LIN總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)智能燈控系統中的應用

摘 要：結合汽車(chē)智能燈控模塊設計的項目實(shí)踐，詳細介紹了LIN總線(xiàn)技術(shù)在燈控模塊中的應用，并給出了LIN總線(xiàn)的硬件接口電路設計和軟件設計思想。

關(guān)鍵詞：LIN總線(xiàn)技術(shù)；C167CS微控制器；收發(fā)器

引言

隨著(zhù)現代電子技術(shù)的不斷發(fā)展和電子技術(shù)在汽車(chē)系統中的不斷應用，汽車(chē)的各種性能都得到了極大的改善?，F代駕乘人員對汽車(chē)各個(gè)方面的要求越來(lái)越高，如視野性、方便性、舒適性和娛樂(lè )性等。新的控制功能隨汽車(chē)級別的提升不斷增加，如中央門(mén)鎖、燈光控制、玻璃升降、后視鏡調節、天窗控制、座椅調節和點(diǎn)火延時(shí)控制等。傳統的控制系統多采用繼電器和獨立模式控制，這使得車(chē)內線(xiàn)束過(guò)多且布線(xiàn)復雜，從而造成了嚴重的電磁干擾，使系統的可靠性下降。CAN/LIN總線(xiàn)技術(shù)的應用，取代了傳統的線(xiàn)束，使信息交換變得安全、迅捷、高效。

汽車(chē)中CAN (Controller Area Network)主要用于車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )。各控制單元使用特定的總線(xiàn)技術(shù)來(lái)實(shí)現數字/模擬信號在中央控制單元和執行器件、傳感器之間的傳輸。每一個(gè)狀態(tài)或事件的傳輸都有專(zhuān)門(mén)的通道。為了將信息從中央控制單元傳輸到各子單元，每一個(gè)子單元都應該有通用、標準的開(kāi)放式接口?？刂茍绦衅骷蛡鞲衅髂K對于傳輸速率要求不是很高，比如后視鏡定位。所有這些低速率的模塊都不需要使用CAN總線(xiàn)，而可選擇一種相比CAN總線(xiàn)來(lái)說(shuō)價(jià)格更低廉而有效的方式——LIN總線(xiàn)。

LIN（Local Interconnect Network）是一種用于汽車(chē)中分布式電子系統的新型低成本串行通信網(wǎng)絡(luò )。它由汽車(chē)廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)，專(zhuān)門(mén)應用于低端系統，作為CAN的輔助網(wǎng)絡(luò )或子網(wǎng)絡(luò )。在不需要CAN總線(xiàn)的帶寬和多功能的場(chǎng)合，比如智能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通信，使用LIN總線(xiàn)可以大大節省成本。

目前，高/低速CAN和J1850總線(xiàn)已經(jīng)成為標準的車(chē)用網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)。這些總線(xiàn)速度極高，具有高抗電磁干擾性和高傳輸可靠性等優(yōu)越的性能，但價(jià)格也較高。大量的車(chē)身和安全性能方面的應用對車(chē)用網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)的性能要求并不太高，只需要一種性?xún)r(jià)比更高的標準車(chē)用網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)，而LIN總線(xiàn)正好可以滿(mǎn)足這一需求。因此，目前LIN總線(xiàn)技術(shù)正被越來(lái)越廣泛的應用到車(chē)身電子中。

本文將結合汽車(chē)智能燈控系統，介紹LIN總線(xiàn)技術(shù)在其中的應用。本文首先介紹的是基于C167CS微控制器和智能功率器件的燈光控制模塊的總體功能設計，然后對于LIN總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)智能燈控系統中的具體實(shí)施應用，包括LIN總線(xiàn)模塊的硬件接口電路設計和軟件設計做了深入的研究。

1 燈控模塊設計

本文基于英飛凌C167CS微控制器及智能功率器件設計了汽車(chē)燈光控制模塊，如圖1、2所示，微控制器采用英飛凌的C167CS-LM（外擴Flash）。子模塊1用于控制所有功率器件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，同時(shí)對系統狀態(tài)進(jìn)行定時(shí)監控，并提供合適的反饋信號。反饋信號反映了車(chē)燈的故障狀態(tài)，子模塊1通過(guò)LIN總線(xiàn)將故障診斷信息傳輸到子模塊2。子模塊2接收來(lái)自于子模塊1的故障診斷信息，并通過(guò)液晶周期地顯示。子模塊2同時(shí)還處理來(lái)自于儀表盤(pán)的車(chē)燈控制信息，通過(guò)LIN總線(xiàn)傳輸到子模塊1，然后子模塊1根據儀表盤(pán)信息作用于相應的功率器件，實(shí)現對車(chē)燈的開(kāi)關(guān)設置。

系統通過(guò)采用LIN總線(xiàn)技術(shù)，實(shí)現了兩個(gè)控制模塊之間車(chē)燈信息的實(shí)時(shí)傳輸。LIN總線(xiàn)硬件接口電路應用英飛凌公司的TLE6258總線(xiàn)LIN收發(fā)器,它作為介于協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)之間的接口，特別適于在汽車(chē)和工業(yè)應用中的LIN系統中驅動(dòng)總線(xiàn)。TLE6258還提供空閑工作模式以減少電流消耗，具有短路保護和過(guò)溫保護等保護功能。

