備連接。
[0022]電源板實現(xiàn)外部DC110/24V與工作電壓DC5V之間的轉換，給PC104單板計算機I及CANOPEN主站通信卡2供電；PC104單板計算機實現(xiàn)CANOPEN主控代碼集成，實現(xiàn)主控代碼的應用層，同時通過控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線訪問CANOPEN主站通信卡2 ;基于CANOPEN主站通信卡2實現(xiàn)CANOPEN協(xié)議控制器25的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。
[0023]地址轉換器22從PC104總線上獲取控制信號的讀寫地址等，經(jīng)過邏輯轉換控制鎖存器及緩存器從PC104接口電路中分別獲取指定訪問的設備的訪問地址和控制指令，經(jīng)鎖存器及緩存器輸出的訪問地址和控制指令即可以訪問CANOPEN協(xié)議控制器SJA1000，從而完成CANOPEN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。本實用新型中的SJA1000通信接口卡內部沒有可編程邏輯器件，完全有74系列門電路完成芯片控制邏輯。
[0024]上述基于PC104總線的CANOPEN主控設備通過以下控制方法實現(xiàn)對外部設備的控制，包括寫卡步驟S和讀卡步驟W，其中:
[0025]寫卡步驟S如圖2中實心箭頭所示，包括以下步驟:
[0026]步驟SI，PC104單板計算機I根據(jù)操作者的輸入生成控制信號，控制信號通過PC104總線傳輸至PC104接口電路21輸入端，控制信號中包含用于控制CANOPEN協(xié)議控制器時序的控制指令、用于指定CANOPEN協(xié)議控制器接收的識別地址信息和用于操作者指定訪問的設備的訪問地址信息；
[0027]控制指令通過數(shù)據(jù)總線43向緩存器24傳送；識別地址信息通過控制總線41向地址轉換器22傳送，訪問地址信息通過地址總線42向鎖存器23傳送；
[0028]步驟S2，地址轉換器22從PC104接口電路21輸入端獲取識別地址信息，并比較識別地址信息與預設地址信息是否相同，如果相同則同時導通PC104接口電路21輸出端與鎖存器23及PC104接口電路21輸出端與緩存器24，進行下述步驟；如果識別地址信息與預設地址信息不同則同時斷開PC104接口電路輸出端與鎖存器及PC104接口電路輸出端與緩存器；
[0029]預設地址信息來源于地址轉換器22提供的I/O端地址，
[0030]步驟S3，鎖存器23記錄識別地址信息，并把該識別地址信息傳送給CANOPEN協(xié)議控制器25 ；
[0031 ] 步驟S4，緩存器24將接收到的控制指令寫入CANOPEN協(xié)議控制器25中；
[0032]讀卡步驟W如圖2中空心箭頭所示，包括以下步驟:
[0033]步驟Wl，CANOPEN協(xié)議控制器25接收來自于外部設備的反向控制信號；
[0034]步驟W2，反向控制信號經(jīng)緩存器24讀入PC104接口電路21，進而讀入PC104總線.[0035]經(jīng)過多次上述寫卡步驟S和讀卡步驟W的交替循環(huán)最后在CANOPEN協(xié)議控制器25中形成用于控制外部設備的控制命令。
[0036]CANOPEN協(xié)議控制器25采用NXP公司生產(chǎn)的半導體芯片SJA1000，SJA1000為地址總線、數(shù)據(jù)總線分時復用，PC104接口電路具有專用的地址總線42和數(shù)據(jù)總線43，PC104總線對芯片SJA1000的訪問，需要通過兩次次PC104總線操作，完成一次對芯片SJA1000的
讀或寫操作。
[0037]第一次訪問將要訪問的外部設備的地址送入地址總線，經(jīng)鎖存器鎖存該地址；第二次訪問將數(shù)據(jù)(控制指令)經(jīng)緩存器緩存，并寫入芯片SJA1000，完成一次對芯片SJA1000的寫操作；
