LIN总线在车身控制中的应用

作者：北京交通大学 电气工程学院 刘晶晶 汪至中 文章来源：电子设计应用
摘 要：随着车内电控单元的增加，车内通讯网络也日趋多样化。LIN总线以其通讯成本低，开发方便等优势在车身控制方面有着良好的应用前景。本文对LIN总线进行了详细的描述，并以灯光控制为例说明LIN总线在车身控制中的应用。


图1 卡车车身控制解决方案总体结构图
LIN总线概述
LIN总线作为使用广泛的CAN通讯网络的辅助，它基于主从结构，使用单线通讯，减少了大量线束的重量和费用。其目标应用是不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低速系统，如开关类负载或位置型系统，包括车的后视镜、车锁、车座椅、车窗等的控制。
LIN总线特点
?低成本的单线12V数据传输，线的驱动和接收特性符合改进的ISO 9141单线标准；
?传输速率可达20Kbit/s；
?单主/多从的结构，不需要总线仲裁，由主节点来控制总线的访问；
?基于通用UART/SCI的硬件接口，使用成本低的半导体工艺实现，几乎所有的微控制器都有LIN 必需的硬件；
?从节点不需要晶振或陶瓷振荡器就可实现自同步，从而减少了从节点硬件成本；
?保证在最差状况下信号传送的等待时间，避免总线访问冲突。
LIN的数据帧格式和通讯协议
LIN网络由一个主节点和多个从节点构成。所有的节点都包括一个从任务，从任务又分发送和接收任务，主节点还包括一个主任务。
LIN的数据帧由帧头和响应信息组成。帧头包括同步间隔、同步场和信息识别符。帧头由主任务发出，主任务在发出同步间隔后发送同步场(0x55)，从节点利用同步场将它的波特率调整到传送来的信号的波特率。在发送同步场之后，发送一字节的信息识别符，其中0~3位表示信息类别，4~5位表示信息长度，7~8位是奇偶校验。信息识别符表示的是信息的内容，而不是信息的目的地址。这样定义可使多个节点收到同样的信息，并且数据能够以多种方式交换。从任务通过该字节判断数据是否与自己有关，并确定自己如何处理该数据。响应信息是由从任务发出的，由2个、4个或8个字节长度的数据和1个字节的和校验构成。和校验表示数据帧结束，它是通过计算数据的全部字节而得到的(不包括识别字节及同步场)。
LIN 总线的另一个帧是睡眠帧，由主任务发出，它的作用是让总线和节点进入低功耗状态。除睡眠帧的识别字段包含数值 0x80之外，其它与数据帧相似。当收到唤醒信号时，总线睡眠状态便中止。唤醒信号由从任务发出。
在LIN网络中所有通讯都是由主任务发起的。主任务控制数据帧的发送时序和优先级。

图2 中央控制模块的硬件原理图


图3 LIN的硬件实现电路
LIN车身控制应用方案
LIN的应用方案介绍
图1给出了卡车车身控制系统的解决方案。电控模块与汽车驱动系统分开有利于保证驱动系统的实时性，这也是汽车内通讯网络分级的一个原因。车身控制系统的中央控制模块也是一个网关，它将CAN网络和LIN网络连接起来。
本文选取中央控制模块和灯光控制模块来说明LIN总线的应用。中央控制模块位于驾驶室内，主要检测驾驶室内控制开关的状态，并根据这些控制开关的状态实现相应的控制策略，然后将控制命令通过LIN总线发送给向各子模块。同时通过CAN总线接收上层CAN网络的某些信息。中央控制模块的MCU选用Motorola公司的MC68HC908GZ16，该芯片是一款可靠性高、抗干扰能力强的汽车专用芯片，其内部集成了CAN的控制器并有SCI模块，从而方便了CAN和LIN的开发。中央控制模块硬件原理图如图2所示。其中CAN/LIN接口芯片分别采用Motorola公司的MC33388和MC33399。中央控制模块的POWER单元的作用是将车内24V电压转换成5V供给MCU。DETECT单元作用是采集开关量的状态，将并行的数据转换成串行数据送给MCU。中央控制模块还可以根据不同需求增加驱动单元。在本例中，中央控制模块还完成了驱动车内的内饰灯和雨刷电机的工作，驱动芯片分别选取Motorola公司的MC33286和MC33289。
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