邢達(dá)波

KAM500機(jī)載RS422總線采集模塊關(guān)鍵問(wèn)題研究

邢達(dá)波

邢達(dá)波 艾 波 朱 攀

中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院

隨著電子科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和機(jī)載航電系統(tǒng)的革新，飛機(jī)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(jī)載航電總線中，RS422總線是目前應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)載總線。通過(guò)描述KAM500機(jī)載RS422采集模塊的主要特點(diǎn)及通訊反射問(wèn)題，針對(duì)總線采集時(shí)容易出現(xiàn)的不同問(wèn)題，采用各種措施對(duì)問(wèn)題原因進(jìn)行逐一排除驗(yàn)證，最后確定其原因所在，本文有助于類似問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)，也滿足民用飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)，已被批準(zhǔn)可以應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)載測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)。KAM500采用全數(shù)字底板（無(wú)模擬多路開關(guān)、無(wú)模擬量傳輸），避免了通道間的交調(diào)干擾。每個(gè)通道獨(dú)立A/D模塊能實(shí)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(hào)調(diào)節(jié)模塊、總線監(jiān)測(cè)模塊、固態(tài)記憶存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)傳輸模塊等。針對(duì)機(jī)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(gè)RS422總線通道的采集模塊，最多能夠設(shè)置126個(gè)數(shù)據(jù)塊，每一個(gè)數(shù)據(jù)塊的最大長(zhǎng)度為511個(gè)字節(jié)。每一個(gè)數(shù)據(jù)塊，當(dāng)同步頭被確認(rèn)的時(shí)候則采集下來(lái)，以數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度或者結(jié)束標(biāo)志作為數(shù)據(jù)塊采集的結(jié)束標(biāo)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(jī)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(duì)UAR/002或UAR/102模塊在Channels界面下主要需要設(shè)置以下幾個(gè)參數(shù)，如圖2所示。

Channel：即被測(cè)的RS422總線是利用板卡中的哪一個(gè)通道來(lái)進(jìn)行采集監(jiān)聽；

Baudrate：即被測(cè)的RS422總線的通訊波特率；

Bits：數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)（7或8位）；

Parity：校驗(yàn)方式：三種可選，奇校驗(yàn)，偶校驗(yàn)和無(wú)校驗(yàn)。

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(zhǎng)度或者數(shù)據(jù)包的結(jié)束標(biāo)志，這些設(shè)置根據(jù)被測(cè)RS422總線的通訊協(xié)議來(lái)確定。

實(shí)際試飛中兩種RS422總線信號(hào)采集模塊研究

通訊信號(hào)反射問(wèn)題研究

圖2 KSM軟件RS422模塊編程界面

通訊信號(hào)的反射主要指信號(hào)在傳播過(guò)程中通道阻抗發(fā)生變化的點(diǎn)，其電壓發(fā)生了改變導(dǎo)致信號(hào)的波形也隨之改變的現(xiàn)象。信號(hào)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(diǎn)就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射。以下幾種情況會(huì)產(chǎn)生這種不連續(xù)性：某段通信電纜上有多個(gè)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(yàn)中，總線采集線路應(yīng)統(tǒng)一采用一個(gè)廠家的雙絞線進(jìn)行連接，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)器盡量分散均勻安裝，各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的引線長(zhǎng)度盡量短以便把反射信號(hào)對(duì)通訊信號(hào)的影響降到最低。

從理論上來(lái)講在接收數(shù)據(jù)信號(hào)的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí)，在開始采樣時(shí)只要反射信號(hào)衰減到足夠低就可以不考慮匹配。當(dāng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間T超過(guò)信號(hào)沿總線單向傳輸所需時(shí)間Ts的3倍以上時(shí)就可以不加匹配。公式如下：

上式中：L 為線長(zhǎng)， Vt 為傳輸速率。

在實(shí)際試飛過(guò)程中，對(duì)RS422總線通訊一般要使用終端電阻進(jìn)行匹配，在電纜的遠(yuǎn)端并接120Ω 左右的終端電阻。

通訊反射問(wèn)題對(duì)RS422總線信號(hào)采集模塊的影響

某直升機(jī)采集RS422總線信號(hào)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(shí)不時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，在排查線路過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(hào)，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(méi)有問(wèn)題，而采用UAR/102模塊采集的數(shù)據(jù)有正確的也有錯(cuò)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(shí)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(yuǎn)端。最后，把UAR/102模塊的終端電阻接上后，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的問(wèn)題得以解決。原因是出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的那個(gè)通道的信息傳輸量很大，通信速率高造成了信號(hào)反射，對(duì)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(cuò)問(wèn)題研究

某直升機(jī)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(lái)，具體問(wèn)題如圖3所示。

圖3 兩種采集數(shù)據(jù)曲線對(duì)比圖

在解決上述問(wèn)題過(guò)程中遇到了很多難點(diǎn)，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(shí)才能被采集到，說(shuō)明雙方協(xié)議沒(méi)有問(wèn)題。其次這個(gè)消息塊是一條通道中的一個(gè)，其余幾個(gè)消息塊數(shù)據(jù)采集正常，所以板卡通道工作正常。

通過(guò)地面試驗(yàn)得知出錯(cuò)的消息塊和其余幾個(gè)正確的消息塊數(shù)據(jù)傳輸方式有所差異，出錯(cuò)消息塊是事件觸發(fā)性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)只在觸發(fā)時(shí)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(duì)UAR/002和UAR/102兩種模塊進(jìn)行試驗(yàn)，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(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送一次以上時(shí)可以正確接收，而當(dāng)總線數(shù)據(jù)只發(fā)送一次時(shí)接收不到。實(shí)際試飛問(wèn)題是UAR/002模塊的波特率最高只有115200bps，而這個(gè)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(shí)提出了兩種解決方案：第一降低機(jī)上設(shè)備的波特率，采集模塊換成UAR/002；第二修改機(jī)上設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的次數(shù)，當(dāng)按鈕按下時(shí)，使數(shù)據(jù)重復(fù)傳送幾次。由于試飛工作量的問(wèn)題，沒(méi)有實(shí)施這兩種方案。鑒于實(shí)際試飛情況，分析兩種模塊為什么會(huì)出現(xiàn)這么大的差別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)UAR/102模塊升級(jí)了波特率的同時(shí)還增加了一個(gè)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(shí)候，KAM500采集器采集不到數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，原因是當(dāng)時(shí)使用的Ksetup1.8版本沒(méi)有針對(duì)這個(gè)變化升級(jí)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(jī)載總線技術(shù)，通過(guò)介紹KAM500兩種采集模塊的特點(diǎn)，在實(shí)際試飛中可以正確地選擇所需要的采集模塊。通過(guò)深入了解兩種采集模塊的使用方法和限定條件及機(jī)載RS422總線采集過(guò)程遇到的問(wèn)題，可以盡快確定問(wèn)題解決方案并及時(shí)保證試飛要求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.029