[0038]第一次訪問將要訪問的外部設備的地址送入地址總線，經(jīng)鎖存器鎖存該地址；第二次訪問將數(shù)據(jù)(控制指令)經(jīng)緩存器緩存，從芯片SJA1000讀入數(shù)據(jù)總線。
[0039]主處理器采用Intel Celeron平臺，主頻為400MHz并嵌入VxWorks系統(tǒng),能夠使得系統(tǒng)穩(wěn)定快速的進行任務控制，并且使得設備在應用層軟件上也具有更好的靈活性和可擴充性。
[0040]PC104總線是工業(yè)控制總線中應用較多的一種。將CAN通訊控制器掛接在PC104總線上，實現(xiàn)處理器板卡通過PC104總線對CANOPEN數(shù)據(jù)通信，完成對各CANOPEN從節(jié)點的通訊和控制，從而完成CANOPEN主控系統(tǒng)。
[0041]如圖6所示，系統(tǒng)啟動后，進入初始化CAN驅動、CANOPEN協(xié)議棧流程，并啟動NMT狀態(tài)機；而后讀取DCF文件，使用DCF文件中的參數(shù)構建對象字典，通過SDO配置從設備，此時完成pre-operarion狀態(tài)，發(fā)送NMT啟動命令，進入operational狀態(tài)；在operational狀態(tài)中，完成PDO過程數(shù)據(jù)的收發(fā)，SDO消息數(shù)據(jù)的收發(fā)，同時監(jiān)視從節(jié)點的心跳報文，并進行緊急幀處理。在收到stop命令時，主控設備停止主控設備功能。
[0042]本實用新型提供的基于PC104總線的CANOPEN主控設備及控制方法，通過在PC104單板計算機上，擴展一個通用具有PC104總線接口的CANOPEN主站通信卡，從而實現(xiàn)具有CANOPEN主控能力的設備，完成CANOPEN的總線主功能；其中CANOPEN協(xié)議控制器可采用獨立CAN控制器的芯片，優(yōu)選為SJA1000芯片，CANOPEN協(xié)議控制器的控制時序完全由邏輯門電路完成，無需可編程設備參與，方便更新和維護。
[0043]實施例二
[0044]如圖4、圖5所示，作為上述基于PC104總線的CANOPEN主控設備的優(yōu)選方式，PC104單板計算機輸入端具有以太網(wǎng)接口 11和RS232接口 12。
[0045]本實用新型除了實現(xiàn)CANOPEN Master功能之外，還包括RS485總線、RS232、以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)模塊的程序下載、正常的以太網(wǎng)通訊，RS232實現(xiàn)設備啟動狀態(tài)監(jiān)控、模塊設備參數(shù)配置以及正常的RS232通訊，RS485總線實現(xiàn)設備與其它RS485總線設備的通訊。CANOPEN主設備模塊軟件設計采用OpenPCS集成開發(fā)環(huán)境，OpenPCS編程開發(fā)環(huán)境滿足IEC61131-3工業(yè)自動化系統(tǒng)的程序編制標準，方便用戶開發(fā)實際的應用程序和控制算法。
[0046]作為上述實施例的進一步地改進，如圖4、圖5所示，地址轉換器22包括數(shù)字比較器22a和讀寫轉換器22b，讀寫轉換器22b輸入端連接數(shù)字比較器22a，讀寫轉換器22b輸出端分別連接鎖存器23和緩存器24。
[0047]上述基于PC104總線的CANOPEN主控設備通過以下控制方法實現(xiàn)對外部設備的控制，包括寫卡步驟S和讀卡步驟W，其中:
[0048]寫卡步驟S如圖4中實心箭頭所示，包括以下步驟:
[0049]步驟SI，PC104單板計算機I根據(jù)操作者的輸入生成控制信號，控制信號通過PC104總線傳輸至PC104接口電路21輸入端，控制信號中包含用于控制CANOPEN協(xié)議控制器時序的控制指令、用于指定CANOPEN協(xié)議控制器接收的識別地址信息和用于操作者指定訪問的設備的訪問地址信息；
[0050]控制指令通過數(shù)據(jù)總線43向緩存器24傳送；識別地址信息通過控制總線41向地址轉換器22傳送，訪問地址信息通過地址總線42向鎖存器23傳送；
