范詩洋

（中航通飛華南飛機工業(yè)有限公司，廣東 珠海 519090）

1 前言

隨著數字技術發(fā)展，傳統(tǒng)的飛機配電系統(tǒng)配置雖然能滿足飛機機載系統(tǒng)和設備的常規(guī)配電需要，但隨著飛機多電和全電化趨勢不斷增長，因此通過SSPC 進行控制和保護的智能配電系統(tǒng)會逐步取代通過斷路器、熔斷器進行控制和保護的傳統(tǒng)常規(guī)配電系統(tǒng)[1]。但由于常規(guī)配電系統(tǒng)技術可靠性相對較高，短時間內無法完全取代，因此為實現飛機智能配電系統(tǒng)，需對常規(guī)配電系統(tǒng)進行智能化設計。常規(guī)配電系統(tǒng)智能化設計重點在于與通訊功能，實現產品本身、保護裝置、控制裝置等狀態(tài)自檢，并能將故障狀態(tài)通過總線實時上報[2]。

本文基于CAN 總線對通用飛機常規(guī)配電系統(tǒng)通訊功能從硬件和軟件兩方面論述常規(guī)配電盒通訊功能的實現。

2 CAN 總線簡介

2.1 CAN 總線特點

CAN 總線結構劃分為物理層、應用層以及數據鏈路三部分，是一種有較好分布式控制和實時性的串行通信網絡。相較于其他常用通信網絡，CAN 總線具有以下特點：

1.CAN 總線物理層特點：CAN 總線傳輸速率范圍較廣，范圍能達從5kbps 到1Mbps，并且最遠傳輸距離能達到10km。傳輸介質有光纜、雙絞線、同軸線等，常用傳輸介質多為雙絞屏蔽線。并且采用差分信號雙余度傳輸方式，這種傳輸方式有較高的可靠性，單邊出故障時可用備份通道持續(xù)傳輸。

2.CAN 總線應用層特點：CAN 總線應用層協(xié)議可以根據客戶的實際需求自主定義，目前在汽車領域、工業(yè)制造以及航空航天等領域已形成CAL、CANOpen、CANKingdom等多種主流應用層協(xié)議[3]。

3.CAN 總線數據鏈路層特點：CAN 總線數據鏈路層可實現任意時刻向通信網絡中發(fā)送信息，并且不同信息之間無主次之分，使得整個使用CAN 總線通信變得更加靈活。同時CAN 總線采用非破壞性仲裁技術，這保證了當多個節(jié)點同時發(fā)送信息時優(yōu)先級低的節(jié)點信息會主動退出，保障優(yōu)先級高的節(jié)點正常傳輸數據，減少傳輸過程中多節(jié)點間沖突，降低仲裁時間。由于采用短幀通訊結構，使其傳輸速率高，傳輸過程中手干擾改率降低，并且每幀數據都有循環(huán)冗余碼校驗，講題出錯率，大大增加通信傳輸的可靠性。

2.2 CAN 總線與ARINC429 總線的比較

目前，在民用航空系統(tǒng)中運用較為廣泛的總線通信有兩種，分別是ARINC429 總線和CAN總線，表1 對這兩種航空總線進行了比較。

表1 ARINC429 總線和CAN總線

圖1 “點對點”通信的仲裁域標識符格式

表2 PBIT上報

結合CAN 總線特點及以上比較可以看出，相較CAN 總線429 總線在總線通信傳輸過程中傳輸速率慢，所需電線電纜數量較多。由于429 總線不是集中控制，多采用點對點傳輸方式，減少其他干擾提高傳輸可靠性；CAN 總線數據傳輸較429 總線相比傳輸速率快，并且可實現分布控制，有較高實時性，可靠性高[4-5]。

3 基于CAN 總線常規(guī)配電系統(tǒng)通訊功能設計

3.1 CAN 總線通訊硬件設計

CAN 總線硬件通過STM32 開發(fā)板自帶的bxCAN 進行硬件編制，在STM32 開發(fā)板中CAN 總線通信模塊有三種工作方式，分別是模塊初始化、模塊工作狀態(tài)以及模塊休眠狀態(tài)。模塊初始狀態(tài)禁止接收或發(fā)送任何總線報文，通過軟件配置確定是否退出初始化狀態(tài)。退出初始化狀態(tài)CAN 總線模塊進入工作狀態(tài)可正常收發(fā)報文信息。睡眠模式是通過CAN_MAR 寄存器INRQ 位和SLEEP 位置同時控制。需要注意的是在硬件設計過程中為避免產生單一節(jié)點芯片故障影響整個通訊網絡正常通信工作，需對CANH 和CANL之間進行隔離保護。同時考慮CAN 總線遠距離傳播以及飛機電磁兼容特性，需在總線端口處做防雷設計。

3.2 CAN 總線通訊軟件規(guī)范制定

CAN 總線數據幀可分為標準幀和擴展幀兩類，數據幀由幀起始、仲裁域、控制域、數據域、CRC 域、ACK 域和幀結束七個位域組成，ARINC825-2 規(guī)范采用擴展幀格式傳輸所有的數據，并提供多種網絡層應用，以支持“一對多”和“點對點”的通信方式。常規(guī)配電系統(tǒng)CAN 總線通訊通常為“點對點”的通信方式，“點對點”通信的仲裁域標識符格式如圖1所示。

圖1 測定儀示意圖

常規(guī)配電系統(tǒng)CAN 總線通訊主要包含PBIT、CBIT、離散量狀態(tài)上報，采用“點對點”上報模式，結合“點對點”通信的仲裁標識符格式確定每幀數據內容，確認仲裁域后需規(guī)范控制域和確定數據域。此處以PBIT 為例見表2 確定每幀數據的具體內容。

4 結論

本文介紹了基于CAN 總線通信飛機常規(guī)配電系統(tǒng)硬件設計及軟件規(guī)范制定。通過硬件電路設計實現對常規(guī)配電系統(tǒng)每路保護裝置、處理器、通訊狀態(tài)實時狀態(tài)監(jiān)控，通過軟件規(guī)范定義實現狀態(tài)異常上報和控制，初步實現飛機常規(guī)配電系統(tǒng)智能化。由于CAN 總線傳輸速率相對較快，實時性高，并且技術難度和成本性對較低。隨著機電子系統(tǒng)的功能綜合管理和數據實時性控制，CAN 總線作為支持分布式控制和實時控制的通信網絡，在飛機配電系統(tǒng)由傳統(tǒng)模式轉換進入智能化模式過程中一定會有廣泛應用。