CANbus總線在新舟600全飛行模擬機接口系統中的應用

胡軍

摘要： 本文簡述了CANbus總線在新舟600模擬機接口系統中的應用以及其故障診斷技術。

關鍵詞：新舟600模擬機，CANbus總線，接口，CANbus接口故障診斷

新舟600飛機是西安飛機公司開發的新一代支線客機，我院（中國民航飛行學院）在2008年引進了該機型作為高教機，同時，也向加拿大Mechtronix System Inc.（以下簡稱MSI）公司訂購了該型機的模擬機作為配套訓練設施。MSI公司作為國際模擬機制造業的新興力量，創新性地將成熟的民用技術應用于模擬機系統，極大地降低了模擬機的制造成本和運行成本，也降低了模擬機運行維護的技術難度。本文所述的應用于新舟600模擬機基于CANbus總線技術的接口系統，即是近十多年廣泛運用于工業領域的成熟的技術。

CANbus總線全稱為Controller Area Network ， 即控制器局域網， 該技術最早是由德國BOSCH公司推出，是目前國際上應用最廣泛的現場總線之一 ， 從最初的汽車領域不斷向機械工業、機器人、數控機床、醫療機械及傳感器等諸多領域發展 ， 到通過對CANbus技術進行了標準化規定后， 使其適合在民用飛機上使用。

現在廣泛應用的CANbus 2.0b是基于ISO11898標準的一種線性，多點雙向的串行數據總線。它的簡略結構如圖一

CANbus總線具有以下幾個主要特點：1.數據傳輸的可靠性高，其節點在接受數據出錯時具有自動關閉總線的功能，切斷與總線的聯系，使總線上其他設備的信息收發不受影響。2.數據在CANbus總線上傳輸速率快，在40米內數據傳輸速率可達1Mbit/s。數據傳輸距離也很長，最長可達10KM。3. CANbus總線提供服務的設備容量大。

模擬機的接口系統是將模擬機座艙中的眾多離散量輸入，如電門狀態、CB通斷、旋鈕位置等進行接收、編碼并轉發給主計算機。在獲得主計算機的反饋后，驅動相應設備，以模擬真實飛機座艙中設備響應的系統。因此，模擬機接口對數據傳輸速度、總線容錯率、總線掛接設備的容量等有著較高要求。CANbus總線的性能、特點使它能充分滿足模擬機接口系統對數據傳輸的要求。

新舟600模擬機接口系統中CANbus總線與主計算機通過PCI-CAN接口卡進行接口。主計算機有兩個接口卡，共產生四個CANbus通道，每個通道都有著相同的結構，唯一區別是總線上掛接控制器數量的不同。CANbus通道的結構如圖二。

新舟600的四個CANbus通道分別負責模擬機座艙中不同設備的數據采集、傳輸、驅動任務。

CC0（CANbus channel 0）：負責座艙頭頂板的各類電門、信號牌。CC1（CANbus channel 1）：負責座艙前儀表板和遮光板設備、座艙 通風和煙霧活門接口控制盒。

CC2（CANbus channel 2）： 負責中央操縱臺、備用羅盤、大功率模擬電路接口盒

CC3（CANbus channel 3）： 負責教員臺和左右座操縱臺面板。

新舟600的CANbus總線還應用了總線條（Busbar）的技術，掛接在CANbus總線上的總線條（Busbar）作為二級總線，由單獨的電源提供24V直流供電，每個總線條（Busbar）可下接四個節點控制器，總線條（Busbar）與下接的節點控制器可數據、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、安裝設備?？偩€條（Busbar）可安裝在空間較大的地方，而下接的節點控制器可嵌入式、分布式地與座艙設備、面板安裝在一起。

節點控制器如圖3：

一個最小的節點控制器由一個母板組成，如果母板的輸入輸出能力滿足不了它所負責的設備的需要，還可以在母板的擴展插槽上插接最多8個子板，以擴展此節點的輸入輸出能力。每個節點控制器中的母板、子板以嵌入的方式與座艙設備硬件連接。

節點控制器中的母板類型主要有兩種：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。

模擬機在運行過程中，接口系統相對其他系統故障較為高發，同時接口設備又是與飛行員直接接觸的設備，當接口設備發生故障時，可導致飛行員在訓練中判斷錯誤，劣化訓練質量，嚴重時可能中斷訓練。因此，新舟600模擬機建立了完善的故障檢測原則，如圖

新舟600模擬機的故障檢測原則是秉著先進行軟件檢測再CANbus接口檢測最后座艙硬件設備檢測的三步原則?？捎行У貙⒁恍┸浖收吓c硬件故障隔離開來，提高了排故的效率。

新舟600模擬機在軟件和數據結構設計時建立了變量映射文件IO_def，它在接口故障診斷維護工作中起著很大的作用。首先它是一個變量名列表，它為接口系統處理和傳輸的離散量輸入和輸出定義了變量名，以供主計算機識別和處理。如圖五：

它又是節點一個映射列表，定義了CANbu總線上每一通道中每個節點的地址和節點名。如圖六：

當模擬機的接口系統有故障發生時，我們就可以先調用軟件Debug mode 進行檢測。它的實質是通過telnet登錄到主計算機simhost，并使用一些指令進行故障檢測。常用的指令有：S 變量名（查找變量名）；W變量名 值（設變量名的值）；R變量名 值（讀變量名的值）；Cal 變量名（校準某一變量） 等等。

模擬機上的一些指示器、動作手柄等常會指示錯誤或動作手柄控制的設備無反應等等故障發生，這常常是由于該離散量對應的變量值發生了漂移，通常不會有硬件失效，只需要用Cal指令校準該變量值，并把它存入校準文件Cal.dat就可以排除該故障。

當CANbus通訊故障時，就可以用CANsniffer來進行檢測。它主要在兩個方面供維護人員診斷故障維護CANbus網絡：

1. CANsniffer可以輪流向CANbus通道所有節點發出詢問看它們是否應答，將沒有應答的節點列出，供維護人員定位故障點。

2. 在更換了I/O設備硬件后可供維護人員配置節點控制器。

在使用了軟件Debug mode 、CANsniffer定位到某一節點有故障時，就可以使用故障檢測原則的第二步Direct mode。這一步驟是CANbus接點的硬件檢測，具體方法就是將已定位到的故障節點控制器取下并在維修工作臺上單獨給它提供24V供電，用RS232電纜將此節點控制器連接到超級終端進行檢測或設置。確定是硬件失效后，就可更換此硬件設備，恢復飛行訓練。

新舟600模擬機輸入輸出系統所應用的CANbus總線，技術成熟可靠，故障率低。并配置了功能強大的維護診斷軟件，在運行中故障排除、設備維護簡易高效。降低了模擬機的運行成本，為學院的高教機飛行訓練提供了有力支撐。