基于CANopen总线的分布式IO模块及其组态优化方法、设备、介质

摘要

本发明提供基于CANopen总线的分布式IO模块，包括微控制器、输入信号隔离保护电路、输出信号驱动电路、CAN通讯电路、拨码选择开关、存储单元；其中，输入信号隔离保护电路通过光耦将输入信号进行隔离并转换为微控制器可直接读取的信号，输出信号驱动电路用于将输出信号转换为与输出信号电源电压一致的信号，CAN通讯电路用于实现CAN总线转换为微控制器可直接读取的信号，拨码选择开关用于实现波特率、ID以及工作模式的配置，存储单元用于存储配置信息，微控制器根据拨码选择开关设定的ID号读取当前ID对应的配置参数。本发明涉及基于CANopen总线的分布式IO模块组态优化方法。本发明在更换从站后快速还原其配置参数，提高设备维护效率。

说明书

技术领域

本发明涉及CANopen IO模块技术领域，尤其涉及基于CANopen总线的分布式IO模块及其组态优化方法、设备、介质。

背景技术

CAN总线是常用的现场总线之一，具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CANopen作为CAN的高层协议，已经在广泛的工业通讯上建立了其标准，基于CANopen协议设计的分布式IO模块可以根据“服务数据对象SDO(Service data object)中对象字典”配置信息，通过“过程数据对象PDO(Process data object)”与主站进行实时过程数据的交换，实现输入端口信号的采集上传与输出端口的控制。但目前CANopen从站模块更换后，都必须通过PC端对其配置参数进行修改，以适应现场总线工作环境，在工业生产应用中，从站设备故障导致的停工维护时有发生，因此，如何在更换从站后快速还原其配置参数是提高设备维护效率的关键。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于CANopen总线的分布式IO模块及其组态优化方法，在更换从站后快速还原其配置参数，提高设备维护效率。

本发明提供基于CANopen总线的分布式IO模块，包括微控制器、输入信号隔离保护电路、输出信号驱动电路、CAN通讯电路、拨码选择开关、存储单元；其中，所述输入信号隔离保护电路通过光耦将输入信号进行隔离并转换为所述微控制器可直接读取的信号，所述输出信号驱动电路用于将输出信号转换为与输出信号电源电压一致的信号，所述CAN通讯电路用于实现CAN总线转换为所述微控制器可直接读取的信号，所述拨码选择开关用于实现波特率、ID以及工作模式的配置，所述存储单元用于存储配置信息，所述微控制器根据所述拨码选择开关设定的ID号读取当前ID对应的配置参数。

进一步地，所述存储单元划分为多个存储区域，为不同ID存放配置信息。

进一步地，所述输入信号隔离保护电路包括LED指示电路、输入信号转换保护电路、输入信号接口电路，所述LED指示电路、所述输入信号接口电路与所述输入信号转换保护电路连接，所述输入信号转换保护电路与所述微控制器连接。

进一步地，所述输出信号驱动电路包括输出信号电源接口、输出信号驱动电路、输出信号接口电路、LED指示电路，所述输出信号电源接口、所述输出信号接口电路、所述LED指示电路与所述输出信号驱动电路连接，所述输出信号驱动电路与所述微控制器连接。

进一步地，所述CAN通讯电路包括CAN接口电路、CAN通讯转换隔离电路，所述CAN接口电路与所述CAN通讯转换隔离电路连接，所述CAN通讯转换隔离电路与所述微控制器连接。

基于CANopen总线的分布式IO模块组态优化方法，包括以下步骤：

读取拨码选择开关，设备开机上电后，读取拨码选择开关设定值获取工作模式、波特率、ID号，所述工作模式包括正常工作模式与模拟主节点配置模式；

工作模式判断，开机初始化后，若在模拟主节点工作配置模式下，则将当前ID的配置参数数据发送至其它节点进行配置的备份数据还原；若在正常工作模式下，则本设备接受所有ID的SDO数据并分别保存至相应的存储区域，在同一CAN总线网络中，当节点出现故障后，直接将备用节点修改拨码选择开关ID后直接替换故障节点；若在正常工作模式下，作为从站点通过PDO通讯与主节点的过程对象进行数据交换，包括采集输入信号通过TPDO报文上传至主节点，根据主节点下发的RPDO报文控制输出信号。

