Germanjet 德敏哲 CANopen 位移传感器主站实现：命令字与状态机

在 PLC 里接一支 CANopen 磁致伸缩位移传感器，组态软件里填个节点号、导一下 EDS，位置值就出现在变量表里了。换成自制的板子，或者客户拿去做嵌入式开发，这些"填一下就好"的东西全部消失：PDO 要自己收、状态机要自己推、参数要自己拼成 8 字节发出去。

厂家给的资料是 PLC 视角的通讯范例，看着像"某个 PLC 牌子的操作说明"。但报文本身跟主站无关——同一批帧，PLC 发出去是这样，单片机发出去也是这样。把这些范例里的帧抽出来，加上对象字典，就是一份能直接落到代码里的协议。

有件事要先说清楚。下面出现的索引和对象，都是 Germanjet 德敏哲 194 系列（19 系列 CANopen 型）专有的。CANopen 是标准协议，对象字典却不是——换一家的 CANopen 位移传感器，0x2010 未必是波特率，0x300B 未必是节点地址，0x6020 里放的也未必是位置。同品牌同系列可以照搬，跨品牌照搬一定出错。判断依据是对方提供的 EDS 文件，不是网上能找到的通用表。

先确认这台设备是谁，不要猜

接线、上电之前，把身份参数抄下来。它们既是 EDS 里的固定值，也是 LSS 用来认设备的凭据。

• 厂商号 0x40，产品码 0x43333034。后者按 ASCII 读就是 "C304"，型号里的 C304 由此而来。
• 设备类型 0x1000 = 0x0A0196。低 16 位 0x0196 是 406，即 CiA DS406 编码器行规；高位 0x0A 表示多传感器接口，所以一台设备能同时挂多个磁块。
• 行规版本 0x6507 = 3.1，后面跟厂商软件版本 4.01。
• 出厂 node-id 是 127，波特率按订货时指定，印在传感器标签上。

EDS 文件在裸机开发里用不上，组态软件才需要它。但它的对象字典必须当参数表用：哪个索引可写、哪个只是只读、数据类型几位，写错一个字节整条配置就废。DS406 行规解决了什么讲的是这个行规的边界，本文讲怎么按它发帧。

SDO：一个命令字决定写几个字节

SDO 是 8 字节定长帧，结构固定：字节 0 是命令字，字节 1~2 是索引（低字节在前），字节 3 是子索引，字节 4~7 是数据。命令字决定这次要写几个字节，这是它最容易出错的地方。

命令字	含义	典型数据长度
0x2F	写，1 字节有效	1
0x2B	写，2 字节有效	2
0x27	写，3 字节有效	3
0x23	写，4 字节有效	4
0x40	读请求，不带数据	0
0x60	写成功确认（从站回）	0
0x43 / 0x47 / 0x4B / 0x4F	读响应，分别带 4 / 3 / 2 / 1 字节数据	4 / 3 / 2 / 1
0x80	中止，字节 4~7 是中止码	4

读一个参数长这样：主站发 40 0B 10 00 00 00 00 00（读 0x100B 子索引 0，即当前 node-id），从站回 43 0B 10 00 7F 00 00 00，最后 4 字节 7F 就是 127。写一个参数：2F 10 20 00 E8 03 00 00，把 0x2010 写成 0x03E8，即 1000 kbps。注意 E8 03 是低字节先行，看着像 0x03E8 倒过来写。

命令字与声明类型对不上，设备会回中止帧。对象字典里标 Unsigned32 的索引，用 0x2F 只写 1 字节，有的设备宽容、有的直接拒绝。保存参数这一条尤其乱：0x1010 子索引 1 声明是 32 位，标准写法是 0x23 加签名 73 61 76 65（"save"），但资料里的范例用的是 0x2F 只带首字节。两份范例各自都完成了存盘，说明这两种写法设备都认。选一种写死在代码里，别在两条之间来回试——反复保存失败的现场，多数是这个原因。

不知道 node-id 时的两条路

传感器是从货架上拿的，标签磨掉、或者一次接了三支同型号，谁也不知道哪支是几号。这时候有两条路。

第一条是反推：上电瞬间传感器会先发一帧空的 EMCY，COB-ID 是 0x80 加 node。收到 0xFF 就是 127，收到 0x9B 就是 0x1B（27）。这条最快，只适用总线上只有一支、或者你确定只接了一支的时候。

第二条是 LSS：0x7E5 是主站发、0x7E4 是设备回，这两条 ID 不随 node 变化，所以能在"不知道 node"的前提下通话。流程四步——进配置模式、用厂商号加产品码加版本号加序列号这四段身份参数确认是哪一台、写新 addr 或新波特率、存盘退回操作态。多台同型号混在一条总线时，靠序列号区分，这也是为什么第一段要把序列号抄下来。

LSS 的具体命令字按 CiA 301 的 LSS 章节，各家主站库基本都封装好了，不必自己从零拼。但要知道它存在：设备侧已经支持（EDS 里 LSS_Supported = 1），遇到"整条总线都说不上话、也不知道 node"的现场，用 LSS 扫一遍比挨个拆下来试快得多。

