EA Elektro-Automatik作為全球儀器行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者Tektronix旗下的大功率直流電源品牌，憑借其產(chǎn)品功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，尤其在汽車電子、新能源及工業(yè)控制等領(lǐng)域備受青睞。

EA 電源產(chǎn)品支持選配 CAN 通信模塊 IF-AB-CAN，以實(shí)現(xiàn)與 CAN 總線的無縫通信。本文將以某客戶的電池充放電項(xiàng)目為例，詳細(xì)介紹如何將 EA 雙向直流電源配置為 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)控。誠摯感謝高望來先生為本文提供了寶貴的素材，并在專業(yè)領(lǐng)域給予支持。

CAN 通信基礎(chǔ)知識

CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）是一種廣泛應(yīng)用于高實(shí)時(shí)性分布式控制系統(tǒng)的串行通信協(xié)議，最早由德國Bosch公司于1983年開發(fā)，旨在解決傳統(tǒng)多線束布線方式帶來的復(fù)雜性與高成本問題。CAN 總線具備高可靠性、低成本、高效傳輸和靈活組網(wǎng)等特點(diǎn)，被廣泛用于汽車電子、工業(yè)控制、機(jī)器人、航空航天、醫(yī)療設(shè)備及能源管理系統(tǒng)等領(lǐng)域。

在 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè) ECU（電子控制單元）作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過總線實(shí)現(xiàn)與其他節(jié)點(diǎn)的通信。下圖展示了典型的 CAN 總線連接結(jié)構(gòu)：

CAN 數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)如下圖所示。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注仲裁段、控制段及數(shù)據(jù)段。

仲裁段

EA 電源產(chǎn)品默認(rèn)設(shè)有三個(gè)基礎(chǔ) ID（BASEID），位于數(shù)據(jù)幀的仲裁段，用于消息識別與仲裁：

■  000h：用于寫入對象，消息類型為Send_ Object

■  001h：用于查詢對象，消息類型為Query_ Object

■  002h：用于讀取對象，消息類型為Read_ Object

這些基礎(chǔ) ID 通常用于應(yīng)答式通信。例如，使用000h可發(fā)送 “Normal Sending” 類指令，如開啟遠(yuǎn)程控制、設(shè)置電壓、啟動輸出等；而 001h 可用于查詢電壓等參數(shù)。

此外，還有用于循環(huán)讀取和發(fā)送指令的基礎(chǔ) ID：

■  100h系列：用于循環(huán)讀取，如：

100h：讀取狀態(tài)

101h：讀取實(shí)際值（電壓、電流、功率等）

102h：讀取設(shè)定值

■  200h系列：用于循環(huán)發(fā)送，如：

200h：遠(yuǎn)程控制與輸出控制

201h：設(shè)置電源設(shè)定值

202h：設(shè)置負(fù)載設(shè)定值

控制段

控制段中的 DLC（Data Length Code）用于指定數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。例如，在設(shè)置遠(yuǎn)程開啟時(shí)若數(shù)據(jù)部分為5字節(jié)，則 DLC 應(yīng)設(shè)為5。某些 CAN 通信軟件（如 PCAN-View）支持手動設(shè)置 DLC，如下表所示：

部分軟件默認(rèn) DLC 為 8，即數(shù)據(jù)段為 8 字節(jié)。若實(shí)際數(shù)據(jù)不足 8 字節(jié)，則低位以 0 填充。

數(shù)據(jù)段

本文以 8 字節(jié)標(biāo)準(zhǔn)幀為例。不同基礎(chǔ) ID 對應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容有所差異，但均表示對特定寄存器進(jìn)行讀寫操作，具體方法將在 “實(shí)踐” 部分展開。

二

硬件與連接準(zhǔn)備

EA 雙向直流電源及其它 EA 系列產(chǎn)品可通過選配 EA-IF-CAN 通信模塊（型號：EA-IF-AB-CAN，訂貨號：35400111）接入 CAN 總線。該模塊支持 CAN 2.0 A/B 標(biāo)準(zhǔn)，最高傳輸速率 1 Mbit/s，接口為 9 針 D-Sub 公頭。

若要通過電腦對電源進(jìn)行控制與監(jiān)視，需額外配置USB-CAN通信模塊，使電腦也成為CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。若USB-CAN模塊未內(nèi)置120Ω終端電阻或未啟用電阻開關(guān)，則需在EA電源的CAN設(shè)置中開啟終端電阻。

三  軟件準(zhǔn)備

■  Windows系統(tǒng)：可選用PCAN-View、PCAN-Explorer或Vector公司的CANoe等軟件。

■  Linux系統(tǒng)：可通過candump命令接收消息，cansend命令發(fā)送消息。

四

實(shí)踐操作

在 Windows 環(huán)境下使用 PCAN-View 進(jìn)行通信

安裝驅(qū)動及軟件后，在設(shè)備管理器確認(rèn)硬件識別正常。

打開PCAN-View，點(diǎn)擊菜單欄中的 “Client → Connect” 進(jìn)行連接設(shè)置，之后通過 “Transmit → New Message” 編輯并發(fā)送CAN消息。