进一步地，所述工作模式判断步骤中，若在模拟主节点工作配置模式下，则读取当前ID配置数据，发送对应SDO数据，若应答正常则结束，若应答异常，则跳转至所述读取当前ID配置数据。

进一步地，所述工作模式判断步骤中，若在正常工作模式下，则判断是否收到报文，若收到报文则判断是否为NMT报文，若是NMT报文则进入对应状态，若非NMT报文则判断是否为RPDO报文，若是RPDO报文则进行RPDO报文处理，更新输出端口信号，若非RPDO报文则判断是否为SDO报文，若是SDO报文则进行SDO报文处理，读写相应ID存储区域，若非SDO报文则判断是否为LSS报文，是则进行LSS报文处理，若未收到报文则判断是否发送报文，若未发送报文，则跳转至所述判断是否收到报文，若发送报文，则判断是否为TPDO报文，若是TPDO报文则通过采集输入端口信号更新过程对象数据，进行TPDO报文处理，若非TPDO报文则判断NMT是否回复报文，是则进行NMT报文处理，否则判断LSS是否回复报文，是则进行NMT报文处理，否则判断是否为心跳报文，是则进行心跳报文处理，否则跳转至所述判断是否收到报文。

一种电子设备，包括：处理器；

存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行基于CANopen总线的分布式IO模块及其组态优化方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行基于CANopen总线的分布式IO模块及其组态优化方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供基于CANopen总线的分布式IO模块及其组态优化方法，能同时保存多个不同ID的参数配置，并通过拨码选择开关选择当前设备的ID值，实现设备之间的互相替换而不需要重新对设备进行配置，便于快速更换故障设备，提高备用设备的复用性；

设备存储多个ID的不同参数配置，设备在必要时可作为主站向其它从站设备发送SDO数据，对其它从站设备进行配置，降低更换部分新设备的技术难度，直接选择不同工作模式即可完成，减少设备维护工作量及难度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的基于CANopen总线的分布式IO模块结构示意图；

图2为本发明的存储单元区域划分示意图；

图3为本发明的基于CANopen总线的分布式IO模块组态优化流程图；

图4为本发明的CAN总线应用示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

基于CANopen总线的分布式IO模块，如图1所示，包括微控制器、输入信号隔离保护电路、输出信号驱动电路、CAN通讯电路、拨码选择开关、存储单元，以及输入电源隔离、降压及稳压电路；其中，输入信号隔离保护电路通过光耦将输入信号进行隔离并转换为微控制器可直接读取的信号，输出信号驱动电路用于将输出信号转换为与输出信号电源电压一致的信号，CAN通讯电路用于实现CAN总线转换为微控制器可直接读取的信号，拨码选择开关用于实现波特率、ID以及工作模式的配置，存储单元用于存储配置信息(SDO数据)，微控制器根据拨码选择开关设定的ID号读取当前ID对应的配置参数。如图2所示，存储单元划分为多个存储区域，如存储区间1、存储区间2、存储区间3、存储区间4、存储区间5等，为不同ID存放配置信息，如存储区间1存储ID1配置信息、存储区间2存储ID2配置信息、存储区间3存储ID3配置信息、存储区间4存储ID4配置信息、存储区间5存储ID5配置信息。

如图1所示，输入信号隔离保护电路包括LED指示电路、输入信号转换保护电路、输入信号接口电路，LED指示电路、输入信号接口电路与输入信号转换保护电路连接，输入信号转换保护电路与微控制器连接。

输出信号驱动电路包括输出信号电源接口、输出信号驱动电路、输出信号接口电路、LED指示电路，输出信号电源接口、输出信号接口电路、LED指示电路与输出信号驱动电路连接，输出信号驱动电路与微控制器连接。

