基于ARINC429总线的某型机载设备便携式检测设备

周胜明，赵育良

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

基于ARINC429总线的某型机载设备便携式检测设备

周胜明，赵育良

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

针对特定某种机载设备ARINC429总线通信状态的监测需求，设计了一种便携式检测设备。为了减小体积与重量，达到设计目标要求，该系统以PC/104嵌入式工业控制计算机结合ZHHK429-PC104-Plus429通信板卡为核心实现。文章描述了系统硬件的组成及原理，分析了软件结构及板卡的初始化、总线数据接收及发送的方法。经测试，该系统实时性好，可靠性高，可有效满足特定机载设备的状态监测及维护的需要。

ARINC429总线；总线监测；机载设备

特设专业某型机载设备采用ARINC429总线数据端口[1-2]实现与上位机的通信，一方面接收并执行上位机的操作指令，另一方面回报机载设备的工作状态。为了实现对机载设备的状态监测，分析其总线数据，掌握机载设备的工作过程，实现故障定位并及时排除等，对该机载设备的ARINC429总线数据的模拟发送及实时采集与分析显得尤为重要。为了减小体积达到便携，并提高实时性，提出了一种基于PC/104嵌入式工业控制计算机及其ARINC429接口卡的便携式检测设备，该设备通过预置的机载设备总线数据协议，可实现设备端口的实时通讯，发送信息及指令的同时，采集设备故障信息，为航空机载特种设备的日常使用与维护提供一种更加高效快捷的辅助手段。

1 系统需求分析

为增强对机载特种设备状态监测的适应性和实时性，该系统需挂接在总线的某一端与特定的机载电子设备相连，完成指令和信息的发送与采集。地勤维护人员通过查看发送和采集的特定数据，根据预置的协议和控制指令，判断相应机载设备的状态，得到相应的故障信息及处置方法。该系统需具备以下功能：

1）形成符合ARINC429总线数据规范的通信机制；

2）根据被测设备选定预置的机载电子设备，并模拟仿真各机载设备之间的数据通信；

3）发送数据的手动修改、自动编码及显示；

4）接收数据的解析与显示；

5）控制字的在线修改；

6）通过对总线数据综合分析，显示机载设备状态及故障信息，并提供故障排除方法；

7）系统自检。

2 系统总体设计

2.1 ARINC429航空总线简介

ARINC429总线采用双绞屏蔽线作为传输介质，数据采用双极性归零码调制，ARINC429总线数据传输采用广播传输原理，按开环进行传输，结构简单，性能稳定，抗干扰性强，最大的优势在于可靠性高，我国与之对应的标准是HB6096-SZ-01[3]。ARINC429总线协议标准规定了总线不仅可以完成数据信息的多路传输，实现数据和资源信息的共享，而且还能减轻系统的重量，并保证所有连接到总线上的分系统能使用一致的数据库，最大限度地实现了资源的交互性。ARINC429总线有2种传输速率：一种为低速的12.5 kbit/s[4]，一种为高速的 100 kbit/s[5]。

2.2 ARINC429总线数据字格式

ARINC429总线所传输的每帧数据由32位组成，字与字之间加上4位零电平静寂间隔时间。由32位组成的数据字通常包括5个部分：奇偶校验位、标志位、符号/状态位、数据位及源/目的标识码，见图1。

如果ARINC429总线需要进行数据字的发送，其发送次序依次为：标志位、源/目的识别位、数据位、符号/状态位、奇偶校验位。其中，标志位的数据字发送顺序与其它位不同，它是由高位到低位。

2.3 ARINC429总线数据电气特性

由于ARINC429总线采用一对双绞屏蔽线作为通信介质且单向信息传输，所以在信息传输的过程中几乎不存在信息失真。在使用时，电缆线的端点需做屏蔽接地处理。ARINC429总线采用双极性归零码编码的工作方式进行数据调制及传输，其调制电平信号有3 种：“HI”（高电平）、“L0”（低电平）、“NULL”（零电平），信号电压范围在-5 V到+5 V之间。

2.4 系统硬件设计

为了达到便携的设计要求，系统采用自制机箱，以PC104-Plus标准的嵌入式工控计算机为核心构建，利用ZHHK429-PC104-Plus板卡，辅以10英寸工业级触控彩色显示屏及键盘鼠标等输入设备，构成了一款结构简单、可靠性高的ARINC429总线的便携式仿真与采集仪。系统体积小、重量轻、功耗小，可更好地满足便携式装置设备体积及重量需求。利用ZHHK429-PC104-Plus板卡，按照航空标准HB 6096-86规范要求实现总线数据的收发。ZHHK429-PC104-Plus板卡采用的是双通道ARINC429数据发送和接收卡[6]，其硬件结构如图2所示，板卡采用PC104-Plus接口，提供标准的DLL，支持多语言开发平台。板卡使用前，需要通过跳线手动配置基地址。

系统将接口卡的每个通道分别作为ARINC429总线数据仿真系统的模拟输入及输出端口，利用特定的适配器，按照预置的通讯协议采用屏蔽双绞电缆，实现对机载特种设备的指令数据的模拟输入及工作状态数据和故障信息的查询。由于不同的机载电子设备具有不同的通讯协议及硬件接口，故配合系统软件设计，系统还根据不同设备的特点，设计了特定的适配电缆，以满足多型设备总线数据发送、采集及故障诊断的需要。系统硬件原理图如图3所示。

2.5 系统软件设计

1）软件总体情况。系统软件驻留在PC/104嵌入式工业控制计算机固态存储盘中，为用户提供一个人机交互的程序界面[7-9]。该系统选用以VC++为开台结合ACCESS数据库根据特定机载电子设备的通讯协议定制相应的发送及回收总线数据进行开发。

