CAN总线协议网关模块与数据采集器：工业自动化数据交互中枢

CAN最早由德国博世公司（Bosch）在 20 世纪 80 年代为汽车电子控制系统开发，用于解决汽车中众多电子控制单元（ECU）之间的通信问题。随着技术的发展，CAN逐渐应用于工业自动化、航空航天、船舶、医疗设备等众多领域，并成为一种广泛使用的工业标准通信协议。CAN总线的数据帧由帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场和帧结束等部分组成。其中，仲裁场用于确定消息的优先级，数据场用于传输实际的数据。当一个节点要发送数据时，它会先在总线上发送一个包含标识符的消息头，其他节点通过标识符来判断是否接收该消息。如果多个节点同时发送消息，通过仲裁场中的标识符优先级来决定哪个节点优先发送，低优先级的节点会自动停止发送，避让高优先级的节点。

常见的CAN协议转换网关模块：

协议转换拓扑图：

CAN协议网关模块应用场景

（一）汽车电子控制系统

（二）动力系统：连接发动机控制单元（ECU）、变速箱控制单元（TCU）、电池管理系统（BMS）等，实现动力传输、能量管理等功能的协同控制。例如，BMS 通过CAN总线将电池状态信息发送给 ECU，ECU 根据这些信息调整发动机的输出功率，以优化燃油经济性和动力性能。

（三）底盘控制系统：用于电子稳定程序（ESP）、防抱死制动系统（ABS）、电子助力转向系统（EPS）等之间的通信。当车辆遇到紧急情况时，ESP 通过 CAN总线与 ABS 和 EPS 进行实时数据交互，协调各系统工作，确保车辆行驶稳定性和安全性。

（四）车身电子系统：如车门控制、车窗控制、座椅调节、空调系统等设备之间通过CAN总线进行通信，实现车身功能的智能化控制和集成。比如，当驾驶员通过车门控制模块发出锁车指令时，该指令通过CAN总线传输到各个车门控制单元，实现同时锁车功能。

（五）工业自动化

（六）分布式控制系统（DCS）：在大型工业生产过程中，如化工、电力、冶金等行业，CAN总线用于连接分布在不同位置的控制器、传感器和执行器，实现对生产过程的实时监控和控制。例如，在化工生产中，温度、压力、流量等传感器将数据通CAN总线传输给控制器，控制器根据预设的控制策略通过CAN总线向阀门、泵等执行器发送控制指令，确保生产过程稳定运行。

（七）工业机器人：用于机器人的各个关节控制器、驱动器以及传感器之间的通信，实现机器人的精确运动控制和感知功能。例如，机器人的视觉传感器通过CAN总线将图像数据传输给主控制器，主控制器根据这些数据计算出目标位置，并通过CAN总线向关节驱动器发送控制信号，使机器人能够准确地抓取物体。

CANopen是应用层协议（OSI 模型的第 7 层），在CAN的基础上定义了数据组织、设备交互规则以及标准化应用接口，解决的是传输什么数据以及如何交互的问题。CANopen广泛应用于工业自动化中的 PLC、伺服驱动器、I/O 模块等设备间通信，以及医疗设备、电梯控制、机器人关节通信等场景。它预定义了标准化的通信对象（PDO/SDO）、设备配置文件（DS - 4xx），支持复杂网络拓扑（主从、多主），可实现即插即用与设备互操作性。最初用于运动控制领域，如今已广泛应用于医疗设备、越野车辆、船舶电子、铁路系统和楼宇自动化等多个领域，适用于各种需要设备之间高效通信和互操作的自动化场景。

常见的CANopen协议转换网关模块：

协议转换拓扑图：

CANopen协议网关模块应用场景

·工业自动化生产线

多轴运动控制：在自动化生产线中，常用于控制多个伺服电机或步进电机的运动，实现精确的位置控制和速度同步。例如，在印刷生产线中，通过CANopen网络可以将各个印刷单元的电机进行同步控制，确保印刷图案的准确性和一致性。

设备互联与监控：连接各种工业设备，如可编程逻辑控制器（PLC）、变频器、传感器、执行器等，实现设备之间的互联互通和集中监控。例如，在一条自动化装配生产线上，PLC通过CANopen总线与各个工位的传感器和执行器进行通信，实时监控生产过程，当出现异常情况时及时发出报警信号并采取相应的措施。

·电梯控制系统

电梯轿厢与机房通信：用于连接电梯轿厢内的控制面板、门机控制器与机房内的主控制器、变频器等设备，实现电梯的运行控制、状态监测和安全保护功能。例如，轿厢内的楼层呼叫信号通过CANopen总线传输到机房主控制器，主控制器根据电梯的当前位置和运行状态，通过CANopen总线控制变频器驱动电机，使电梯准确停靠在目标楼层。

群控系统：在多台电梯的建筑物中，CANopen总线可以将各台电梯的控制器连接成一个群控系统，实现电梯的优化调度和协同工作。通过CANopen网络，群控系统可以实时获取每台电梯的运行状态信息，根据楼层呼叫情况和电梯负载情况，合理分配电梯任务，提高电梯运行效率和服务质量。

·医疗设备

医疗监护设备：如多参数监护仪、中央监护系统等，通过 CANopen 总线可以将各种生理参数传感器（如心电、血压、血氧等）与监护仪的主控制器连接起来，实现对患者生命体征的实时监测和数据处理。同时，监护仪还可以通过 CANopen 网络将数据传输到中央监护系统，方便医护人员集中监控和管理多个患者的病情。

医疗机器人：在手术机器人、康复机器人等医疗机器人中，CANopen用于连接机器人的各个关节驱动器、传感器和控制系统，实现机器人的精确运动控制和操作。例如，手术机器人的机械臂关节通过CANopen总线接收控制系统发送的运动指令，精确地执行手术操作，同时传感器将机械臂的位置、力度等信息反馈给控制系统，确保手术的安全性和准确性。

审核编辑 黄宇