1. 寫入單個(gè)寄存器（Write Single Register）

以 EA PSB 10080-120 2U 雙向直流電源（80V, 120A, 3kW）為例，常見操作如下：

以第一行命令為例，“01 92”對應(yīng)的是遠(yuǎn)程控制的寄存器，“01”代表寄存器數(shù)量1，“FF 00”代表該寄存器的值：“開”。

電壓值的換算公式如下：

Voltage_hex = voltage_value × 52428 / nominal_voltage

以14V為例：

14 × 52428 / 80 = 9175（十進(jìn)制）→ 轉(zhuǎn)十六進(jìn)制為23D7。

2. 寫入多個(gè)寄存器

（Write Multiple Registers, WMR）

該操作常用于函數(shù)發(fā)生器設(shè)置，例如設(shè)置一個(gè)時(shí)長為6秒、幅值為10V的任意波形：

由于函數(shù)發(fā)生器中任意波的每一個(gè)序列設(shè)置，需要 32 個(gè)字節(jié)，放置在 16 個(gè)寄存器中，也就是每個(gè)寄存器容納 2 個(gè)字節(jié)。實(shí)際在通過 CAN 標(biāo)準(zhǔn)幀對寄存器設(shè)置時(shí)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幀（8 個(gè)字節(jié)）的后 4 個(gè)字節(jié)或字符（表格紅色字體），即為序列設(shè)置值，因此需要發(fā)送 8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幀。具體幀的結(jié)構(gòu)如下：

詳解：以表格中“03 84 10 FA 41 20 00 00”為例。“03 84” （10進(jìn)制為900）是起始寄存器（Start reg.），通過該寄存器，可以對函數(shù)發(fā)生器中任意波的序列1進(jìn)行設(shè)置。如要設(shè)置序列2, 則起始寄存器為 0x0394，也就是增加0x10個(gè)，對應(yīng)10進(jìn)制數(shù)，就是16個(gè)。

因設(shè)置值需要16個(gè)寄存器存放，Nr. of regs to write 也就是 0x10。

在 CAN 總線上，無法保證按照發(fā)送順序接收，因此引入一個(gè)標(biāo)記 Marker 字節(jié)來解決此問題。

將一個(gè)超過4字節(jié)的信息，比如32字節(jié)的信息，分成8次發(fā)送，需要為每一個(gè)CAN標(biāo)準(zhǔn)幀做標(biāo)記（Mark），按照倒序排列，第一個(gè)幀標(biāo)記為FF，第八個(gè)幀為F8。這樣在接收方收到這些幀后，能正確按照排序組裝。舉例中的標(biāo)記Marker為 “FA” ，表示第六。

設(shè)置值需符合 IEEE754 浮點(diǎn)數(shù)格式，可使用在線工具

（如https://www.h-schmidt.net  /FloatConverter /IEEE754.html）進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或通過Python代碼實(shí)現(xiàn)：

coding=utf-8

import struct

def float_to_hex():

    try:

        # 提示用戶輸入一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)

        float_value = float(input("請輸入一個(gè)浮點(diǎn)數(shù):"))

        # 將浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為IEEE 754的32位十六進(jìn)制表示

        hex_representation = struct.pack('>f', float_value).hex().upper()

        # 輸出大寫十六進(jìn)制字符串

        print ("對應(yīng)的十六進(jìn)制表示是: 0x" + hex_representation)

    except ValueError:

        print("輸入無效，請輸入一個(gè)有效的浮點(diǎn)數(shù)。")

if __name__ == "__main__":

float_to_hex()

3. 使用 PCAN-Explorer 導(dǎo)入 DBC 文件

PCAN-Explorer支持導(dǎo)入DBC文件，可更直觀地解析與發(fā)送消息。用戶可在項(xiàng)目視圖中導(dǎo)入為特定型號（如PSB 10080-120 2U）預(yù)定義的DBC文件，提升配置效率。

在 Linux 環(huán)境下進(jìn)行 CAN 通信

首先設(shè)置CAN總線波特率：

sudo ip link set CAN0 up type can bitrate 500000

接收總線數(shù)據(jù)：

candump CAN0

示例輸出：

CAN0 101 [6] 23 D4 00 46 00 26

CAN0 101 [6] 23 D6 00 48 00 26

…

發(fā)送控制指令：

cansend CAN0 000#019201FF00    # 遠(yuǎn)程打開

cansend CAN0 000#01F40123D7    # 設(shè)置電壓為14V

cansend CAN0 000#01F50101C4    # 設(shè)置電流為1A

cansend CAN0 000#019501FF00    # 打開輸出

結(jié)語

通過上述設(shè)置與操作，用戶可順利將EA雙向直流電源集成到CAN網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)靈活的遠(yuǎn)程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)控。合理運(yùn)用CAN通信功能，將顯著提升測試自動化程度與系統(tǒng)集成效率。