CANbus總線在新舟600全飛行模擬機(jī)接口系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡軍

摘要： 本文簡(jiǎn)述了CANbus總線在新舟600模擬機(jī)接口系統(tǒng)中的應(yīng)用以及其故障診斷技術(shù)。

關(guān)鍵詞：新舟600模擬機(jī)，CANbus總線，接口，CANbus接口故障診斷

新舟600飛機(jī)是西安飛機(jī)公司開(kāi)發(fā)的新一代支線客機(jī)，我院（中國(guó)民航飛行學(xué)院）在2008年引進(jìn)了該機(jī)型作為高教機(jī)，同時(shí)，也向加拿大Mechtronix System Inc.（以下簡(jiǎn)稱(chēng)MSI）公司訂購(gòu)了該型機(jī)的模擬機(jī)作為配套訓(xùn)練設(shè)施。MSI公司作為國(guó)際模擬機(jī)制造業(yè)的新興力量，創(chuàng)新性地將成熟的民用技術(shù)應(yīng)用于模擬機(jī)系統(tǒng)，極大地降低了模擬機(jī)的制造成本和運(yùn)行成本，也降低了模擬機(jī)運(yùn)行維護(hù)的技術(shù)難度。本文所述的應(yīng)用于新舟600模擬機(jī)基于CANbus總線技術(shù)的接口系統(tǒng)，即是近十多年廣泛運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域的成熟的技術(shù)。

CANbus總線全稱(chēng)為Controller Area Network ， 即控制器局域網(wǎng)， 該技術(shù)最早是由德國(guó)BOSCH公司推出，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一 ， 從最初的汽車(chē)領(lǐng)域不斷向機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療機(jī)械及傳感器等諸多領(lǐng)域發(fā)展 ， 到通過(guò)對(duì)CANbus技術(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定后， 使其適合在民用飛機(jī)上使用。

現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的CANbus 2.0b是基于ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的一種線性，多點(diǎn)雙向的串行數(shù)據(jù)總線。它的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)如圖一

CANbus總線具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：1.數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?，其?jié)點(diǎn)在接受數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷與總線的聯(lián)系，使總線上其他設(shè)備的信息收發(fā)不受影響。2.數(shù)據(jù)在CANbus總線上傳輸速率快，在40米內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mbit/s。數(shù)據(jù)傳輸距離也很長(zhǎng)，最長(zhǎng)可達(dá)10KM。3. CANbus總線提供服務(wù)的設(shè)備容量大。

模擬機(jī)的接口系統(tǒng)是將模擬機(jī)座艙中的眾多離散量輸入，如電門(mén)狀態(tài)、CB通斷、旋鈕位置等進(jìn)行接收、編碼并轉(zhuǎn)發(fā)給主計(jì)算機(jī)。在獲得主計(jì)算機(jī)的反饋后，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)設(shè)備，以模擬真實(shí)飛機(jī)座艙中設(shè)備響應(yīng)的系統(tǒng)。因此，模擬機(jī)接口對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度、總線容錯(cuò)率、總線掛接設(shè)備的容量等有著較高要求。CANbus總線的性能、特點(diǎn)使它能充分滿足模擬機(jī)接口系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

新舟600模擬機(jī)接口系統(tǒng)中CANbus總線與主計(jì)算機(jī)通過(guò)PCI-CAN接口卡進(jìn)行接口。主計(jì)算機(jī)有兩個(gè)接口卡，共產(chǎn)生四個(gè)CANbus通道，每個(gè)通道都有著相同的結(jié)構(gòu)，唯一區(qū)別是總線上掛接控制器數(shù)量的不同。CANbus通道的結(jié)構(gòu)如圖二。

新舟600的四個(gè)CANbus通道分別負(fù)責(zé)模擬機(jī)座艙中不同設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、傳輸、驅(qū)動(dòng)任務(wù)。

CC0（CANbus channel 0）：負(fù)責(zé)座艙頭頂板的各類(lèi)電門(mén)、信號(hào)牌。CC1（CANbus channel 1）：負(fù)責(zé)座艙前儀表板和遮光板設(shè)備、座艙 通風(fēng)和煙霧活門(mén)接口控制盒。

CC2（CANbus channel 2）： 負(fù)責(zé)中央操縱臺(tái)、備用羅盤(pán)、大功率模擬電路接口盒

CC3（CANbus channel 3）： 負(fù)責(zé)教員臺(tái)和左右座操縱臺(tái)面板。

新舟600的CANbus總線還應(yīng)用了總線條（Busbar）的技術(shù)，掛接在CANbus總線上的總線條（Busbar）作為二級(jí)總線，由單獨(dú)的電源提供24V直流供電，每個(gè)總線條（Busbar）可下接四個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器，總線條（Busbar）與下接的節(jié)點(diǎn)控制器可數(shù)據(jù)、電源共線。這樣就更加減少了布線量，可更加靈活地在有限的座艙空間布置、安裝設(shè)備?？偩€條（Busbar）可安裝在空間較大的地方，而下接的節(jié)點(diǎn)控制器可嵌入式、分布式地與座艙設(shè)備、面板安裝在一起。

