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GCAN-4055 8路数字量输入8路数字量输出IO耦合器

一、功能概述

沈阳广成科技GCAN-4055模块是集成1路标准CANopen接口、8路开关量输入通道、8路开关量输出通道的工业级CANopen数字量输入输出模块。采用GCAN-4055模块，用户可用于采集数字量输入信号，并输出数字量信号，控制开关，实现远程开关设备和CANopen网络之间的连接，构成CANopen网络中数据量信号采集、输出的控制节点。GCAN-4055模块是数字量信号采集和输出的关键性工具，同时该模块具有体积小巧、接线便捷等特点。GCAN-4055模块的总线接口集成隔离保护模块，使其避免由于瞬间的过压过流而对模块造成损坏。采用DIN导轨的固定方式，可使其更容易集成到各种控制柜中。

二、设备参数

沈阳广成科技GCAN-4055模块的设备参数包括：

（1）CAN-bus支持CAN2.0A帧格式，符合ISO/DIS 11898规范；
（2）CAN-bus通讯波特率在10Kbps~1Mbps之间任意可编程；
（3）CAN-bus接口采用电气隔离，隔离模块绝缘电压：DC 1500V；
（4）使用9~30V DC供电，140mA（静默态电流：40mA）；
（5）数字量输入通道数：8路；
（6）数字量输出通道数：8路；
（7）数字量输入信号：支持干接点、湿接点输入；
（8）湿接点数字量输入高电平信号（数字1）：+5V~30V；
（9）湿接点数字量输入低电平信号（数字0）：≤+3V；
（10）数字量输出信号：集电极开漏输出，最大负载电压+30V，最大漏电流150mA；
（11）DI、DO、CANopen接口使用端子接口；
（12）使用拨码开关配置模块波特率及节点号；
（13）可用配套卡轨连接件，安装到DIN卡轨上；
（14）工作温度范围：-40℃~+85℃；

三、应用领域

沈阳广成科技GCAN-4055模块的设备应用领域包括：

（1）工业现场网络数据监控；
（2）煤矿、油井远程通讯；
（3）CAN教学应用远程通讯；
（4）CAN工业自动化控制系统；
（5）智能楼宇控制数据广播系统等CAN-bus应用系统。

如果您需要询价沈阳广成科技GCAN-4055模块或进行技术咨询，可以加微信13019325660或拨打电话。

四、原理框图

GCAN-4055模块包含8路数字量隔离输入、8路数字量隔离输出、电源电路、MCU最小系统、CAN通信电路等几部分，模块原理框图如图所示。

GCAN-4055原理框图

五、设备安装

1、设备尺寸

设备外形尺寸：(长，含接线端子)122mm*(宽)70mm*(高)25mm，其示意图如图所示。

GCAN-4055外形尺寸

2、接口定义及功能

GCAN-4055模块集成一路DC9-30V电源接口、1路标准CANopen接口、8路开关量输入接口、8路开关量输出接口。GCAN-4055模块电源接口、8路开关量输入接口位置如图所示，接口定义如表所示。

电源及8路开关量输入接口位置

电源及8路开关量输入接口定义

GCAN-4055模块CAN-bus通道，由1个4 Pin插拔式接线端子引出，可以用于连接1个CAN-bus网络或者CAN-bus接口的设备。GCAN-4055模块CAN-bus接口、8路开关量输出接口位置如图所示，接口定义如表所示。

CAN-bus接口、8路开关量输出接口位置

CAN-bus接口、8路开关量输出接口定义

GCAN-4055模块拨码开关如图所示，GCAN-4055模块拨码开关最左侧为复位按键，默认在下方，为调试接口，请不要拨动。复位按键右侧7位为节点号设置开关。最右侧4位为波特率设置开关。左侧为高位，右侧为低位。

GCAN-4055模块拨码开关

六、设备使用

1、电源连接

GCAN-4055模块支持工业现场常见的+9-30V DC直流电源。为保证模块可靠工作，建议您使用+12V或+24V的DC直流稳压电源。GCAN-4055模块电源提供反接保护，可防止用户因电源接线错误损坏模块。

2、与CAN-bus连接

GCAN-4055模块接入CAN总线连接方式为将CAN_H连CAN_H，CAN_L连CAN_L即可建立通信。

CAN-bus网络采用直线拓扑结构，总线最远的2个终端需要安装120Ω的终端电阻；如果节点数目大于2，中间节点不需要安装120Ω的终端电阻。对于分支连接，其长度不应超过3米。CAN-bus总线的连接如图所示。

