邢達波

KAM500機載RS422總線采集模塊關(guān)鍵問題研究

邢達波

邢達波 艾 波 朱 攀

中國飛行試驗研究院

隨著電子科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和機載航電系統(tǒng)的革新，飛機上有大量的數(shù)據(jù)需要傳輸，因此各種各樣的總線技術(shù)隨之孕育而生。在這些機載航電總線中，RS422總線是目前應(yīng)用最廣泛的一種機載總線。通過描述KAM500機載RS422采集模塊的主要特點及通訊反射問題，針對總線采集時容易出現(xiàn)的不同問題，采用各種措施對問題原因進行逐一排除驗證，最后確定其原因所在，本文有助于類似問題的快速定位及排除。

引言

KAM500是性能卓越的模塊式PCM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，符合IRIG-106第十章采集記錄標準，也滿足民用飛機適航標準，已被批準可以應(yīng)用于飛機機載測試設(shè)備系統(tǒng)。KAM500采用全數(shù)字底板（無模擬多路開關(guān)、無模擬量傳輸），避免了通道間的交調(diào)干擾。每個通道獨立A/D模塊能實現(xiàn)真正意義的同步采樣。KAM500數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有各種功能模塊，如：與各種形式傳感器相適應(yīng)的A/D信號調(diào)節(jié)模塊、總線監(jiān)測模塊、固態(tài)記憶存儲及數(shù)據(jù)傳輸模塊等。針對機載RS422總線數(shù)據(jù)的采集，KAM500數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采用的模塊是UAR/002和UAR/102系列。

UAR/002和UAR/102板卡主要區(qū)別和編程設(shè)置

兩種模塊的主要區(qū)別和原理

UAR/002和UAR/102具有四個RS422總線通道的采集模塊，最多能夠設(shè)置126個數(shù)據(jù)塊，每一個數(shù)據(jù)塊的最大長度為511個字節(jié)。每一個數(shù)據(jù)塊，當(dāng)同步頭被確認的時候則采集下來，以數(shù)據(jù)塊的長度或者結(jié)束標志作為數(shù)據(jù)塊采集的結(jié)束標志。

UAR/002和UAR/102模塊主要區(qū)別如表1和圖1。

表1 UAR/002和UAR/102模塊主要區(qū)別

圖1 兩種機載RS422 采集模塊的原理圖

KSM軟件中RS422模塊的設(shè)置方法

在KSM軟件中，針對UAR/002或UAR/102模塊在Channels界面下主要需要設(shè)置以下幾個參數(shù)，如圖2所示。

Channel：即被測的RS422總線是利用板卡中的哪一個通道來進行采集監(jiān)聽；

Baudrate：即被測的RS422總線的通訊波特率；

Bits：數(shù)據(jù)位的個數(shù)（7或8位）；

Parity：校驗方式：三種可選，奇校驗，偶校驗和無校驗。

設(shè)置完以上步驟之后再在Messages的界面下編輯數(shù)據(jù)包名稱，設(shè)置同步頭和數(shù)據(jù)包的長度或者數(shù)據(jù)包的結(jié)束標志，這些設(shè)置根據(jù)被測RS422總線的通訊協(xié)議來確定。

實際試飛中兩種RS422總線信號采集模塊研究

通訊信號反射問題研究

圖2 KSM軟件RS422模塊編程界面

通訊信號的反射主要指信號在傳播過程中通道阻抗發(fā)生變化的點，其電壓發(fā)生了改變導(dǎo)致信號的波形也隨之改變的現(xiàn)象。信號反射與特性阻抗的連續(xù)性和匹配性，通信速率及距離有關(guān)。

在總線特性阻抗不連續(xù)點就會發(fā)生信號的反射。以下幾種情況會產(chǎn)生這種不連續(xù)性：某段通信電纜上有多個收發(fā)器緊靠在一起；通信線路的不同區(qū)段采用了不同特性的電纜；通訊接口芯片不同而導(dǎo)致電氣接口性能不一致。在飛行器試驗中，總線采集線路應(yīng)統(tǒng)一采用一個廠家的雙絞線進行連接，各個節(jié)點的收發(fā)器盡量分散均勻安裝，各個節(jié)點間的引線長度盡量短以便把反射信號對通訊信號的影響降到最低。

從理論上來講在接收數(shù)據(jù)信號的中點進行采樣時，在開始采樣時只要反射信號衰減到足夠低就可以不考慮匹配。當(dāng)信號的轉(zhuǎn)換時間T超過信號沿總線單向傳輸所需時間Ts的3倍以上時就可以不加匹配。公式如下：

