地磅被廣泛應用于港口、機場、物資倉儲、工礦企業等大宗載重貨物車輛的稱重計量和貿易 結算。提出了一種基于CANopen的地磅的設計方案，介紹了數字式電子汽車衡的系統結構、電氣原理構成，及CANopen網絡通訊、電子汽車衡系統中Canopen總線的智能診斷功能。

一、引言

地磅目前在交通運輸、化工、冶金、港口、糧食、飼料、海關檢查、建筑材料、環保、煤炭、市 政建設等幾乎所有行業得到廣泛應用，常用于進貨驗收、發貨計量、倉儲計量、生產過程工藝流程計量、車 輛載荷測量等場合。隨著新技術的發展和不同領域的應用要求，地磅將根據行業的具體應用而不斷進行功 能上的細化。

CAN總線(controller area network)被稱為控制器局域網現場總線，它是現場總線技術的一種，是一種架構 開放、廣播式的新一代網絡通信技術。CANopen協議是基于CAN-bus的一種高層協議，在基于CAN的工業 系統中占領導地位，協議針對行業應用實現起來比較簡潔⑴。本文提出了一種基于CANopen的電子汽車衡的 設計方案。CAN總線系統的汽車衡采用直接連接的方式，解決了傳統POWERCELL數字式稱重系統中最常見 的傳感器通訊及電纜連接兩件麻煩事，提供了設備級故障診斷方法，同時提高了通信效率和設備的互換性。

二、數字式地磅

地磅主要由秤臺、稱重傳感器、連接件、限位裝置、稱重顯示儀表、電纜及接線盒、預埋基礎（含 基礎板）等部件組成，還可以選配打印機、計算機等外部設備，以構成完善的系統。

地磅可配置多種形式的電阻應變式傳感器，根據輸出信號的不同可分為模擬式和數字式兩種。目前市 場上模擬式地磅常用的傳感器有單剪切梁傳感器、雙剪切梁傳感器、柱式型傳感器，隨著柱式傳感器技術 的不斷成熟，未來模擬式地磅將逐漸向安裝維護方便的柱式傳感器發展。

數字式地磅是將數字補償技術用于地磅上的原理性產品，它以其卓越的線性、蠕變、溫度、滯 后個性化自動補償技術使地磅獲得了很好的稱量準確性，同時從技術上解決了長期以來困擾地磅維護的 更換傳感器和儀表須重新標定的問題。

三、基于CANopen的地磅的設計

隨著稱重傳感器制造技術、微電子技術的快速發展及計量法規的完善，地磅也得到了快速發展，地磅中電子汽車衡所占比重已達到90%以上。目前，地磅中數字傳感器和儀表之間的通信方式主要有兩種，一種是 通過RS485/RS422串行接口，另一種是通過CANopen總線， 本文介紹的是后者。

1、數字傳感器的電氣原理

本地磅系統主要由應變式電阻荷重傳感器、信號 處理電路、測量顯示儀、Com通訊和CAN通訊軟件構成。荷 重傳感器用橋式應變片把壓力(重力)線性轉換成電阻變化 量，通過補償運算輸出線性的電壓變化量值，根據最大秤重 選配POWERCELL MTX數字式傳感器；信號處理電路采用高 精度集成運放（OP177、OP277等），對傳感器輸出的小電壓 信號進行放大濾波和溫度補償，輸出供給測量儀的檢測信號。 荷重傳感器及信號處理電路組成了重量測量線路。測量顯示 儀進行A/D轉換、鍵盤控制、數值計算及顯示，構成人機接口； Com通訊及CAN通訊分別滿足與計算機的串口通訊及總 線式通訊功能，串口通訊實現查看測量數據及修改測量參數; CAN通訊實現CANopen網絡通信功能。測量系統總體結構如 圖1所示，整個設計以單片機PIC30D6014為核心控制芯片。

2、CANopen網絡通訊

CANopen協議在物理層和數據鏈路層基礎上規定了應用 層協議。在CANopen的應用層，設備問通過相互交換通信對 象進行通信。良好的分層和面向對象的設計使得通信模型較 為清晰。

