LIN總線(xiàn)在電動(dòng)車(chē)窗系統控制中的應用

引言

　　LIN總線(xiàn)是一種用于汽車(chē)分布電子系統的新型低成本串行通訊網(wǎng)絡(luò )，其目標是為現有汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )（例如CAN總線(xiàn)）提供輔助功能。LIN總線(xiàn)瞄準一些低端應用，在這些應用中每個(gè)節點(diǎn)的通訊成本都必須大大低于CAN，而且不需要CAN的高性能、高帶寬和多功能等。它相對于CAN的成本節省主要是由于采用單線(xiàn)傳輸、硅片中硬件或軟件的低實(shí)現成本，以及無(wú)需在從屬節點(diǎn)中使用石英或陶瓷諧振器等。

　　相對于發(fā)動(dòng)機和底盤(pán)系統控制，車(chē)身附件系統控制對安全性和可靠性等要求并不高，而車(chē)身附件所具有的各種開(kāi)關(guān)，正是車(chē)輛線(xiàn)束復雜的重要原因。LIN總線(xiàn)能大量節省線(xiàn)束，以及易于升級換代和便于實(shí)現診斷功能的特點(diǎn)，正使它成為車(chē)身電子最重要的發(fā)展方向。作為車(chē)身附件的重要組成部分，同時(shí)駕駛員車(chē)門(mén)可以對其他成員車(chē)門(mén)進(jìn)行控制，電動(dòng)車(chē)窗采用LIN總線(xiàn)控制方式無(wú)疑很好的選擇。

LIN總線(xiàn)的通信過(guò)程

　　相對于CAN總線(xiàn)的各節點(diǎn)發(fā)送消息的無(wú)序性，LIN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中存在一個(gè)主節點(diǎn)，它是所有節點(diǎn)通信的發(fā)起者，雖然通信速率較低（1-20Kbps），但它本質(zhì)屬于延遲時(shí)間確定性網(wǎng)絡(luò )。需要通信時(shí)，主節點(diǎn)線(xiàn)發(fā)送一個(gè)Break（一般長(cháng)度大于或等于11bit位），主要目的是為了產(chǎn)生一個(gè)幀格式錯誤（FrameError）。然后主節點(diǎn)將發(fā)送1字節的同步場(chǎng)（0x55）,以便各從節點(diǎn)充分地同步，而后將發(fā)送1字節的ID位，從節點(diǎn)在收到ID后，根據協(xié)議解析出是否向總線(xiàn)上發(fā)送數據或接受數據或不做任何響應。LIN總線(xiàn)數據一般為0-8字節（LIN1.3及以前版本數據字節數位0、2、4、8byte）。在主節點(diǎn)或從節點(diǎn)發(fā)送完數據后，將發(fā)送1字節的數據校驗（Checksum），接受數據節點(diǎn)將依據其判斷數據的正確性，從而確定是否接受發(fā)來(lái)的數據。

圖1LIN總線(xiàn)的數據幀結構

車(chē)門(mén)模塊網(wǎng)絡(luò )的工作原理

　　由于駕駛員車(chē)門(mén)除了要控制本車(chē)門(mén)上的車(chē)窗升降，還需控制乘客車(chē)門(mén)上的車(chē)窗升降，所以將駕駛員車(chē)門(mén)的車(chē)窗控制模塊作為主節點(diǎn)，其他乘客車(chē)門(mén)的車(chē)窗控制模塊作為從節點(diǎn)?？紤]成本和軟件設計的方便性，乘客車(chē)門(mén)的車(chē)窗控制模塊采用了相同的硬件。在本次設計中，駕駛員車(chē)門(mén)模塊控制器上采用了Freescale的8位單片機——MC68HC908QC16，同時(shí)考慮到數量對成本的影響，且QC16與其低級產(chǎn)品（QC4、QC2）的價(jià)格相差不多，從節點(diǎn)我們也采用了與主節點(diǎn)相同的芯片。從下文可以看出，這種選擇是合適的。再考慮到要最大限度地節省線(xiàn)束的原因，在整個(gè)車(chē)窗控制網(wǎng)絡(luò )中采取了分布式的驅動(dòng)控制方式。即主節點(diǎn)的搖窗電機的驅動(dòng)由主節點(diǎn)獨立控制，從節點(diǎn)的驅動(dòng)也由從節點(diǎn)各自實(shí)現。

　　相對于傳統的SCI，QC16所帶有的ESCI（enhancedSCI）為L(cháng)IN網(wǎng)絡(luò )設計提供了更大的方便，包括自由選擇Break的長(cháng)短和更為靈活的波特率設計等。LIN收發(fā)器芯片我們采用Freescale的兼容LIN2.0協(xié)議的MC33661通信芯片?？紤]到總線(xiàn)對電源的要求和系統成本，電源芯片采用了LM2931。

　　在此LIN網(wǎng)絡(luò )中，主節點(diǎn)（駕駛員車(chē)門(mén)模塊）的主要任務(wù)是采集四個(gè)車(chē)窗的上升和下降信號，另加一個(gè)兒童鎖（用以鎖止從節點(diǎn)車(chē)窗控制器的工作）和一個(gè)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號，同時(shí)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò )通信的發(fā)起，即各數據幀之間的時(shí)間間隔。在硬件設計中，每個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)都占用一個(gè)I/O口，默認無(wú)效的狀態(tài)為高電平，我們采取了內部拉高的方式。當按下或拔起相應的開(kāi)關(guān)時(shí)，對應的I/O輸入端變?yōu)榈碗娖?。為了?shí)現駕駛員車(chē)窗的自動(dòng)下降功能，將其對應的輸入接到了定時(shí)器模塊的輸入捕捉通道上，這樣就可以通過(guò)捕捉下降沿來(lái)開(kāi)始計時(shí)，從而區別出手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)（按鍵時(shí)間300ms,自動(dòng)）。對于點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號，設計要求為只有在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的信號有效時(shí)，各車(chē)窗才可以升降，而在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉的60s內，仍認為其處于有效狀態(tài)。另外，還需將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)和兒童鎖信號的有效性通過(guò)LIN總線(xiàn)數據位的某些數據值體現出來(lái)，從節點(diǎn)通過(guò)判斷這些數據位的數值便可得到相應的狀態(tài)信息，從而控制相應的電機動(dòng)作。