资料里改 node 和改波特率走的是厂商私有对象——0x300B 写新 node、0x2010 写波特率，前提是你已经知道当前 node。已知地址时这条路更短，不知道地址时用 LSS，两条不冲突。

守护：这台设备没有 0x1017

这是从 PLC 转到自研板子最容易踩的一脚。标准做法是设备做心跳生产者，往 0x700+node 周期发一帧；194 的对象字典里没有 0x1017 这一项。翻 EDS 的对象清单能看得很清楚：0x100C 守护时间、0x100D 生命期系数、0x100E 守护 COB-ID（默认 0x700+node）三项都在，唯独没有心跳生产者那一项。

节点守护是反过来问的：主站主动发一帧远程帧（RTR）到 0x700+node，从站回 1 字节。这一字节的 bit7 每次应答翻转一次，bit0~6 是当前 NMT 状态（4 停止、5 运行、127 预操作）。主站据此判断两件事：设备还在不在，以及它在哪个状态。

• 超时算法：守护时间乘生命期系数。写 0 就是关闭守护，此时从站不会因为主站不发轮询而报错。
• 开了守护就必须轮询。主站开了守护却忘了发 RTR，从站超时后会认为通信断了，发 EMCY 报 81 30（life guard error），并可能停掉 PDO。现场表现是"读了几秒就没数据了"。
• 别照抄标准心跳。按 0x1017 配好心跳、等 0x700+node 的报文，会一直等到超时——因为设备根本不发。

单片机侧要自己补的四件事

• 位定时。500 kbps 和 1 Mbps 是常用档，采样点取 80%~87.5%。具体寄存器值按芯片的位定时公式算，别抄别人板子的数——同一颗控制器外接晶振不同，算出来的值就不同，抄错了表现为"偶尔能收到、怀疑接线"。
• 验收滤波器。只放四类进来：0x080、0x180~0x480 加 node、0x580+node、0x80+node。全通过模式在实验室能跑，装到现场一条总线上十几台设备，中断会被别人的报文打满。
• 字节序。位置是 32 位整数，低字节先发。四个字节拼回来要按小端处理，而且是有符号数——行程零点设在中间、或者磁块在负方向时，高位全 1，按无符号解会得到四十几亿的读数。
• 事件计时器与中断预算。0x1800 子索引 5 是事件计时器，出厂 1 ms。一条总线上接 8 支、每支 1 ms 一帧，光 PDO 就是每秒 8000 帧，500 kbps 撑不住。先算总线负载，再定周期。

位置换算的三层，别写死一个数

收到 TPDO1 的 7 个字节，拆成位置 4 字节、速度 2 字节、限位状态 1 字节。位置要乘上测量步长才是毫米。

• 0x6005 子索引 1：位置测量步长，单位 0.001 µm，出厂默认 5000，即 5 µm。
• 0x6501：当前实际使用的测量步长。它和 0x6005 都是只读的，装机时两个一起读一遍对照，最稳。
• 换算：资料里的原例——收到 03 83 00 00，按低字节先拼成 0x00008303，十进制 33539；步长 0.005 mm，则 33539 × 0.005 = 167.695 mm。

0.005 mm 是常见值，不是全部。同一个系列不同量程、不同分辨率订货，步长都不一样。把步长写成常量而不是读参数，换一批设备就会出现整段比例错，而且错得很整齐，容易被误判成机械问题。

上电到出数：最短那条路

上电先收 EMCY（0x80+node），发一帧 NMT 启动（0x000，01 00），传感器立刻回一帧 TPDO1。之后是同步还是异步，取决于 0x1800 子索引 2 的传输类型：0 表示收到 SYNC 才发，254 表示按事件计时器自己发。

同步模式每发一次 SYNC（0x080，长度 0），四个磁块各回一帧，帧序稳定、时刻一致；异步模式省掉 SYNC，但多台设备的时间戳会错开。两种模式的完整帧序见 19 系列通讯范例，本文不重复列。

三个联调卡点

• SDO 通、PDO 不通。设备停在预操作态。预操作态允许 SDO 配置，但不发 PDO，必须发 NMT 启动进运行态。反过来，运行态也能收 SDO，所以"能读参数"不代表"已经启动"。
• 改了 node，主站没收成。0x300B 写下去后传感器的 COB-ID 立刻跟着变，主站这边的接收 ID 和过滤器必须同步改，否则表现为"改完就失联"。存盘那条 SDO 也要发到新地址。
• 数据是负数时读数离谱。位置按无符号解。int32 的高位被当成数值位，负方向的位置会变成天文数字。

改参数的完整帧序（node、波特率、事件计时器三条）见 CANopen 参数修改；PDO 与 SDO 的分工、对象字典怎么读见 CANopen 入门；多个磁块挤在 8 字节里的取舍见 多磁块与 8 字节帧限。194 系列与 CANbus 集成模块是这类现场最常用的两件东西，选型边界见 按 PLC 本体接口选总线。

一句话

帧是标准的，难的是状态机、字节序和那几个厂商私有索引——把这三样对齐，单片机主站和 PLC 收到的是同一批数。