附1.新型自动气象(气候)站主、分采集器通信协议

附件1新型自动气象（气候）站主、分采集器通信协议目录1概述 (3)2数据链路层协议 (3)3应用层协议 (3)3.1CAN OPEN 节点 (3)3.2通信波特率 (4)3.3主采集器 (5)3.3.1与设备有关的对象定义 (5)3.3.2对象字典 (12)3.4分采集器 (28)3.4.1时间事件 (29)3.4.2PDO发送 (29)3.4.3SDO服务 (29)3.4.4与设备有关的对象定义 (29)3.4.5气候分采集器 (30)3.4.6辐射分采集器 (34)3.4.7地温分采集器 (37)3.4.8土壤水分分采集器 (40)3.4.9海洋分采集器 (42)3.4.10智能分采集器 (46)3.4.11温湿分采 (49)1概述新型自动气象（气候）站基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建，采用了国际标准并遵循标准、开放的技术路线进行设计。

其核心是基于CAN（Controller Area Network，控制器区域网）总线技术和国际标准CANopen协议进行设计，涉及物理层、数据链路层和应用层的标准定义。

主采集器和分采集器(或智能传感器，以下不再作区分)是 CAN 总线上的节点，它们之间的通信遵循 CAN 数据链路层协议和CANopen 应用层协议。

2数据链路层协议CAN 总线标准已规定了数据链路层协议，目前的版本为 V2.0。

数据链路层协议由 CAN 控制器在硬件上实现，不需要设计人员再为此开发相关软件（Software）或固件（Firmware），可以缩减整个系统的开发周期。

3应用层协议在 CAN 总线数据链路层协议的基础上，主采集器和分采集器之间采用应用层协议――CANopen 协议进行通信，它实现了网络管理服务和报文传送协议。

在 CANopen 协议中，对象字典是极为重要的部分。

在本质上，对象字典是按预定义的方式，通过网络可访问的一组对象的集合。

对象字典中的每一条，影响着应用程序对象、通信对象以及设备状态机的行为。

CANopen 中的每一个节点，根据其设备类型，都拥有一份相应的对象字典。

3.1CANopen 节点CANopen 节点是挂接在 CAN 总线上的主采集器和分采集器，所有节点通过 CAN 总线构成一个本地网络。

从网络管理的角度，CANopen 节点可分为主节点和从节点，主节点实现 CANopen 网络管理（NMT）服务，从节点接受主节点的管理。

网络中的每个从节点通过节点号来进行唯一识别，节点号的范围为1-127。

主采集器在网络中作为主节点，分采集器为从节点。

主采集器和各分采集器的节点号分配见表1。

表1主采集器和各分采集器的节点号分配表3.2通信波特率CAN 通信的可用波特率和当前波特率由 CANopen 设备配置文件中的相关项目规定，主采集器应当支持以下波特率值的配置：50K、125K、250K。

目前，规定主、分采集器以默认的 50K 波特率进行通信。

3.3主采集器主采集器实现 CANopen 的主站协议，承担整个系统的调度和管理任务，主要有接入管理、运行方式管理、状态监控、时钟管理、配置管理等功能。

a)接入管理：实现节点管理服务，实时监控分采集器的接入和脱离，动态加入的分采集器，能自动识别和主动纳入管理；b)运行方式管理：实现同步信号服务和时间戳服务，使所有的分采集器在同步信号和实时时钟的同步下进行工作；c)状态监控：通过节点管理服务，主采集器监控各分采集器的运行状态；d)时钟管理：通过时间戳服务，主采集器实现整个系统的时间管理，确保任何时刻分采集器与主采集器的时钟误差小于1s；e)配置管理功能：在硬件不变更的基础上，通过对主采集器和分采集器的对象字典进行配置，或嵌入式软件升级，能快速配置为各种需求的自动气象站模式。

主采集器根据收到的数据帧的标识和对象字典的定义，从数据帧中分解出气象要素数据并进行处理。

3.3.1与设备有关的对象定义3.3.1.1采样瞬时值在主采集器中，把每一个气象要素的采样瞬时值看作一个对象，这些对象具有数据类型、单位等属性。

在主采集器的对象字典中，对所有的气象要素采样瞬时值进行了定义。

把采样瞬时值的对象索引和子索引填到 RPDO（接收 PDO）的映射参数中，当接收到一个 PDO 时，便可根据映射参数解析出相应的气象要素采样瞬时值。

主采集器中的气象要素采样瞬时值定义如表2。

3.3.1.2传感器通道识别为了在主采集器中识别分采集器的每一个传感器通道，在主采集器中需要建立一个传感器通道的列表。

主采集器把这个列表中的每一个条目作为一个对象，列表条目的值是传感器通道的标识值，指示该传感器通道对应分采集器的通道，列表条目的对象索引和子索引组成相应传感器通道的逻辑编号。

