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飞机总线介绍 —— ARINC 429 总线协议_429总线

网友: 技术文档 2025-07-30 12:33:36

概述

ARINC 429（航空标准 429）是一种广泛应用于商用飞机和军事飞机中，采用串行数据传输的通信协议。它由航空电子设备制造商 Aeronautical Radio, Inc.（ARINC）制定，旨在提供可靠的航空电子数据通信。ARINC 429 是一种单向数据总线协议，用于航空电子设备之间的通信，它支持数据传输、控制信号和状态指示的传递。

ARINC 429 被广泛应用于航电系统，如导航、飞行控制、通信、引擎监控等系统中。它的优点包括高可靠性、抗干扰能力强、传输速度适中等。

本文将详细介绍 ARINC 429 总线协议的工作原理、格式、实现方法以及相关代码示例，帮助您理解和实现该协议。

ARINC 429 总线协议概述

1. 总线架构

ARINC 429 是一种单向数据传输协议，其中数据总线用于设备之间的单向通信。通常，数据流是从数据源（如传感器、仪表、计算机等）流向数据接收端（如飞行仪表、显示器、其他计算机等）。ARINC 429 协议通过标识符来区分不同的数据源。

2. 总线物理层

ARINC 429 使用两条信号线来实现数据传输：

  • Data (数据线)：主要的信号线，用于数据传输。
  • Return (返回线)：信号的返回路径。

ARINC 429 的数据传输采用差分信号，因此具有很强的抗干扰能力。数据传输的物理层通常由低压差分信号（LVDS）构成，支持 12V 的电压差。

3. 数据帧结构

ARINC 429 的数据帧由 32 位组成，分为多个部分。其格式如下：

字段 位数 说明 起始位 1 位 固定为 0，表示数据的开始 数据标识符 8 位 标识数据来源和类型 数据 19 位 实际数据内容 校验位 1 位 校验位，用于错误检查 终止位 1 位 固定为 1，表示数据的结束

4. 数据编码

ARINC 429 使用的编码方法是 Bipolar Return-to-Zero (BPRZ) 编码。数据在传输时，只有两个电平：正电压和负电压，表示 1 和 0；中间零电平表示无信号。这种方式可以减少传输中的干扰。

BPRZ 编码
  • 1：表示高电平（+12V）。
  • 0：表示低电平（-12V）。
  • 零电平（0V）用于区分数据和空闲状态。

5. 数据传输速度

ARINC 429 支持两种数据传输速率：

  • Low-speed (低速)：12.5 kbit/s。
  • High-speed (高速)：100 kbit/s。

根据飞机的系统需求和设备的工作频率，可以选择不同的速率。

ARINC 429 数据帧解析

1. 数据帧格式

如前所述，ARINC 429 的数据帧由 32 位组成。我们可以将其分解为几个部分：

  • 起始位：始终为 0，表示数据的开始。
  • 数据标识符：8 位，用于标识数据来源和数据类型。
  • 数据：19 位，传输的实际数据内容。
  • 校验位：1 位，用于校验传输的数据是否正确。
  • 终止位：始终为 1，表示数据帧的结束。

2. 示例

假设我们需要通过 ARINC 429 协议传输飞行数据，如飞行高度。假设数据标识符为 0x7A，数据为 15000（即高度为 15000 英尺）。

  • 起始位：0
  • 数据标识符：0x7A（01111010）
  • 数据：15000（需要转为二进制表示，15000 对应的二进制为 001110010100000）
  • 校验位：1（校验位根据数据内容生成）
  • 终止位：1

数据帧的结构将类似于：

0 01111010 001110010100000 1 1

如何实现 ARINC 429 总线协议

实现 ARINC 429 总线协议，通常需要使用硬件模块（如 FPGA 或微控制器）来处理数据的发送和接收。此外，还需要配置信号驱动、电压控制等。下面是一个简单的例子，说明如何用 Python 实现一个 ARINC 429 总线协议的接收和发送。

硬件需求

  • FPGA 或微控制器：可以通过 GPIO 控制线来模拟 ARINC 429 信号的发送和接收。
  • ARINC 429 接口：硬件接口模块，支持数据传输和接收。

Python 示例

假设我们使用 Python 编写一个简单的 ARINC 429 数据发送程序。我们将模拟发送一个包含飞行高度信息的 ARINC 429 数据帧。

import timeimport random# 模拟 ARINC 429 数据帧的生成def generate_arinc429_frame(data_identifier, data_value): # ARINC 429 起始位总是0 start_bit = 0 # ARINC 429 数据标识符，8位 identifier = format(data_identifier, \'08b\') # ARINC 429 数据，19位 data = format(data_value, \'019b\') # ARINC 429 校验位，根据数据计算，假设简单计算：校验为数据的奇偶性 checksum = \'1\' if data.count(\'1\') % 2 == 0 else \'0\' # ARINC 429 终止位总是1 end_bit = 1 # 拼接所有字段，生成完整的数据帧 arinc_frame = f\"{start_bit}{identifier}{data}{checksum}{end_bit}\" return arinc_frame# 发送 ARINC 429 数据帧def send_arinc429_frame(frame): # 模拟通过硬件接口发送数据 print(f\"发送数据帧：{frame}\")# 主函数，生成并发送 ARINC 429 数据帧if __name__ == \"__main__\": # 模拟发送一个飞行高度数据 data_identifier = 0x7A # 示例数据标识符 data_value = random.randint(1000, 40000) # 随机飞行高度 # 生成 ARINC 429 数据帧 frame = generate_arinc429_frame(data_identifier, data_value) # 发送 ARINC 429 数据帧 send_arinc429_frame(frame) # 模拟延时，等待下一次发送 time.sleep(1)

代码解析

  1. generate_arinc429_frame：此函数接收数据标识符和数据值，生成一个 ARINC 429 数据帧。它将各部分按 ARINC 429 协议格式拼接成一个完整的字符串。
  2. send_arinc429_frame：模拟通过硬件接口发送 ARINC 429 数据帧。
  3. 主函数：在主程序中，模拟生成一个飞行高度数据（数据值为 1000 到 40000 之间的随机数），并通过 send_arinc429_frame 函数发送。

调试与验证

在实际项目中，您需要连接到硬件设备，如 FPGA 或微控制器，来实际发送和接收 ARINC 429 数据帧。此外，还需考虑信号传输、同步问题和多设备通信等复杂问题。

总结

ARINC 429 协议是航空电子设备中广泛应用的一种数据通信协议，它具有可靠性高、抗干扰能力强的特点。本文介绍了 ARINC 429 的工作原理、数据帧格式、编码方法以及如何实现简单的 ARINC 429 数据传输。

通过模拟代码，您可以实现 ARINC 429 数据的生成与发送，并能够理解协议的基本构成和应用。在实际开发中，您可能需要结合 FPGA、微控制器等硬件来实现高效的 ARINC 429 总线通信系统。

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