基于CAN總線飛機常規配電系統通信功能設計

范詩洋

（中航通飛華南飛機工業有限公司，廣東 珠海 519090）

1 前言

隨著數字技術發展，傳統的飛機配電系統配置雖然能滿足飛機機載系統和設備的常規配電需要，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會逐步取代通過斷路器、熔斷器進行控制和保護的傳統常規配電系統[1]。但由于常規配電系統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，需對常規配電系統進行智能化設計。常規配電系統智能化設計重點在于與通訊功能，實現產品本身、保護裝置、控制裝置等狀態自檢，并能將故障狀態通過總線實時上報[2]。

本文基于CAN 總線對通用飛機常規配電系統通訊功能從硬件和軟件兩方面論述常規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傳輸。

2.CAN 總線應用層特點：CAN 總線應用層協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，這保證了當多個節點同時發送信息時優先級低的節點信息會主動退出，保障優先級高的節點正常傳輸數據，減少傳輸過程中多節點間沖突，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 總線常規配電系統通訊功能設計

3.1 CAN 總線通訊硬件設計

CAN 總線硬件通過STM32 開發板自帶的bxCAN 進行硬件編制，在STM32 開發板中CAN 總線通信模塊有三種工作方式，分別是模塊初始化、模塊工作狀態以及模塊休眠狀態。模塊初始狀態禁止接收或發送任何總線報文，通過軟件配置確定是否退出初始化狀態。退出初始化狀態CAN 總線模塊進入工作狀態可正常收發報文信息。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。常規配電系統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

常規配電系統CAN 總線通訊主要包含PBIT、CBIT、離散量狀態上報，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 總線通信飛機常規配電系統硬件設計及軟件規范制定。通過硬件電路設計實現對常規配電系統每路保護裝置、處理器、通訊狀態實時狀態監控，通過軟件規范定義實現狀態異常上報和控制，初步實現飛機常規配電系統智能化。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，在飛機配電系統由傳統模式轉換進入智能化模式過程中一定會有廣泛應用。