一、功能概述
沈陽(yáng)廣成科技GCAN-4038模塊是集成1路標(biāo)準(zhǔn)CANopen接口、8路模擬量采集通道的工業(yè)級(jí)CANopen模擬量采集模塊。采用GCAN-4038模塊，用戶可用于采集模擬量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程模擬量采集設(shè)備和CANopen網(wǎng)絡(luò)之間的連接，構(gòu)成CANopen網(wǎng)絡(luò)中模擬量信號(hào)采集的控制節(jié)點(diǎn)。GCAN-4038模塊是模擬量信號(hào)采集的關(guān)鍵性工具，同時(shí)該模塊具有體積小巧、接線便捷等特點(diǎn)。GCAN-4038模塊的總線接口集成隔離保護(hù)模塊，使其避免由于瞬間的過(guò)壓過(guò)流而對(duì)模塊造成損壞。采用DIN導(dǎo)軌的固定方式，可使其更容易集成到各種控制柜中。
二、設(shè)備參數(shù)
沈陽(yáng)廣成科技GCAN-4038模塊的設(shè)備參數(shù)包括：
（1）CAN-bus支持CAN2.0A幀格式，符合ISO/DIS 11898規(guī)范；
（2）CAN-bus通訊波特率支持8種標(biāo)準(zhǔn)通信波特率；
（3）CAN-bus接口采用電氣隔離，隔離模塊絕緣電壓：DC 1500V；
（4）使用9~30V DC供電，140mA（靜默態(tài)電流：40mA）；
（5）模擬量輸入通道數(shù)：8路；
（6）模擬量輸入信號(hào)：支持-5V~+5V，-10V~+10V，-20mA~+20mA；
（7）AI、CANopen接口使用端子接口；
（8）使用撥碼開關(guān)配置模塊波特率及節(jié)點(diǎn)號(hào)；
（9）可用配套卡軌連接件，安裝到DIN卡軌上；
（10）工作溫度范圍：-40℃~+85℃；
三、應(yīng)用領(lǐng)域
沈陽(yáng)廣成科技GCAN-4038模塊的設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域包括：
（1）工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控；
（2）煤礦、油井遠(yuǎn)程通訊；
（3）CAN教學(xué)應(yīng)用遠(yuǎn)程通訊；
（4）CAN工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)；
（5）智能樓宇控制數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)等CAN-bus應(yīng)用系統(tǒng)。
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四、原理框圖
GCAN-4038模塊包含8路模擬量隔離輸入、電源電路、MCU最小系統(tǒng)、CAN通信電路等幾部分，模塊原理框圖如圖所示。
GCAN-4038原理框圖
五、設(shè)備安裝
1、設(shè)備尺寸
設(shè)備外形尺寸：(長(zhǎng)，含接線端子)122mm*(寬)70mm*(高)25mm。
設(shè)備外形尺寸
2、接口定義及功能
GCAN-4038模塊集成一路DC9-30V電源接口、1路標(biāo)準(zhǔn)CANopen接口、8路模擬量輸入接口。GCAN-4038模塊電源接口、4路模擬量輸入接口位置如圖所示，接口定義如表所示。
電源及4路模擬量輸入接口位置
電源及8路開關(guān)量輸入接口定義
GCAN-4038模塊CAN-bus通道，由1個(gè)4 Pin插拔式接線端子引出，可以用于連接1個(gè)CAN-bus網(wǎng)絡(luò)或者CAN-bus接口的設(shè)備。GCAN-4038模塊CAN-bus接口、另外4路模擬量輸入接口位置如圖所示，接口定義如表所示。
CAN-bus接口、4路模擬量輸入接口位置
CAN-bus接口、4路模擬量輸入接口定義
GCAN-4038模塊撥碼開關(guān)如圖所示，GCAN-4038模塊撥碼開關(guān)最左側(cè)為復(fù)位按鍵，默認(rèn)在下方，為調(diào)試接口，請(qǐng)不要撥動(dòng)。復(fù)位按鍵右側(cè)7位為節(jié)點(diǎn)號(hào)設(shè)置開關(guān)。最右側(cè)4位為波特率設(shè)置開關(guān)。左側(cè)為高位，右側(cè)為低位。
GCAN-4038模塊撥碼開關(guān)
六、設(shè)備使用
1、電源連接
