LIN總線(xiàn)技術(shù)及其應用研究

LIN從節點(diǎn)應用設計

　　本文采用NXP推出的本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )I/O附屬擴展芯片UJA1023，可協(xié)助構建高性?xún)r(jià)比、高可靠度的車(chē)內LIN網(wǎng)絡(luò )。雖然，該芯片起初的設計初衷是應用在高檔轎車(chē)行業(yè)，但由于該芯片的高集成性和可靠性等特點(diǎn)，完全能夠用于諸如電力工業(yè)領(lǐng)域等。UJA1023 是一個(gè)獨立的可應用于本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )(LIN)I/O的從節點(diǎn)，它可以代替傳統的電子控制單元中所使用的基本部件，這些電子控制單元用于對I/O進(jìn)行控制。

　　UJA1023 芯片內包含一個(gè)LIN 2.0 控制器，一個(gè)集成的LIN收發(fā)器，并同時(shí)兼容LIN1.3 規范。同時(shí)還包括8個(gè)可通過(guò)LIN總線(xiàn)進(jìn)行配置的I/O端口。UJA1023 具有自動(dòng)比特率同步電路，可以在1kbit/s 至20kbit/s 范圍內與主節點(diǎn)保持同步，因此芯片內集成了一個(gè)晶振。
　　LIN協(xié)議由芯片自動(dòng)進(jìn)行處理，從節點(diǎn)的地址NAD和幀識別符(frame Identifier)的設置由主請求命令(master request)和從響應命令(slave response)以菊花鏈方式或即插方式完成。8 個(gè)雙向I/O引腳可由LIN總線(xiàn)命令進(jìn)行配置，并且可以具有以下的功能：

輸入功能

　　·標準輸入引腳；

　　·本地喚醒；

　　·邊沿捕獲；

　　·模擬信號輸入引腳；

　　·開(kāi)關(guān)矩陣(與輸出引腳配合使用)。

輸出功能

　　·標準輸出引腳，可配置為高邊驅動(dòng)、低邊驅動(dòng)、推拉驅動(dòng)模式；

　　·周期(循環(huán))偵聽(tīng)模式用于本地喚醒；

　　·PWM模式，例如，驅動(dòng)轎車(chē)后燈；

　　·開(kāi)關(guān)矩陣(與輸入引腳配合使用)。

配置流程

　　UJA1023可通過(guò)LIN命令幀，即主請求命令和從響應命令以報文鏈的形式完成配置。主請求命令發(fā)送配置數據，而主請求命令的目標從節點(diǎn)在收到命令后將發(fā)送相應的數據給主節點(diǎn)作為響應。圖3所示為UJA1023的配置流程，其中主請求命令和從響應命令之間井然有序的配合就是一種“握手”的概念。

UJA1023應用實(shí)例

 
圖4 通用I/O口應用

　　由圖4所示。單片UJA1023具有8個(gè)I/O口可作為通用I/O口使用。在圖4中，P0、P1用于讀入開(kāi)關(guān)量的值。P3用于驅動(dòng)發(fā)光二極管。P5通過(guò)功率放大可驅動(dòng)電機。P7則對模擬量進(jìn)行采集，P2還可以驅動(dòng)繼電器，因而UJA1023在繼電保護中也有“用武之地”。

多片UJA1023應用

　　使用即插方式，通過(guò)“單主多從”的方式，將多片UJA1023連成網(wǎng)絡(luò )形式的應用。由圖5所示為由1個(gè)主節點(diǎn)和8個(gè)從節點(diǎn)組成的基于單主多從模式的LIN網(wǎng)絡(luò )。由圖可知，每個(gè)從節點(diǎn)有8路I/O，因此該網(wǎng)絡(luò )總共有多達64路的控制口?？蛇M(jìn)行多種形式的多路控制。其特點(diǎn)就是應用靈活，配置方便，擴展性強，成本低廉，可靠性高。值得一提的是，圖5只是一個(gè)子網(wǎng)絡(luò )，如果需要更多的端口，完全可以按圖5的形式進(jìn)行多網(wǎng)絡(luò )擴展，而網(wǎng)與網(wǎng)之間可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)連接。

 
圖5  基于單主多從模式的LIN網(wǎng)絡(luò )

　　該形式十分適合于如圖6所示的電力系統繼電保護應用中。下位低頻低壓減載裝置的設計目的是完成35kV系統根據電力系統頻率和電壓變化，按預定的控制方案切除電力負荷。

 
圖6 系統總體框圖

　　圖6中每臺低頻減載裝置中的內部結構的設計思想，以圖5為參考，一個(gè)裝置中包含一個(gè)基于單主多從的子網(wǎng)絡(luò )，即含有多片UJA1023，而每片芯片的Ｉ/O口驅動(dòng)若干的繼電器，以在必要時(shí)控制繼電器以切除負載。

結語(yǔ)

　　由以上的分析不難得出結論，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，對于數據的傳輸速率要求不高的傳感器、數字量I/O、顯示和執行部件的控制連接固然可以使用CAN，但是這樣可以會(huì )造成浪費。在這種情況下，LIN的成本廉價(jià)，抗干擾性強，使用單線(xiàn)連接的優(yōu)越性就體現出來(lái)了。此外，在家用電器中也可使用LIN總線(xiàn)，例如在洗衣機中，微處理器通過(guò)LIN總線(xiàn)的傳感器進(jìn)行水位、水流、水溫的測量，通過(guò)連在總線(xiàn)上的電動(dòng)閥進(jìn)行給水和排水控制。因此 LIN總線(xiàn)技術(shù)的應用范圍遠不是局限于汽車(chē)工業(yè)，而在其他領(lǐng)域也同樣有著(zhù)不可忽視的廣闊應用前景和現實(shí)意義。

參考文獻：
1.LIN Consortium, "LIN Specification, Version 1.3", www.lin-subbus.org, December 2002.
2. LIN Consortium, "LIN Specification, Version 2.0, Draft 11", www.lin-subbus. org, unpublished.
3. Philips Semiconductors  UJA1023 LIN-I/O slave product data sheet.
4. Bosch. CAN Specification (Version 2. 0)
5. Motorola Inc. Local Interconnect Network Demonstration [Z] . 2000