基于CAN总线的航空电缆测试系统分布机研究

　 0 引言

　　航空电缆是飞机的神经系统，连接着飞机电气、航电、火控、操纵等各系统，为飞机各部件提供动力电源、控制信号和数据信息。受飞机机身空间的限制，电缆系统布线一般都集中于狭小的机壁内，飞机机壁内几乎遍布导线，因此航空电缆系统要求高可靠、高集成、高轻便；由于导线种类繁多，各类电源线、高低频信号线、数据线混杂在一起，长度可达数百公里，电气环境十分复杂，从而使其潜在故障增多，许多空难事故和飞行器故障都直接或间接与电缆系统故障有关，因此，航空电缆的"健康"是飞机安全运行的重要保障，电缆安全问题尤为重要。但是国内对于航空全机电缆测试技术的研发比较欠缺，远落后于国外已处于常规应用的现状。

　　根据飞机全机电缆分布距离长(近百米)、点数多(3万点以上)的测试要求，本文提出一种基于CAN总线的分布式柔性电缆测试系统。该系统具有测试点数可扩展性、基于电缆智能识别的测试柔性、分布式测试端多点激励性等优点，可满足大客、大运等飞机总装和维修部门的检测需求。

　　1 基于CAN总线的测试系统结构

　　CAN总线是一种有效支持分布式控制的串行通信总线，结构简单，可靠性和数据传输速率高，网络内的结点个数在理论上不受限制，各节点之间可以实现自由通信。

　　图1所示为基于CAN总线的分布式电缆测试系统，由主机、CAN总线适配卡，CAN总线和分布机组成。

　　主机根据数据库的电缆连接信息和接插件信息生成测试程序，发布信息并监控各个分布机的工作情况、通过测试软件提供人机交互的界面。主机构成原理图如图2所示。主机通过CAN总线适配卡与CAN总线通讯，CAN总线适配卡采用RS 232-CAN接口，由MAX232电平转换芯片、AT 89S52单片机、CAN总线控制芯片SJA1000和收发器TJA1050等组成。SJA1000是一款独立的控制器，用于汽车和一般工业环境中的控制器局域网络。TJA1050是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，是一种标准的高速CAN收发器，可以为总线提供差动发送功能。总线适配卡的基本工作原理是：主机通过RS 232将数据发送至单片机，由单片机按照特定的CAN应用协议通过CAN总线控制器SJA1000和CAN发送器TJA1050转发到CAN总线。分布机通过CAN总线实现分布机与主机以及分布机与分布机之间的通信，完成电缆的通断、电阻、绝缘耐压以及电容测试和故障定位等功能，在主机的统一调配下可进行电缆自动识别和非冗余多点激励测试，从而提高测试速度。

　　2 分布机的硬件结构

　　该系统以模块化设计为基础，每个分布机都具有相同的转接接插件和测试功能，由于系统设计了电缆特征自动识别电路，并建立了相应的数据信息，可以实现转接电缆盲插功能，所以可满足大距离分布测点的分布机互换性。分布机的硬件结构如图3所示。

　　它由ARM微控制器模块、CPLD模块、继电器矩阵开关模块和测试模块构成。每个分布机的测试点容量为3 000点，测试点选择电路由复杂可编程器件(CPLD)控制的大规模继电器矩阵开关组成，可以在同一时间实现多路通道之间的电缆检测。

　　2．1 ARM微控制器

　　分布机选用LPC2290ARM芯片作为主控制器，LPC2290片上资源丰富，可以满足该系统对于测试电路的控制需求，并且可以减少系统硬件设计的复杂度，支持JTAG实时仿真，开发调试方便。同时LPC2290内部集成2路CAN控制器又可使其作为CAN总线的节点，省去了CAN控制器外围电路的设计，减少干扰。其内置的CAN控制器符合CAN 2．0B，ISO11898-1总线规范，总线的数据波特率可达1 Mb／s，可访问32位的寄存器和RAM，全局验收过滤器可识别几乎所有总线的11和29位R标识符，验收过滤器为可选择的标准标识符提供了FullCAN-style自动接收。CAN控制器的驱动电路依然选择收发器TJA1050，并在ARM和收发器之间加入DC-DC电源隔离模块和2路高速光耦器6N137组成的隔离电路，确保在CAN总线遭受严重干扰时控制器能够正常工作。

　　2．2 测试电路模块

　　测试电路模块由高精度万用表板卡完成通断测试、绝缘测试、电容测试和故障定位等相关电缆测试的功能，分布机的主控制器LPC2290根据测试命令通过控制开关切换系统将测试电路加载到所需激励电缆测试端口，并采集响应端口的信息。

　　2．3 地址选通控制CPLD模块设计

　　可编程逻辑器件已得到广泛的应用，为数字系统的设计带来极大的灵活性，可以通过软件编程对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使硬件设计如同软件设计那样方便快捷。CPLD内部有大量的门电路，适于实现复杂的组合逻辑。

2．3．1 CPLD功能实现

分布机利用CPLD实现主控制器LPC2290 I／O口扩展，主控制器只需把待测电缆地址通过串行接口SPI