節(jié)點(diǎn)控制器如圖3：

一個(gè)最小的節(jié)點(diǎn)控制器由一個(gè)母板組成，如果母板的輸入輸出能力滿足不了它所負(fù)責(zé)的設(shè)備的需要，還可以在母板的擴(kuò)展插槽上插接最多8個(gè)子板，以擴(kuò)展此節(jié)點(diǎn)的輸入輸出能力。每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器中的母板、子板以嵌入的方式與座艙設(shè)備硬件連接。

節(jié)點(diǎn)控制器中的母板類(lèi)型主要有兩種：通用母板和模擬量母板。它們雖然有不同的用途，但都有相同的特性：都是24V直流供電、16位輸入，8位輸出、都可連接子板。子板的類(lèi)型主要有通用16位DIO子板、CB陣列子板、LED顯示子板、通用16位大功率DIO子板等，它們必須與母板共同工作。

模擬機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，接口系統(tǒng)相對(duì)其他系統(tǒng)故障較為高發(fā)，同時(shí)接口設(shè)備又是與飛行員直接接觸的設(shè)備，當(dāng)接口設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可導(dǎo)致飛行員在訓(xùn)練中判斷錯(cuò)誤，劣化訓(xùn)練質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)可能中斷訓(xùn)練。因此，新舟600模擬機(jī)建立了完善的故障檢測(cè)原則，如圖

新舟600模擬機(jī)的故障檢測(cè)原則是秉著先進(jìn)行軟件檢測(cè)再CANbus接口檢測(cè)最后座艙硬件設(shè)備檢測(cè)的三步原則?？捎行У貙⒁恍┸浖收吓c硬件故障隔離開(kāi)來(lái)，提高了排故的效率。

新舟600模擬機(jī)在軟件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)建立了變量映射文件IO_def，它在接口故障診斷維護(hù)工作中起著很大的作用。首先它是一個(gè)變量名列表，它為接口系統(tǒng)處理和傳輸?shù)碾x散量輸入和輸出定義了變量名，以供主計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理。如圖五：

它又是節(jié)點(diǎn)一個(gè)映射列表，定義了CANbu總線上每一通道中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址和節(jié)點(diǎn)名。如圖六：

當(dāng)模擬機(jī)的接口系統(tǒng)有故障發(fā)生時(shí)，我們就可以先調(diào)用軟件Debug mode 進(jìn)行檢測(cè)。它的實(shí)質(zhì)是通過(guò)telnet登錄到主計(jì)算機(jī)simhost，并使用一些指令進(jìn)行故障檢測(cè)。常用的指令有：S 變量名（查找變量名）；W變量名 值（設(shè)變量名的值）；R變量名 值（讀變量名的值）；Cal 變量名（校準(zhǔn)某一變量） 等等。

模擬機(jī)上的一些指示器、動(dòng)作手柄等常會(huì)指示錯(cuò)誤或動(dòng)作手柄控制的設(shè)備無(wú)反應(yīng)等等故障發(fā)生，這常常是由于該離散量對(duì)應(yīng)的變量值發(fā)生了漂移，通常不會(huì)有硬件失效，只需要用Cal指令校準(zhǔn)該變量值，并把它存入校準(zhǔn)文件Cal.dat就可以排除該故障。

當(dāng)CANbus通訊故障時(shí)，就可以用CANsniffer來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。它主要在兩個(gè)方面供維護(hù)人員診斷故障維護(hù)CANbus網(wǎng)絡(luò)：

1. CANsniffer可以輪流向CANbus通道所有節(jié)點(diǎn)發(fā)出詢(xún)問(wèn)看它們是否應(yīng)答，將沒(méi)有應(yīng)答的節(jié)點(diǎn)列出，供維護(hù)人員定位故障點(diǎn)。

2. 在更換了I/O設(shè)備硬件后可供維護(hù)人員配置節(jié)點(diǎn)控制器。

在使用了軟件Debug mode 、CANsniffer定位到某一節(jié)點(diǎn)有故障時(shí)，就可以使用故障檢測(cè)原則的第二步Direct mode。這一步驟是CANbus接點(diǎn)的硬件檢測(cè)，具體方法就是將已定位到的故障節(jié)點(diǎn)控制器取下并在維修工作臺(tái)上單獨(dú)給它提供24V供電，用RS232電纜將此節(jié)點(diǎn)控制器連接到超級(jí)終端進(jìn)行檢測(cè)或設(shè)置。確定是硬件失效后，就可更換此硬件設(shè)備，恢復(fù)飛行訓(xùn)練。

新舟600模擬機(jī)輸入輸出系統(tǒng)所應(yīng)用的CANbus總線，技術(shù)成熟可靠，故障率低。并配置了功能強(qiáng)大的維護(hù)診斷軟件，在運(yùn)行中故障排除、設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)易高效。降低了模擬機(jī)的運(yùn)行成本，為學(xué)院的高教機(jī)飛行訓(xùn)練提供了有力支撐。