CANopen設備分為三部分，CAN通訊接口、對象字典和 應用程序之間的聯系如圖2所示。通訊接口提供總線上的數據 收發服務，定義了4類標準的通信接口，S卩：SDO(服務數據 對象)、PDO(過程數據對象)、NMT(系統管理命令)和特殊對 象，來實現通信、網絡管理和緊急情況處理等功能。SDO和 PDO是CANopen的基本傳輸機制。PDO對小型數據進行高速 傳輸，SDO對對象字典進行訪問，主要用于在設備配置過程 中傳遞參數或大數據塊。NMT用于對設備狀態進行管理、控 制和及時發現設備故障。特殊對象用于同步、應急指示和時 間標記對象。[M]

3、CANopen總線的智能診斷

本電子汽車衡系統中的CANopen總線診斷功能給出了 本地的傳感器數據和診斷數據，主要用于統計和預防性維護。 根據所有傳感器的電流值和網絡錯誤計數，循環狀態信息的 選擇和合成進行狀態監測。由事件缺陷、電源線和通訊線電 壓監測，本地重量峰值記錄貯存，最大測量負載，危險信息 的產生來實現診斷。

CAN高/低電平測量為了診斷CAN總線通訊情況，本系統引入了一種特殊 測量模式。在該模式下，系統短暫停止CANopen拓撲網絡中 所有節點通訊，并采集和記錄此時刻的CAN高/低電壓值(一 個CAN高電壓，一個CAN低電壓），如圖3所示。完成采 集CAN高/低電壓值之后，系統重啟CAN通訊，并從所有 網絡節點得到這些電壓值。此外，在電壓測量過程中，任何 節點都可以發送一個顯形信號來模擬信號源點。于是，隨著 一系列組合測量的展開，CANopen拓撲網絡中的任何節點上 的CAN信號電壓變化都可以被分析和診斷。

這個模式和循環時間由CANopen OD入口 Ox3003指定。 循環以CAN高/低測量加入，在使平面OD入口 Ox3001: Ox06。在使標志設置后，SYNC信號收到循環開始。當循環 結束，標志位清零。

（2）最大重量的峰值記錄

本系統可以檢測到CAN總線上的最近10個重量峰值， 并隨機保存在NVRAM中。當檢測到一個新的最大重量值、 并且該重量值大于NVRAM中讀取的最小的峰值時，該峰值 將被新的最大值所替代。這種替代行為是隨機發生的，無法 確定何時以何種循序發生。

為了避免一種特殊情況的發生，1個新的最大值替代了 NVRAM中記錄的10個峰值，系統在保存新的峰值之前，設 置了一個最小等待時間量。

幾秒內的等待時間通過CANopen SDO (服務數據對象） OD 對象 Ox4100，B (0=無效）（或通過 MT-SICS XM2011) 讀取和設置。

在PDX單元儲存的峰值記錄值能通過SDO被讀取和重 設，在 CANopen OD 對象 Ox4100，A(或通過 MT-SICS XM0016讀和XM2012寫）寫一個記錄值，重設所有的入口。

系統最大重量的峰值記錄順序如圖4所示，依次為：

①選擇最低值；

②跟蹤重量信號，與實際記錄值比較，到最大值出現；

③等待時間開始定時

④新的大值出現重啟定時；

⑤時間到，保存新的最大值；

⑥重復①。

系統可以預設一個峰值記錄的閾值，而且可以打開/關閉 此“峰值記錄”功能。

四、結束語

CANopen協議以其免費公開、透明簡單和程序開發容易 的特點在工業自動化領域應用廣泛，成為了目前歐洲最流行 的CAN高層協議之一。本文提供了基于CANopen協議的地磅的設計方案，并實現智能診斷，為地磅維護 和控制提供了實時狀態數據。通過具體試驗驗證了 CANopen 協議應用在地磅的可行性，對于在工業生產中營造安全生 產環境，實現遠程智能化和網絡化控制具有很好的應用價值。