子模塊1中大量采用了英飛凌智能功率器件，其中BTS724和BTS716是電源MOSFET高位開(kāi)關(guān)（漏極與電源相連），帶電荷泵、輸入的參考地與CMOS兼容以及診斷反饋，而B(niǎo)TS443和BTS134是單通道FET功率管，也稱(chēng)為低位開(kāi)關(guān)（源極與電源相連），高位開(kāi)關(guān)和低位開(kāi)關(guān)都內嵌保護功能。負載可以是阻性負載、感性負載或容性負載，最適用于帶高浪涌電流的負載，如燈等，從而取代了傳統的繼電器、熔斷器和離散電路的傳統汽車(chē)燈光控制方法，避免了采用太多的分立元件，減小了模塊體積，同時(shí)提高了模塊的EMC特性。該模塊具有短路保護、過(guò)載保護、電流限制、過(guò)溫關(guān)斷、過(guò)壓保護、電源反接保護、掉地與欠壓保護和靜電保護等保護功能。

2 LIN總線(xiàn)簡(jiǎn)介

LIN總線(xiàn)是一種串行通信網(wǎng)絡(luò )，可以將開(kāi)關(guān)、顯示器、傳感器和執行器等簡(jiǎn)單控制設備連接起來(lái)，主要用于汽車(chē)中的分布式電子控制系統。LIN采用單主機/多從機的總線(xiàn)拓撲結構（沒(méi)有總線(xiàn)仲裁），僅使用一根12V信號總線(xiàn)。主節點(diǎn)包含主任務(wù)和從任務(wù)，從節點(diǎn)只包含從任務(wù)。它不需要專(zhuān)門(mén)的片上通訊模塊，采用標準串行通信接口USART，速率可達20kbps，總線(xiàn)長(cháng)度不大于40m。LIN總線(xiàn)作為一種輔助的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在不需要CAN總線(xiàn)的優(yōu)越性能的場(chǎng)合，相比于CAN總線(xiàn)具有更高的性?xún)r(jià)比。它有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。

● LIN是一種低端網(wǎng)絡(luò )系統，可提供簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )解決方案，支持網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的互操作性，大大減少了系統安裝、調試和接線(xiàn)的成本和時(shí)間。

● LIN的通信量小、配置靈活，采用單線(xiàn)連接及單主機/多從機的通信結構（無(wú)需總線(xiàn)仲裁），可保證低端設備及電子控制單元簡(jiǎn)便、快捷的實(shí)時(shí)通信。

● 通過(guò)主機節點(diǎn)可將LIN與上層網(wǎng)絡(luò )（如CAN）相連接，實(shí)現LIN的子總線(xiàn)輔助通信功能，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )結構，提高網(wǎng)絡(luò )效率和可靠性。

● LIN的協(xié)議是開(kāi)放的，任何組織和個(gè)人無(wú)需支付費用即可獲取。

LIN規范包括三個(gè)主要部分：LIN協(xié)議規范部分（說(shuō)明LIN的物理層和數據鏈路層）、LIN配置語(yǔ)言部分（說(shuō)明LIN配置文件的格式）和LIN API部分（說(shuō)明網(wǎng)絡(luò )與應用程序間的接口）。

LIN協(xié)議的通信機制和幀結構如圖3所示，LIN網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)都有一個(gè)從任務(wù)模塊，主節點(diǎn)還包含一個(gè)主任務(wù)模塊。幀頭由主任務(wù)發(fā)出，包括同步間隙、同步場(chǎng)和信息標識符。所有節點(diǎn)中的從任務(wù)（包括主節點(diǎn)）對信息標識符進(jìn)行濾波，并發(fā)回數據場(chǎng)和校驗場(chǎng)。字節場(chǎng)采用SCI/UART串行數據格式。

3 LIN總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)智能燈控系統中的應用

汽車(chē)燈光控制模塊的控制實(shí)際上是根據車(chē)燈的狀態(tài)信息及駕駛員對車(chē)燈狀態(tài)的要求來(lái)實(shí)現的。車(chē)燈的狀態(tài)信息主要是故障信息的反饋，駕駛員對車(chē)燈狀態(tài)的要求通過(guò)儀表盤(pán)的車(chē)燈按鈕來(lái)傳遞。本汽車(chē)燈光控制模塊為了便于整車(chē)安裝，分成兩個(gè)子模塊，如圖4所示。子模塊1負責根據儀表盤(pán)車(chē)燈按鈕的狀態(tài)控制功率器件開(kāi)關(guān)動(dòng)作，同時(shí)監控車(chē)燈狀態(tài)，提供反饋信號，并根據反饋信號判斷車(chē)燈的故障狀態(tài)。子模塊2負責采集儀表盤(pán)車(chē)燈按鈕信息，同時(shí)用LCD顯示出目前車(chē)燈的故障狀態(tài)信息。