[0051]步驟S2，數(shù)字比較器從PC104接口電路輸入端獲取識別地址信息；讀寫轉換器從數(shù)字比較器中獲取識別地址信息，讀寫轉換器比較識別地址信息與預設地址信息是否相同，如果相同則同時導通PC104接口電路輸出端與鎖存器及PC104接口電路輸出端與緩存器，進行下述步驟；如果不同則同時斷開PC104接口電路輸出端與鎖存器及PC104接口電路輸出端與緩存器；
[0052]步驟S3，鎖存器23記錄識別地址信息，并把該識別地址信息傳送給CANOPEN協(xié)議控制器25 ；[0053]步驟S4，緩存器24將接收到的控制指令寫入CANOPEN協(xié)議控制器25中；
[0054]讀卡步驟W如圖2中空心箭頭所示，包括以下步驟:
[0055]步驟Wl，CANOPEN協(xié)議控制器25接收來自于外部設備的反向控制信號；
[0056]步驟W2，反向控制信號經(jīng)緩存器24讀入PC104接口電路21，進而讀入PC104總線.[0057]經(jīng)過多次上述寫卡步驟S和讀卡步驟W的交替循環(huán)最后在CANOPEN協(xié)議控制器25中形成用于控制外部設備的控制命令。
[0058]由于PC104規(guī)定，外設的操作地址為A[9:0]，在系統(tǒng)軟件設計中要防止地址沖突；PC104中使用AO?A9地址位來表示I/O端口地址，即可有1024個口地址，前512個供系統(tǒng)板使用，后512個供擴充插槽使用；對于一個PC104處理器，其I/O端口地址可能已經(jīng)被特定外設占用，本實用新型可通過數(shù)字比較器22a和讀寫轉換器22b實現(xiàn)I/O端口地址選通。更改O電阻改變通信接口卡的I/O端口地址，還可在板卡上設置跳線。當然，經(jīng)過簡單更改，也可以完成具有PC1、ISA等接口的通信接口卡。
[0059]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
【權利要求】
1.一種基于PC104總線的CANOPEN主控設備，其特征在于，包括: PC104單板計算機，通過PC104總線與CANOPEN主站通信卡連接； 所述CANOPEN主站通信卡，包括PC104總線接口電路、地址轉換器、鎖存器、緩存器和CANOPEN協(xié)議控制器，所述PC104總線接口電路、地址轉換器、鎖存器和緩充器均由邏輯門電路形成；所述PC104總線接口電路輸入端連接所述PC104總線，所述PC104總線接口電路輸出端分別連接所述地址轉換器、鎖存器、緩存器和CANOPEN協(xié)議控制器； 電源板，輸入端連接外部電源，輸出端分別連接所述PC104單板計算機和CANOPEN主站通信卡，電源板用于將外部電源轉換成工作電壓并向PC104單板計算機和CANOPEN主站通信卡供電。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于PC104總線的CANOPEN主控設備，其特征在于，所述CANOPEN協(xié)議控制器為SJA1000芯片。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于PC104總線的CANOPEN主控設備，其特征在于，所述地址轉換器包括數(shù)字比較器和讀寫轉換器，所述讀寫轉換器輸入端連接所述數(shù)字比較器，輸出端分別連接所述鎖存器和緩存器。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的基于PC104總線的CANOPEN主控設備，其特征在于，所述PC104單板計算機輸入端具有以太網(wǎng)接口和RS232接口。
【文檔編號】G05B19/418GK203643813SQ201320775893
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】王延超, 吳濤, 魯振山, 孫文靜 申請人:北車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司