Canbus总线在新舟600模拟机接口系统中的应用

 关键词：新舟600模拟机，Canbus总线，接口
概述:本文简述了Canbus总线在新舟600模拟机接口系统中的应用以及其故障诊断技术。
新舟600飞机是西安飞机公司开发的新一代支线客机，我院（中国民航飞行学院）在2008年引进了该机型作为高教机，同时，也向加拿大Mechtronix System Inc.（以下简称MSI）公司订购了该型机的模拟机作为配套训练设施。MSI公司作为国际模拟机制造业的新兴力量，创新性地将成熟的民用技术应用于模拟机系统，极大地降低了模拟机的制造成本和运行成本，也降低了模拟机运行维护的技术难度。本文所述的应用于新舟600模拟机基于CANbus总线技术的接口系统，即是近十多年广泛运用于工业领域的成熟的技术。
CANbus总线全称为Controller Area Network , 即控制器局域网, 该技术最早是由德国BOSCH公司推出，是目前国际上应用最广泛的现场总线之一 , 从最初的汽车领域不断向机械工业、机器人、数控机床、医疗机械及传感器等诸多领域发展 , 到通过对CANbus技术进行了标准化规定后, 使其适合在民用飞机上使用。
现在广泛应用的CANbus 2.0b是基于ISO11898标准的一种线性，多点双向的串行数据总线。它的简略结构如图一

CANbus总线具有以下几个主要特点：1.数据传输的可靠性高，其节点在接受数据出错时具有自动关闭总线的功能，切断与总线的联系，使总线上其他设备的信息收发不受影响。2.数据在CANbus总线上传输速率快，在40米内数据传输速率可达1Mbit/s。数据传输距离也很长，最长可达10KM。3. CANbus总线提供服务的设备容量大。
模拟机的接口系统是将模拟机座舱中的众多离散量输入，如电门状态、CB通断、旋钮位置等进行接收、编码并转发给主计算机。在获得主计算机的反馈后，驱动相应设备，以模拟真实飞机座舱中设备响应的系统。因此，模拟机接口对数据传输速度、总线容错率、总线挂接设备的容量等有着较高要求。CANbus总线的性能、特点使它能充分满足模拟机接口系统对数据传输的要求。
新舟600模拟机接口系统中CANbus总线与主计算机通过PCI-CAN接口卡进行接口。主计算机有两个接口卡，共产生四个CANbus通道，每个通道都有着相同的结构，唯一区别是总线上挂接控制器数量的不同。CANbus通道的结构如图二。

新舟600的四个CANbus通道分别负责模拟机座舱中不同设备的数据采集、传输、驱动任务。
CC0(CANbus channel 0):负责座舱头顶板的各类电门、信号牌。CC1(CANbus channel 1):负责座舱前仪表板和遮光板设备、座舱 通风和烟雾活门接口控制盒。
CC2(CANbus channel 2): 负责中央操纵台、备用罗盘、大功率模拟电路接口盒
CC3(CANbus channel 3): 负责教员台和左右座操纵台面板。
新舟600的CANbus总线还应用了总线条（Busbar）的技术，挂接在CANbus总线上的总线条（Busbar）作为二级总线，由单独的电源提供24V直流供电，每个总线条（Busbar）可下接四个节点控制器，总线条（Busbar）与下接的节点控制器可数据、电源共线。这样就更加减少了布线量，可更加灵活地在有限的座舱空间布置、安装设备。总线条（Busbar）可安装在空间较大的地方，而下接的节点控制器可嵌入式、分布式地与座舱设备、面板安装在一起。
节点控制器如图3:

一个最小的节点控制器由一个母板组成，如果母板的输入输出能力满足不了它所负责的设备的需要，还可以在母板的扩展插槽上插接最多8个子板，以扩展此节点的输入输出能力。每个节点控制器中的母板、子板以嵌入的方式与座舱设备硬件连接。
节点控制器中的母板类型主要有两种：通用母板和模拟量母板。它们虽然有不同的用途，但都有相同的特性：都是24V直流供电、16位输入，8位输出、都可连接子板。子板的类型主要有通用16位DIO子板、CB阵列子板、LED显示子板、通用16位大功率DIO子板等，它们必须与母板共同工作。
模拟机在运行过程中，接口系统相对其他系统故障较为高发，同时接口设备又是与飞行员直接接触的设备，当接口设备发生故障时，可导致飞行员在训练中判断错误，劣化训练质量，严重时可能中断训练。因此，新舟600模拟机建立了完善的故障检测原则，如图

新舟600模拟机的故障检测原则是秉着先进行软件检测再CANbus接口检测最后座舱硬件设备检测的三步原则。可有效地将一些软件故障与硬件故障隔离开来，提高了排故的效率。
新舟600模拟机在软件和数据结构设计时建立了变量映射文件IO_def，它在接口故障诊断维护工作中起着很大的作用。首先它是一个变量名列表，它为接口系统处理和传输的离散量输入和输出定义了变量名，以供主计算机识别和处理。如图五：

它又是节点一个映射列表，定义了CANbu总线上每一通道中每个节点的地址和节点名。如图六：

当模拟机的接口系统有故障发生时，我们就可以先调用软件Debug mode 进行检测。它的实质是通过telnet登录到主计算机simhost,并使用一些指令进行故障检测。常用的指令有：S 变量名（查找变量名）；W变量名 值（设变量名的值）；R变量名 值（读变量名的值）；Cal 变量名(校准某一变量) 等等。
模拟机上的一些指示器、动作手柄等常会指示错误或动作手柄控制的设备无反应等等故障发生，这常常是由于该离散量对应的变量值发生了漂移，通常不会有硬件失效，只需要用Cal指令校准该变量值，并把它存入校准文件Cal.dat就可以排除该故障。
当CANbus通讯故障时，就可以用CANsniffer来进行检测。它主要在两个方面供维护人员诊断故障维护CANbus网络：
1. CANsniffer可以轮流向CANbus通道所有节点发出询问看它们是否应答，将没有应答的节点列出，供维护人员定位故障点。
2. 在更换了I/O设备硬件后可供维护人员配置节点控制器。
在使用了软件Debug mode 、CANsniffer定位到某一节点有故障时，就可以使用故障检测原则的第二步Direct mode。这一步骤是CANbus接点的硬件检测，具体方法就是将已定位到的故障节点控制器取下并在维修工作台上单独给它提供24V供电，用RS232电缆将此节点控制器连接到超级终端进行检测或设置。确定是硬件失效后，就可更换此硬件设备，恢复飞行训练。
新舟600模拟机输入输出系统所应用的CANbus总线，技术成熟可靠，故障率低。并配置了功能强大的维护诊断软件，在运行中故障排除、设备维护简易高效。降低了模拟机的运行成本，为学院的高教机飞行训练提供了有力支撑。