GCAN-4038模塊支持工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常見的+9-30V DC直流電源。為保證模塊可靠工作，建議您使用+12V或+24V的DC直流穩(wěn)壓電源。GCAN-4038模塊電源提供反接保護(hù)，可防止用戶因電源接線錯(cuò)誤損壞模塊。
2、與CAN-bus連接
GCAN-4038模塊接入CAN總線連接方式為將CAN_H連CAN_H，CAN_L連CAN_L即可建立通信。
CAN-bus網(wǎng)絡(luò)采用直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總線最遠(yuǎn)的2個(gè)終端需要安裝120Ω的終端電阻；如果節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于2，中間節(jié)點(diǎn)不需要安裝120Ω的終端電阻。對(duì)于分支連接，其長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)3米。CAN-bus總線的連接如圖所示。
CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
請(qǐng)注意：CAN-bus電纜可以使用普通雙絞線、屏蔽雙絞線。理論最大通信距離主要取決于總線波特率，最大總線長(zhǎng)度和波特率關(guān)系詳見下表。若通訊距離超過(guò)1km，應(yīng)保證線的截面積大于Φ1.0mm2，具體規(guī)格應(yīng)根據(jù)距離而定，常規(guī)是隨距離的加長(zhǎng)而適當(dāng)加大。
波特率與最大總線長(zhǎng)度參照表
3、CAN總線終端電阻
為了增強(qiáng)CAN通訊的可靠性，消除CAN總線終端信號(hào)反射干擾，CAN總線網(wǎng)絡(luò)最遠(yuǎn)的兩個(gè)端點(diǎn)通常要加入終端匹配電阻，如圖所示。終端匹配電阻的值由傳輸電纜的特性阻抗所決定。例如雙絞線的特性阻抗為120Ω，則總線上的兩個(gè)端點(diǎn)也應(yīng)集成120Ω終端電阻。如果網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)使用不同的收發(fā)器，則終端電阻須另外計(jì)算。
GCAN-4038與其他CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)備連接
請(qǐng)注意：GCAN-4038模塊內(nèi)部未集成120Ω終端電阻。如果節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于2，中間節(jié)點(diǎn)不需要安裝120Ω的終端電阻。需要使用時(shí)，將電阻兩端分別接入CAN_H、CAN_L即可，如圖所示。
4、系統(tǒng)狀態(tài)指示燈
GCAN-4038模塊具有1個(gè)PWR指示燈、1個(gè)SYS指示燈、1個(gè)CAN指示燈來(lái)指示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這3個(gè)指示燈的具體指示功能及狀態(tài)如下表所示。
GCAN-4038模塊指示燈狀態(tài)
● GCAN-4038模塊上電后，PWR、SYS、CAN三個(gè)指示燈立即點(diǎn)亮；
● 當(dāng)GCAN-4038模塊自檢完成后，SYS燈閃爍；
● 當(dāng)CAN端有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，CAN燈呈現(xiàn)綠色閃爍；
● 如果CAN總線出現(xiàn)通訊錯(cuò)誤，CAN燈將變紅。
七、配置說(shuō)明
用戶可使用模塊上方的撥碼開關(guān)自行設(shè)定GCAN-4038模塊的參數(shù)，以滿足實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需要。GCAN-4038模塊的配置，包括模塊的節(jié)點(diǎn)號(hào)和波特率兩部分。
請(qǐng)注意：通過(guò)撥碼開關(guān)改變GCAN-4038模塊的參數(shù)之后，需要重新對(duì)模塊上電之后，新的參數(shù)才會(huì)生效。
1、CAN節(jié)點(diǎn)號(hào)配置
如圖下圖所示，撥碼開關(guān)的每個(gè)位撥向“ON“位置時(shí)，該位為“1”，如果撥向“OFF”位置，則該位為“0”。撥碼開關(guān)的2－8位用于設(shè)定模塊的節(jié)點(diǎn)號(hào)(NODE ID)，第八位為最低位，第二位為最高位，模塊的節(jié)點(diǎn)號(hào)(NODE ID)是各位對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制值之和，通過(guò)撥碼開關(guān)設(shè)定模塊的節(jié)點(diǎn)號(hào)(NODE ID)的有效范圍為0～127。