上式中：L 為線長， Vt 為傳輸速率。

在實際試飛過程中，對RS422總線通訊一般要使用終端電阻進行匹配，在電纜的遠端并接120Ω 左右的終端電阻。

通訊反射問題對RS422總線信號采集模塊的影響

某直升機采集RS422總線信號采用了UAR/002和UAR/102兩種模塊，課題反映某總線數(shù)據(jù)中間時不時會出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)，在排查線路過程中沒有發(fā)現(xiàn)問題，線路都是統(tǒng)一用的雙絞線，用總線模擬發(fā)生器給KAM500采集系統(tǒng)發(fā)信號，采集的數(shù)據(jù)正常，最后發(fā)現(xiàn)使用UAR/002模塊采集的數(shù)據(jù)都沒有問題，而采用UAR/102模塊采集的數(shù)據(jù)有正確的也有錯誤的，最后定位兩種模塊主要區(qū)別之一就是終端電阻選取的靈活性。

理論上，在短距離傳輸時可以不需要接終端電阻，即一般在300m以下不需要接終端電阻，終端電阻接在傳輸電纜的最遠端。最后，把UAR/102模塊的終端電阻接上后，錯誤數(shù)據(jù)的問題得以解決。原因是出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)的那個通道的信息傳輸量很大，通信速率高造成了信號反射，對正確數(shù)據(jù)造成了干擾。

UAR/102模塊采集單次發(fā)送RS422數(shù)據(jù)出錯問題研究

某直升機兩設(shè)備RS422總線通信中，其數(shù)據(jù)第一次按鈕采集不到數(shù)據(jù)，按第二次才把上次該出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集出來，具體問題如圖3所示。

圖3 兩種采集數(shù)據(jù)曲線對比圖

在解決上述問題過程中遇到了很多難點，首先采集模塊并不是不能接收到數(shù)據(jù)，只是數(shù)據(jù)需要下次按鈕觸發(fā)時才能被采集到，說明雙方協(xié)議沒有問題。其次這個消息塊是一條通道中的一個，其余幾個消息塊數(shù)據(jù)采集正常，所以板卡通道工作正常。

通過地面試驗得知出錯的消息塊和其余幾個正確的消息塊數(shù)據(jù)傳輸方式有所差異，出錯消息塊是事件觸發(fā)性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)只在觸發(fā)時才發(fā)送一次，而采集正確的消息塊數(shù)據(jù)是一直在相互傳遞。之后用手持式RS422模擬器對UAR/002和UAR/102兩種模塊進行試驗，發(fā)現(xiàn)UAR/002模塊能夠采集到RS422總線觸發(fā)性數(shù)據(jù)，而UAR/102模塊對數(shù)據(jù)發(fā)送一次以上時可以正確接收，而當(dāng)總線數(shù)據(jù)只發(fā)送一次時接收不到。實際試飛問題是UAR/002模塊的波特率最高只有115200bps，而這個通信格式的幀格式需要345600bps的波特率，所以只能采用UAR/102模塊。

當(dāng)時提出了兩種解決方案：第一降低機上設(shè)備的波特率，采集模塊換成UAR/002；第二修改機上設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的次數(shù)，當(dāng)按鈕按下時，使數(shù)據(jù)重復(fù)傳送幾次。由于試飛工作量的問題，沒有實施這兩種方案。鑒于實際試飛情況，分析兩種模塊為什么會出現(xiàn)這么大的差別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)UAR/102模塊升級了波特率的同時還增加了一個大小為2K是FIFO緩存器，正是由于增加了FIFO緩存器，造成了當(dāng)通信數(shù)據(jù)只發(fā)送一次的時候，KAM500采集器采集不到數(shù)據(jù)。經(jīng)過多次試驗，原因是當(dāng)時使用的Ksetup1.8版本沒有針對這個變化升級軟件，KSM軟件在Ksetup1.12版本中完善了由于FIFO緩存器造成的漏洞。

總結(jié)

RS422 總線通訊是一種常用的機載總線技術(shù)，通過介紹KAM500兩種采集模塊的特點，在實際試飛中可以正確地選擇所需要的采集模塊。通過深入了解兩種采集模塊的使用方法和限定條件及機載RS422總線采集過程遇到的問題，可以盡快確定問題解決方案并及時保證試飛要求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.029