CAN-bus网络的拓扑结构

请注意：CAN-bus电缆可以使用普通双绞线、屏蔽双绞线。理论最大通信距离主要取决于总线波特率，最大总线长度和波特率关系详见下表。若通讯距离超过1km，应保证线的截面积大于Φ1.0mm2，具体规格应根据距离而定，常规是随距离的加长而适当加大。

波特率与最大总线长度参照表

3、CAN总线终端电阻

为了增强CAN通讯的可靠性，消除CAN总线终端信号反射干扰，CAN总线网络最远的两个端点通常要加入终端匹配电阻，如图所示。终端匹配电阻的值由传输电缆的特性阻抗所决定。例如双绞线的特性阻抗为120Ω，则总线上的两个端点也应集成120Ω终端电阻。如果网络上其他节点使用不同的收发器，则终端电阻须另外计算。

GCAN-4055与其他CAN节点设备连接

请注意：GCAN-4055模块内部未集成120Ω终端电阻。如果节点数目大于2，中间节点不需要安装120Ω的终端电阻。需要使用时，将电阻两端分别接入CAN_H、CAN_L即可，如图所示。

4、系统状态指示灯

GCAN-4055模块具有1个PWR指示灯、1个SYS指示灯、1个CAN指示灯来指示设备的运行状态。这3个指示灯的具体指示功能及状态如表所示。

GCAN-4055模块指示灯状态

● GCAN-4055模块上电后，PWR、SYS、CAN三个指示灯立即点亮；

● 当GCAN-4055模块自检完成后，SYS灯闪烁；

● 当CAN端有数据传输时，CAN灯呈现绿色闪烁；

● 如果CAN总线出现通讯错误，CAN灯将变红。

七、配置说明

用户可使用模块上方的拨码开关自行设定GCAN-4055模块的参数，以满足实际应用场合的需要。GCAN-4055模块的配置，包括模块的节点号和波特率两部分。

请注意：通过拨码开关改变GCAN-4055模块的参数之后，需要重新对模块上电之后，新的参数才会生效。

1、CAN节点号配置

如图所示，拨码开关的每个位拨向“ON“位置时，该位为“1”，如果拨向“OFF”位置，则该位为“0”。拨码开关的2－8位用于设定模块的节点号(MAC ID)，第八位为最低位，第二位为最高位，模块的节点号(MAC ID)是各位对应的十进制值之和，通过拨码开关设定模块的节点号(MAC ID)的有效范围为0～127。

请注意：拨码开关第一位为配置拨码，默认为OFF（下方），请不要拨动。

CAN节点号配置说明

2、CAN波特率配置

右侧拨码开关的1-4位用于设定模块的波特率，第一位为低位，第四位为高位。波特率与开关设置对应值如下表所示。

CAN波特率配置说明

八、通讯报文格式

本章将使用广成科技USBCAN-II Pro模块及ECANTools软件可以进行CAN总线数据的接收与发送。软件附带的CANopen主站功能可以帮助调试CANopen从站，非常的方便实用。

使用广成科技的USBCAN总线分析仪可模拟CAN总线通信设备，进行GCAN-4055模块的通讯测试。USBCAN总线分析仪是一种直观的CAN总线调试分析工具，使用该设备可以通过电脑监控、模拟CAN数据收发，是从事CAN总线行业的工程师必备的工具。

1、节点状态

GCAN-4055模块满足标准CANopen CiA 301协议，是标准的CANopen从站设备。GCAN-4055启动后将主动发出一帧数据给主站，帧ID为0x700+Node ID。

例如：通过拨码开关设置GCAN-4055的Node ID为1（以下节点号均为1），则USBCAN-II Pro作为主站设备可接收到一条节点状态数据，帧ID为0x701，帧数据为0x7F，默认循环时间为1s（对象字典0x100C，节点守护时间）。如图所示，使用ECANTools软件可以收到这条数据。

启动数据中，帧数据的第一个字节为节点状态值（Node state values）。当该值为0x04时，说明节点处于停止状态；当该值为0x05时，说明节点处于操作状态；当该值为0x7F时，说明节点处于预操作状态。