請(qǐng)注意：撥碼開關(guān)第一位為配置撥碼，默認(rèn)為OFF（下方），請(qǐng)不要撥動(dòng)。
CAN節(jié)點(diǎn)號(hào)配置說(shuō)明
2、CAN波特率配置
右側(cè)撥碼開關(guān)的1-4位用于設(shè)定模塊的波特率，第一位為低位，第四位為高位。波特率與開關(guān)設(shè)置對(duì)應(yīng)值如下表所示。
CAN波特率配置說(shuō)明
八、通訊報(bào)文格式
本章將使用廣成科技USBCAN-II Pro模塊及ECANTools軟件可以進(jìn)行CAN總線數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。軟件附帶的CANopen主站功能可以幫助調(diào)試CANopen從站，非常的方便實(shí)用。
使用廣成科技的USBCAN總線分析儀可模擬CAN總線通信設(shè)備，進(jìn)行GCAN-4038模塊的通訊測(cè)試。USBCAN總線分析儀是一種直觀的CAN總線調(diào)試分析工具，使用該設(shè)備可以通過(guò)電腦監(jiān)控、模擬CAN數(shù)據(jù)收發(fā)，是從事CAN總線行業(yè)的工程師必備的工具。
1、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)
GCAN-4038模塊滿足標(biāo)準(zhǔn)CANopen CiA 301協(xié)議，是標(biāo)準(zhǔn)的CANopen從站設(shè)備。GCAN-4038啟動(dòng)后將主動(dòng)發(fā)出數(shù)據(jù)給主站，幀ID為0x700+Node ID。幀數(shù)據(jù)為0x7F，默認(rèn)循環(huán)時(shí)間為1s（對(duì)象字典0x100C，節(jié)點(diǎn)守護(hù)時(shí)間）。這說(shuō)明節(jié)點(diǎn)處于預(yù)操作狀態(tài)。
例如：通過(guò)撥碼開關(guān)設(shè)置GCAN-4038的Node ID為1（以下節(jié)點(diǎn)號(hào)均為1），則USBCAN-II Pro作為主站設(shè)備可接收到一條節(jié)點(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，幀ID為0x701，幀數(shù)據(jù)為0x7F。如圖5.1所示，使用ECANTools軟件可以收到這條數(shù)據(jù)。
啟動(dòng)命令監(jiān)控界面
2、NMT命令
GCAN-4038模塊接收由主站發(fā)出的操作指令，幀ID為0x000，DLC為2，幀數(shù)據(jù)第一個(gè)字節(jié)為命令符，第二個(gè)字節(jié)為節(jié)點(diǎn)號(hào)（若為00則控制全部節(jié)點(diǎn)）。
例如：GCAN-4038的Node ID為1，命令GCAN-4038為進(jìn)入操作狀態(tài)（01），則NMT命令幀ID為0x000，幀數(shù)據(jù)為0x01,0x01。該命令也可由ECANTools軟件的CANopenMaster插件發(fā)出。
NMT命令發(fā)送界面
使用ECANTools軟件命令GCAN-4038進(jìn)入操作狀態(tài)的步驟是：①將從站節(jié)點(diǎn)號(hào)填入ID后面的文本框中，②點(diǎn)擊添加從站按鈕，③打開節(jié)點(diǎn)左側(cè)的+號(hào)，并點(diǎn)擊“NMT”，④選擇“Start Remote Node”（默認(rèn)），點(diǎn)擊下方的“NMT”按鈕。如圖所示，發(fā)送后可在ECANTools監(jiān)控界面中查看到NMT命令，且發(fā)送完NMT命令后，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變?yōu)?x05（操作狀態(tài)）。
NMT命令監(jiān)控界面
3、PDO命令