CAN通讯电路包括CAN接口电路、CAN通讯转换隔离电路，CAN接口电路与CAN通讯转换隔离电路连接，CAN通讯转换隔离电路与微控制器连接。

本发明保存了多个ID的配置参数(SDO数据)，并能根据拨码选择开关设定的ID号读取当前ID对应的配置参数。因此，本发明除了能作为从站节点工作外，还能在必要时模拟主站，将保存的当前ID配置参数发送至其它从站节点，实现新接入从站节点的参数备份数据还原。

基于CANopen总线的分布式IO模块组态优化方法，如图3所示，包括以下步骤：

读取拨码选择开关，设备开机上电后，读取拨码选择开关设定值获取工作模式、波特率、ID号，工作模式包括正常工作模式与模拟主节点配置模式；

工作模式判断，开机初始化后，若在模拟主节点工作配置模式下，则将当前ID的配置参数数据发送至其它节点进行配置的备份数据还原，降低设备故障导致的维护风险与技术难度；若在正常工作模式下，与现有的CANopen从站节点不同之处在于本设备接受所有ID的SDO数据并分别保存至相应的存储区域，在同一CAN总线网络中，当节点出现故障后，直接将备用节点修改拨码选择开关ID后直接替换故障节点，不需要专人对节点参数进行重新配置，大大提高了工业现场的维护效率，保证生产正常进行；若在正常工作模式下，作为从站点通过PDO通讯与主节点的过程对象进行数据交换，包括采集输入信号通过TPDO报文上传至主节点，根据主节点下发的RPDO报文控制输出信号。

具体地，工作模式判断步骤中，若在模拟主节点工作配置模式下，则读取当前ID配置数据，发送对应SDO数据，若应答正常则结束，若应答异常，则跳转至读取当前ID配置数据。

若在正常工作模式下，则判断是否收到报文，若收到报文则判断是否为NMT报文，若是NMT报文则进入对应状态，若非NMT报文则判断是否为RPDO报文，若是RPDO报文则进行RPDO报文处理，更新输出端口信号，若非RPDO报文则判断是否为SDO报文，若是SDO报文则进行SDO报文处理，读写相应ID存储区域，若非SDO报文则判断是否为LSS报文，是则进行LSS报文处理，若未收到报文则判断是否发送报文，若未发送报文，则跳转至判断是否收到报文，若发送报文，则判断是否为TPDO报文，若是TPDO报文则通过采集输入端口信号更新过程对象数据，进行TPDO报文处理，若非TPDO报文则判断NMT是否回复报文，是则进行NMT报文处理，否则判断LSS是否回复报文，是则进行NMT报文处理，否则判断是否为心跳报文，是则进行心跳报文处理，否则跳转至判断是否收到报文。

如图4所示，现场总线工作环境包含主站与多个从站，主站与从站通过CAN总线连接,从站分别连接不同的传感器与执行器，如ID为1的IO模块从站连接传感器A和执行器A，ID为2的IO模块从站连接传感器B和执行器B，ID为3的IO模块从站连接传感器C和执行器C等，安装完成后一般需要在PC机使用配置软件修改从站的参数，通过主站发送SDO数据至各从站，本发明为不同ID的配置参数分配了不同的数据存储空间，并接收所有主站下发的所有配置数据保存至相应ID存储区域，从站1～3分别连接了不同的传感器与执行器，从站m为备用节点，暂未连接设备，当从站1～3当中某一从站模块出现故障时，可直接将从站m的id修改为故障设备ID并直接替换，且能保证配置参数与故障从站一致，不需要通过PC端修改配置参数，如更换从站设备为新加入设备，则可通过其它从站节点的模拟主站配置模式还原配置参数，降低了设备维护难度，减少更换从站设备而需要重新调试的工作量，保证了替换节点的配置数据一致性。

一种电子设备，包括：处理器；

存储器；以及程序，其中程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，程序包括用于执行基于CANopen总线的分布式IO模块及其组态优化方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行基于CANopen总线的分布式IO模块及其组态优化方法。

一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现基于CANopen总线的分布式IO模块及其组态优化方法。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。