启动命令监控界面

2、NMT命令

GCAN-4055模块接收由主站发出的操作指令，帧ID为0x000，DLC为2，帧数据第一个字节为命令符，第二个字节为节点号（若为00则控制全部节点）。例如：GCAN-4055的Node ID为1，命令GCAN-4055为进入操作状态（01），则NMT命令帧ID为0x000，帧数据为0x01,0x01。该命令也可由ECANTools软件的CANopen插件发出。

NMT命令发送界面

使用ECANTools软件命令GCAN-4055进入操作状态的步骤是：

①将从站节点号填入ID后面的文本框中

②点击添加从站按钮

③打开节点左侧的+号，并点击“NMT”

④选择“Start Remote Node”（默认），点击下方的“NMT”按钮。

如图所示，发送后可在ECANTools监控界面中查看到NMT命令，且发送完NMT命令后，节点状态变为0x05（操作状态）。

NMT命令监控界面

3、PDO命令

GCAN-4055模块采用PDO（Process Data Object，过程数据对象）对数字量信号进行采集或输出。其中，TPDO1用于表示数字量输入及数字量输出目前的状态，RPDO1用于改变（写入）数字量输出的状态。
数字量输入和数字量输出的状态均各由一个字节来表示，DI_7和DO_7在高位，DI_0和DO_0在低位。
如需要设置GCAN-4055模块数字量输出的状态，需接收RPDO1命令（由主站发出的），帧ID为0x200+Node ID，数据长度为1，帧数据第一个字节为需要设置的数字量输出状态。

例如，GCAN-4055模块节点号设为1。若需要设置DO_3状态为1，其余DO状态均为0，则RPDO1命令的帧ID为0x201，数据长度（DLC）为1，帧数据为0x08。

如图所示，在ECANTools软件的CANopen插件中，点击左侧的“PDO”，之后选取右侧的“RXPDO（主发送）”，在RXPDO1中修改数据为08，点击发送即可控制DO_3的状态为1。如图，回到收发界面（Receive/Transmit）可以看到USBCAN-II Pro发出的RPDO1命令（帧ID为0x201）。

GCAN-4055的TPDO传输模式可配置，默认为触发模式，在此模式下只有当DI发生变化时，GCAN-4055模块才会发出TPDO数据。如图所示，GCAN-4055模块在发出TPDO1数据时，帧ID为0x180+NodeID，数据长度为1，帧数据第一个字节为目前的数字量输入状态。

PDO命令发送界面

RXPDO命令监控界面

例如，GCAN-4055模块节点号设为1。此时DO_3状态为1，其余DO状态均为0。则CAN总线一端显示的DO状态数据为08。

TXPDO命令监控界面

例如，GCAN-4055模块节点号设为1。此时DI_2状态为1，其余DI状态均为0。则CAN总线一端显示的DI状态数据为04。

4、SDO命令

GCAN-4055模块可通过发送SDO命令写参数，修改TPDO的传输类型。该传输类型的数据位于对象字典索引0x1800、子索引0x02，数据类型Unsigned8。数据为0xFF时为触发模式，数据为0xFE时为循环模式。

触发模式：指只有在DI或DO状态发生变化时，代表DI和DO状态的TPDO才会发送。

循环模式：指GCAN-4055每间隔一段时间就会发出TPDO数据。

需要在GCAN-4055处于预操作状态（0x7F）时，发送SDO命令读写参数。将默认的触发模式切换为循环模式的具体修改步骤如下：

①若GCAN-4055不处于预操作状态，将GCAN-4055重新上电，进入ECANTools软件的CANopen插件，点击NMT，选择Enter Pre-operational State，之后点击NMT按钮，使设备进入预操作状态。

②在CANopen界面中，点击左侧的“SDO”。

③点击“SDO下载（写参数）”。

④在索引、子索引等位置依次输入0x1800、0x02、Unsigned8、0xFE、十六进制，如图5.7所示，之后点击Send按钮。若下方SDO应答区收到如图5.7的数据则说明通信正常。

SDO命令发送界面A

发送SDO命令后，在CANopen插件中点击NMT，切换到NMT界面。选择Start Remote Node，之后点击NMT按钮，使设备进入操作状态，并循环发送TPDO指令。数据如图5.8所示，帧ID为0x601的数据为Client-to-server SDO数据，帧ID为0x581的数据为Server-to-client SDO数据。从图中可看出，TPDO数据的发送周期为100ms。您还可以使用同样的方法，将TPDO的传输类型修改为触发模式。