GCAN-4038模塊采用PDO（Process Data Object，過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象）對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行采集。其中，TPDO用于表示模擬量采集目前的狀態(tài)，共有2個(gè)TPDO.其中TPDO1代表前4個(gè)通道，TPDO2代表后4個(gè)通道。模擬量采集狀態(tài)每個(gè)通道由兩個(gè)字節(jié)來(lái)表示，TPDO1的第一第二字節(jié)表示通道1；第三第四字節(jié)表示通道2；第五第六字節(jié)表示通道3；第七第八字節(jié)表示通道4；TPDO2的第一第二字節(jié)表示通道5；第三第四字節(jié)表示通道6；第五第六字節(jié)表示通道7；第七第八字節(jié)表示通道8。模擬量采集共支持3種形式：-5V~+5V，-10V~+10V，-20mA~+20mA；但并不是同時(shí)支持。具體支持哪種形式需要通過(guò)SDO設(shè)定。默認(rèn)為-10V~+10V。
例如，GCAN-4038模塊節(jié)點(diǎn)號(hào)設(shè)為1。若目前端口形式為默認(rèn)的-10V~+10V，若通道1輸入的電壓為5V，則對(duì)應(yīng)數(shù)字量為16383，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制是3FFF，又因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸中低位在前高位在后，所以數(shù)據(jù)為FF 3F。若其余通道均無(wú)輸入，則TPDO1命令的幀ID為0x181，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（DLC）為8，幀數(shù)據(jù)為FF 3F 00 00 00 00 00 00。TPDO2命令的幀ID為0x281，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（DLC）為8，幀數(shù)據(jù)為00 00 00 00 00 00 00 00。
如下圖所示，在發(fā)送啟動(dòng)指令后，第一路輸入5V電壓，實(shí)際顯示DC 3F。有誤差，但在允許范圍內(nèi)。TPDO的發(fā)送方式為循環(huán)發(fā)送，周期為1ms。
PDO命令接收界面
4、SDO命令
GCAN-4038模塊可通過(guò)發(fā)送SDO命令寫參數(shù)，修改模擬量輸入形式。該參數(shù)位于對(duì)象字典索引0x2400、子索引0x00，數(shù)據(jù)類型Unsigned8。數(shù)據(jù)為0x02和0x07時(shí)為-10V~+10V，數(shù)據(jù)為0x00時(shí)為-5V~+5V，數(shù)據(jù)為0x05時(shí)為-20mA~+20mA。默認(rèn)為-10V~+10V。
需要在GCAN-4038處于預(yù)操作狀態(tài)（0x7F）時(shí)，發(fā)送SDO命令讀寫參數(shù)。將默認(rèn)的-10V~+10V修改為-5V~+5V具體修改步驟如下：
①若GCAN-4038不處于預(yù)操作狀態(tài)，將GCAN-4038重新上電，進(jìn)入ECANTools軟件的CANopenMaster插件，點(diǎn)擊NMT，選擇Enter Pre-operational State，之后點(diǎn)擊NMT按鈕，使設(shè)備進(jìn)入預(yù)操作狀態(tài)。
②在CANopenMaster界面中，點(diǎn)擊左側(cè)的“SDO”。
③點(diǎn)擊“SDO下載（寫參數(shù)）”。
④在索引、子索引等位置依次輸入0x2400、0x00、Unsigned8、0x00、十六進(jìn)制，如圖所示，之后點(diǎn)擊Send按鈕。若下方SDO應(yīng)答區(qū)收到如圖的數(shù)據(jù)則說(shuō)明通信正常。
SDO命令發(fā)送界面A
發(fā)送SDO命令后，在CANopenMaster插件中點(diǎn)擊NMT，切換到NMT界面。選擇Start Remote Node，之后點(diǎn)擊NMT按鈕，使設(shè)備進(jìn)入操作狀態(tài)，這時(shí)，ecantools會(huì)收到4038發(fā)送的TPDO。數(shù)據(jù)如圖所示。
修改為-20mA~+20mA同理，只需將數(shù)據(jù)0x00改為0x05即可。
需要注意的是，-10V~+10V和-5V~+5V模式不需要接短接帽；-20mA~+20mA模式，需要將電路板的短接帽接上。如圖5.8所示。也可在購(gòu)買時(shí)聯(lián)系客服提前確定模擬量采集的形式，我們會(huì)發(fā)貨前幫您接好。（注：修改完之后重新上電生效。）
接上短接帽
SDO命令監(jiān)控界面
九、GCAN-4038對(duì)象字典
十、技術(shù)規(guī)格