传感器通道标识值用一个 32 位值表示，其结构定义见表3。

索引号部分与 CiA DS-401 中的输入对象一致。

如：0x64010205 表示第 5 节点的第 2 个 16 位模拟通道。

对象索引 0x3700-0x3705 用于定义传感器通道标识，如表4。

3.3.1.3监控数据在主采集器和分采集器中，每一个监控数据为一个对象，这些对象具有数据类型、单位等属性。

主采集器的对象字典中，对每一类监控数据都定义了需要监控的分采集器节点号。

通过这些节点号，以及相应的对每个节点的 SDO 服务的定义，利用分采集器提供的 SDO 服务，主采集器可以随时查询分采集器的监控数据。

监控数据的类型及对象索引分配见表5。

3.3.1.3.1传感器状态传感器状态的类型及对象索引分配见表6。

3.3.1.3.2电压状态电压状态的类型及对象索引分配见表7。

3.3.1.3.3节点状态节点状态的类型及对象索引分配见表8。

3.3.1.3.4主板温度状态主板温度状态的类型及对象索引分配见表9。

3.3.1.4用于监控数据的SDO 对象主采集器通过 SDO 服务取得分采集器的监控数据。

对于不同分采集器的监控数据，需要通过该分采集器提供的 SDO 服务取得。

作为 SDO的客户端，主采集器的对象字典中定义了所有可用的 CSDO 参数。

同时，建立了监控数据与 CSDO 的对应关系，每一种监控数据都建立了一个 CSDO 的列表。

列表中的每一个条目都作为一个对象，条目的值为 CSDO 的序号。

对象索引 0x3900-0x3908 用于定义监控数据的 CSDO 见表10。

3.3.2对象字典按照 CiA DS-301 应用层和通信协议的规定，在对象字典中对设备类型、同步信号、时间戳、PDO 通信对象、SDO 通信对象等进行了定义。

3.3.2.1传感器通道标识传感器通道标识分配见表11。

3.3.2.2监控数据的CSDO 列表主采集器中监控数据所要使用的 SDO 服务对象在对象字典中的CSDO定义见表12。

3.3.2.3RPDO通信参数主采集器中的 RPDO 通信参数如表13。

3.3.2.4RPDO映射参数通过 RPDO 映射参数，主采集器从接收的 PDO 中解析出气象要素的采样瞬时值。

映射参数如表14。

3.3.2.5客户端SDO通信参数主采集器作为 SDO 的客户端，向分采集器请求 SDO 服务，对分采集器进行参数设置，获取分采集器的参数、监控数据等。

客户端SDO通信参数同见表15。

3.3.2.6其他有关设备信息的通信参数见表16。

3.4分采集器分采集器实现 CANopen 的从站协议。

每个分采集器均参照 CiA DS-401 通用 IO 模块子协议，作为 CANopen 中的一个 IO 模块。

分采集器在同步信号和时间戳的控制下运行，把采样瞬时值通过PDO 发送给主采集器，并提供 SDO 服务，主采集器可以通过 SDO 查询到分采集器的监控数据。

3.4.1时间事件分采集器实现实时时钟，且由主采集器通过时间戳服务每分钟进行对时。

分采集器在规定的时间点产生时间事件，这些事件可触发相应的 PDO 的发送。

分采集器定义以下时间事件：●250ms 事件。

当时间的毫秒值为 250 的倍数时，产生 250ms事件。

●2s 事件。

当时间为整秒且秒值为 2 的倍数时，产生 2s 事件。

●10s 事件。

当时间为整秒且秒值为 10 的倍数时，产生 10s 事件。

●15s 事件。

当时间为整秒且秒值为 15 的倍数时，产生 15s 事件。

●1min 事件。

当整分时，产生 1min 事件。

●1hr 事件。

当整点时，产生 1hr 事件。

不要求分采集器实现所有的时间事件，可以根据需要实现相应的时间事件。

3.4.2PDO发送分采集器的 PDO 采用事件触发的同步方式发送。

3.4.3SDO服务分采集器实现 SDO 服务，主采集器通过 SDO 服务，可以对采集器进行参数设置和读取，查询监控数据等。

3.4.4与设备有关的对象定义3.4.4.1监控数据分采集器中，把每一个监控数据看作一个对象，这些对象具有数据类型、单位等属性。

主采集器可以通过 SDO 服务查询分采集器的监控数据。

分采集器中的监控数据对象定义如表17。

表17分采集器中的监控数据对象定义当分采集器有蓄电池作电源时，0x3807 对象必须实现。

通过 SDO 服务查询分采集器不支持的监控数据时，应中止 SDO 服务，中止码为0x06010000L。

3.4.5气候分采集器气候分采集器测量3路气温，1路红外地表温，1路铂电阻地表温，1路风速，3弦称重频率、3个通风转速、1个。

气候观测分采集器把采样的数据，通过PDO 发送到主采集器。

PDO 采用事件触发的同步方式发送。

3.4.5.1对象字典按照 CiA DS-301 应用层和通信协议的规定，并参照 CiA DS-401，在对象字典中对设备类型、同步信号、时间戳、PDO 通信对象、SDO 通信对象等进行了定义。

3.4.5.1.1TPDO通信参数气候分采集器的TPDO通信参数定义如表18。

3.4.5.1.2TPDO映射参数气候分采集器的TPDO映射参数定义如表19。

3.4.5.1.3服务端SDO通信参数气候观测分采集器作为 SDO 的服务户端，为主采集器提供 SDO 服务，接收主采集器对分采集器的参数设置，发送分采集器的参数、监控数据等。

气候分采集器服务端SDO通信参数定义如表20。

3.4.5.1.4其他气候分采集器有关设备信息的通信参数定义如表21。

3.4.6辐射分采集器辐射分采集器有 10 路模拟通道，测量 10 个不同的辐射要素。

辐射分采集器把采样的辐射传感器的电压值，通过PDO 发送到主采集器。

PDO 采用事件触发的同步方式发送。

3.4.6.1对象字典按照 CiA DS-301 应用层和通信协议的规定，并参照 CiA DS-401，在对象字典中对设备类型、同步信号、时间戳、PDO 通信对象、SDO 通信对象等进行了定义。

3.4.6.1.1TPDO通信参数辐射分采集器的TPDO通信参数定义如表22。