系统通过预置开放式的ACCESS数据库，内置了该型机载设备的总线通信协议及参数，启动并自动加载设备信息，根据需要配置控制指令，即可读取相关设备的通讯协议、通讯速率等参数，自动完成与相关机载设备的实时数据收发和数据记录。系统可根据采集的数据自动进行分析，利用故障代码进行故障诊断，并显示数据结果，实现对特定机载设备的状态监控。系统还可利用数据库中预置的故障查询系统，检索并显示故障信息及排除方法，指导地勤人员进行适当的处理。

系统软件主要由2大功能模块组成：系统应用软件及系统管理软件。系统应用软件主要实现通信系统的上层管理、设置及数据收发和消息的解析，如初始化、参数设置、通道选择、数据收发和测试结果分析及显示等。通过系统仿真ARINC429总线数据在不同状态下的数据传输过程及通信机制，获取并分析系统内部的总线数据传输流程，实现对机载设备的状态监控与分析。软件采用对话框形式，利用列表框显示设备信息、总线数据信息，为了便于测试，用户亦可通过下拉列框调用数据库中预置的机载设备参数，实现对数据信息进行人为的二次定制；系统管理软件主要实现对系统数据库及检测记录的管理，通过该系统可随时定制新的通讯检测设备数据及故障信息，并可对以往操作

2）ARINC429总线数据仿真发送与接收。系统利用4通道的ZHHK429-PC104-Plus板卡实现对总线数据模拟，利用特定的适配电缆，与相关机载设备交联，通过工控机主程序，设置ARINC429数据，通过软件编、解码后，利用PC104板卡转换成双极归零信号，实现ARINC429总线数据的发送与采集。[10-13]

ZHHK429-PC104-Plus板卡驱动程序提供了丰富的接口函数，涵盖了ARINC429总线数据收发所有的基本操作，能满足用户对板上的操作需求，板卡具有良好的系统兼容性，能够适用多种不同的编程环境。ZHHK429-PC104-Plus板卡驱动程序接口函数按照ANSIC标准编写，以动态链接库DLL的形式提供给用户。在软件的开发过程中，需引用ARINC429.dll及相应的头文件ARINC429.h。

以下是429配置字结构：

其中，Cfg_BaudCounter是发送波特率设置；Cfg_ParityEnable是发送奇偶校验使能；Cfg_Parity-Mode是奇偶校验模式选择；Cfg_BusOrderEnable是发送通道选择“总线上按数据原始顺位发送”、“总线上按数据编码顺位发送”。

以下是板卡句柄结构：

系统通过提供的ARINC429_Open、ARINC429_Reset、RX_Configure、TX_Configure等接口函数实现总线数据的模拟收发。按照板卡的收发流程，首先要对其进行初始化，见图4。

对于指定通道的数据接收，板卡提供了查询与中断2种方式。为了保证对机载设备数据接收的实时性，板卡总线数据接收采用中断的方式进行，并将接收结果送入数据分析模块进行数据分析及结果显示，其流程如图5所示。

对于总线数据的发送，板卡提供了正常发送、字定时发送和帧定时发送3种模式，鉴于机载设备对于总线数据接收的要求，本系统采用正常发送模式，其流程如如图6所示。

3）ARINC429总线数据的解析。系统按照用户特定机载设备的通讯协议，发送指令并按预置的协议标号对数据进行接收，每完成一个周期的数据接收，便将数据记录并解析，同时进行下一周期的数据发送与接收。数据解析是本系统的一个重要组成部分，通过该功能完成对特定机载设备的状态监控及分析。数据解析的依据是从数据库中提取的协议，通过数据标号及特定数据的总线协议对数据位的定义，分析该数据所反应的具体信息。其具体步骤如图7所示。

3 系统测试与分析

为确保系统的实时性与可靠性，对采集仪进行了平台自测试及机上对接测试[14-18]。平台自测试是利用定时器捕捉平台发送的预置数据完成的，经测试，采集仪输出波形的电平大小、频率幅度、码值大小及字间隔等均符合ARINC429协议规范；机上对接测试是通过与该型机载设备联机测试完成的，经测试系统能够按照预置协议，准确完成向该设备经纬度、航向、横滚、俯仰角等总线数据及相关控制指令的发送，亦可实时接收该设备故障代码并解析显示，可较好地完成相应机载设备的实时状态监控。

4 结论

ARINC429作为机载设备中应用最广泛的航空总线，其数据的仿真发送与接收对设备状态的监控意义重大，较之传统的单片机、工控机结合PCI板卡等形式的便携式监控设备，本系统采用以PC/104嵌入式工业控制计算机为核心的设计思路，使得设备的体积更小、重量更轻，可更好地满足部队转场及机上测试需要。经测试，其适应性、实时性和可靠性均能较好的满足部队使用需求，目前该设备也已配发部队，发挥了重要作用。

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Portable Detection Equipment of an Airborne Equipment Based on ARINC429 Bus

ZHOU Shengming,ZHAO Yuliang
（Qingdao Branch,NAAU,Qingdao Shandong 266041,China）

According to the monitoring requirements of the airborne equipments bus state,a portable detection equipment was designed.In order to reduce the volume and weight,the PC104 and ZHHK429-PC104-Plus card was used as the core of the system.The hardware structure and theory was described,the software structure and initialization of the card,receiving and sending of the bus data was analyzed.After testing,the system had good real-time,high reliability,could meet the requirements of the airborne equipments bus interface testing and needs.

ARINC429 bus;bus monitoring;airborne equipments

TP336

A

1673-1522（2017）03-0302-05

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.03.009

2017-03-21；

2017-05-21

周胜明（1962-），男，教授，硕士。