KAM500机载RS422总线采集模块关键问题研究

2015-11-16邢达波

中国科技信息 2015年2期

关键词：波特率通讯总线

邢达波

邢达波

邢达波艾波朱攀

中国飞行试验研究院

随着电子科学技术产业的发展和机载航电系统的革新，飞机上有大量的数据需要传输，因此各种各样的总线技术随之孕育而生。在这些机载航电总线中，RS422总线是目前应用最广泛的一种机载总线。通过描述KAM500机载RS422采集模块的主要特点及通讯反射问题，针对总线采集时容易出现的不同问题，采用各种措施对问题原因进行逐一排除验证，最后确定其原因所在，本文有助于类似问题的快速定位及排除。

引言

KAM500是性能卓越的模块式PCM数据采集系统，符合IRIG-106第十章采集记录标准，也满足民用飞机适航标准，已被批准可以应用于飞机机载测试设备系统。KAM500采用全数字底板（无模拟多路开关、无模拟量传输），避免了通道间的交调干扰。每个通道独立A/D模块能实现真正意义的同步采样。KAM500数据采集系统具有各种功能模块，如：与各种形式传感器相适应的A/D信号调节模块、总线监测模块、固态记忆存储及数据传输模块等。针对机载RS422总线数据的采集，KAM500数据采集系统所采用的模块是UAR/002和UAR/102系列。

UAR/002和UAR/102板卡主要区别和编程设置

两种模块的主要区别和原理

UAR/002和UAR/102具有四个RS422总线通道的采集模块，最多能够设置126个数据块，每一个数据块的最大长度为511个字节。每一个数据块，当同步头被确认的时候则采集下来，以数据块的长度或者结束标志作为数据块采集的结束标志。

UAR/002和UAR/102模块主要区别如表1和图1。

表1 UAR/002和UAR/102模块主要区别

图1 两种机载RS422 采集模块的原理图

KSM软件中RS422模块的设置方法

在KSM软件中，针对UAR/002或UAR/102模块在Channels界面下主要需要设置以下几个参数，如图2所示。

Channel：即被测的RS422总线是利用板卡中的哪一个通道来进行采集监听；

Baudrate：即被测的RS422总线的通讯波特率；

Bits：数据位的个数（7或8位）；

Parity：校验方式：三种可选，奇校验，偶校验和无校验。

设置完以上步骤之后再在Messages的界面下编辑数据包名称，设置同步头和数据包的长度或者数据包的结束标志，这些设置根据被测RS422总线的通讯协议来确定。

实际试飞中两种RS422总线信号采集模块研究

通讯信号反射问题研究

图2 KSM软件RS422模块编程界面

通讯信号的反射主要指信号在传播过程中通道阻抗发生变化的点，其电压发生了改变导致信号的波形也随之改变的现象。信号反射与特性阻抗的连续性和匹配性，通信速率及距离有关。

在总线特性阻抗不连续点就会发生信号的反射。以下几种情况会产生这种不连续性：某段通信电缆上有多个收发器紧靠在一起；通信线路的不同区段采用了不同特性的电缆；通讯接口芯片不同而导致电气接口性能不一致。在飞行器试验中，总线采集线路应统一采用一个厂家的双绞线进行连接，各个节点的收发器尽量分散均匀安装，各个节点间的引线长度尽量短以便把反射信号对通讯信号的影响降到最低。

从理论上来讲在接收数据信号的中点进行采样时，在开始采样时只要反射信号衰减到足够低就可以不考虑匹配。当信号的转换时间T超过信号沿总线单向传输所需时间Ts的3倍以上时就可以不加匹配。公式如下：

上式中：L 为线长， Vt 为传输速率。

在实际试飞过程中，对RS422总线通讯一般要使用终端电阻进行匹配，在电缆的远端并接120Ω 左右的终端电阻。

通讯反射问题对RS422总线信号采集模块的影响

某直升机采集RS422总线信号采用了UAR/002和UAR/102两种模块，课题反映某总线数据中间时不时会出现错误数据，在排查线路过程中没有发现问题，线路都是统一用的双绞线，用总线模拟发生器给KAM500采集系统发信号，采集的数据正常，最后发现使用UAR/002模块采集的数据都没有问题，而采用UAR/102模块采集的数据有正确的也有错误的，最后定位两种模块主要区别之一就是终端电阻选取的灵活性。

理论上，在短距离传输时可以不需要接终端电阻，即一般在300m以下不需要接终端电阻，终端电阻接在传输电缆的最远端。最后，把UAR/102模块的终端电阻接上后，错误数据的问题得以解决。原因是出现错误数据的那个通道的信息传输量很大，通信速率高造成了信号反射，对正确数据造成了干扰。

UAR/102模块采集单次发送RS422数据出错问题研究

某直升机两设备RS422总线通信中，其数据第一次按钮采集不到数据，按第二次才把上次该出现的数据采集出来，具体问题如图3所示。

图3 两种采集数据曲线对比图

在解决上述问题过程中遇到了很多难点，首先采集模块并不是不能接收到数据，只是数据需要下次按钮触发时才能被采集到，说明双方协议没有问题。其次这个消息块是一条通道中的一个，其余几个消息块数据采集正常，所以板卡通道工作正常。

通过地面试验得知出错的消息块和其余几个正确的消息块数据传输方式有所差异，出错消息块是事件触发性数据，数据只在触发时才发送一次，而采集正确的消息块数据是一直在相互传递。之后用手持式RS422模拟器对UAR/002和UAR/102两种模块进行试验，发现UAR/002模块能够采集到RS422总线触发性数据，而UAR/102模块对数据发送一次以上时可以正确接收，而当总线数据只发送一次时接收不到。实际试飞问题是UAR/002模块的波特率最高只有115200bps，而这个通信格式的帧格式需要345600bps的波特率，所以只能采用UAR/102模块。

当时提出了两种解决方案：第一降低机上设备的波特率，采集模块换成UAR/002；第二修改机上设备发送数据的次数，当按钮按下时，使数据重复传送几次。由于试飞工作量的问题，没有实施这两种方案。鉴于实际试飞情况，分析两种模块为什么会出现这么大的差别，结果发现UAR/102模块升级了波特率的同时还增加了一个大小为2K是FIFO缓存器，正是由于增加了FIFO缓存器，造成了当通信数据只发送一次的时候，KAM500采集器采集不到数据。经过多次试验，原因是当时使用的Ksetup1.8版本没有针对这个变化升级软件，KSM软件在Ksetup1.12版本中完善了由于FIFO缓存器造成的漏洞。