LIN總線在電動車窗系統(tǒng)控制中的應用

引言

　　LIN總線是一種用于汽車分布電子系統(tǒng)的新型低成本串行通訊網(wǎng)絡(luò)，其目標是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)（例如CAN總線）提供輔助功能。LIN總線瞄準一些低端應用，在這些應用中每個節(jié)點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(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實現(xiàn)成本，以及無需在從屬節(jié)點中使用石英或陶瓷諧振器等。

　　相對于發(fā)動機和底盤系統(tǒng)控制，車身附件系統(tǒng)控制對安全性和可靠性等要求并不高，而車身附件所具有的各種開關(guān)，正是車輛線束復雜的重要原因。LIN總線能大量節(jié)省線束，以及易于升級換代和便于實現(xiàn)診斷功能的特點，正使它成為車身電子最重要的發(fā)展方向。作為車身附件的重要組成部分，同時駕駛員車門可以對其他成員車門進行控制，電動車窗采用LIN總線控制方式無疑很好的選擇。

LIN總線的通信過程

　　相對于CAN總線的各節(jié)點發(fā)送消息的無序性，LIN總線網(wǎng)絡(luò)中存在一個主節(jié)點，它是所有節(jié)點通信的發(fā)起者，雖然通信速率較低（1-20Kbps），但它本質(zhì)屬于延遲時間確定性網(wǎng)絡(luò)。需要通信時，主節(jié)點線發(fā)送一個Break（一般長度大于或等于11bit位），主要目的是為了產(chǎn)生一個幀格式錯誤（FrameError）。然后主節(jié)點將發(fā)送1字節(jié)的同步場（0x55）,以便各從節(jié)點充分地同步，而后將發(fā)送1字節(jié)的ID位，從節(jié)點在收到ID后，根據(jù)協(xié)議解析出是否向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)或接受數(shù)據(jù)或不做任何響應。LIN總線數(shù)據(jù)一般為0-8字節(jié)（LIN1.3及以前版本數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)位0、2、4、8byte）。在主節(jié)點或從節(jié)點發(fā)送完數(shù)據(jù)后，將發(fā)送1字節(jié)的數(shù)據(jù)校驗（Checksum），接受數(shù)據(jù)節(jié)點將依據(jù)其判斷數(shù)據(jù)的正確性，從而確定是否接受發(fā)來的數(shù)據(jù)。

圖1LIN總線的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

車門模塊網(wǎng)絡(luò)的工作原理

　　由于駕駛員車門除了要控制本車門上的車窗升降，還需控制乘客車門上的車窗升降，所以將駕駛員車門的車窗控制模塊作為主節(jié)點，其他乘客車門的車窗控制模塊作為從節(jié)點?？紤]成本和軟件設(shè)計的方便性，乘客車門的車窗控制模塊采用了相同的硬件。在本次設(shè)計中，駕駛員車門模塊控制器上采用了Freescale的8位單片機——MC68HC908QC16，同時考慮到數(shù)量對成本的影響，且QC16與其低級產(chǎn)品（QC4、QC2）的價格相差不多，從節(jié)點我們也采用了與主節(jié)點相同的芯片。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(jié)省線束的原因，在整個車窗控制網(wǎng)絡(luò)中采取了分布式的驅(qū)動控制方式。即主節(jié)點的搖窗電機的驅(qū)動由主節(jié)點獨立控制，從節(jié)點的驅(qū)動也由從節(jié)點各自實現(xiàn)。

　　相對于傳統(tǒng)的SCI，QC16所帶有的ESCI（enhancedSCI）為LIN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計提供了更大的方便，包括自由選擇Break的長短和更為靈活的波特率設(shè)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。考慮到總線對電源的要求和系統(tǒng)成本，電源芯片采用了LM2931。

　　在此LIN網(wǎng)絡(luò)中，主節(jié)點（駕駛員車門模塊）的主要任務是采集四個車窗的上升和下降信號，另加一個兒童鎖（用以鎖止從節(jié)點車窗控制器的工作）和一個點火開關(guān)信號，同時控制整個網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)起，即各數(shù)據(jù)幀之間的時間間隔。在硬件設(shè)計中，每個微動開關(guān)都占用一個I/O口，默認無效的狀態(tài)為高電平，我們采取了內(nèi)部拉高的方式。當按下或拔起相應的開關(guān)時，對應的I/O輸入端變?yōu)榈碗娖健榱藢崿F(xiàn)駕駛員車窗的自動下降功能，將其對應的輸入接到了定時器模塊的輸入捕捉通道上，這樣就可以通過捕捉下降沿來開始計時，從而區(qū)別出手動和自動狀態(tài)（按鍵時間300ms,自動）。對于點火開關(guān)信號，設(shè)計要求為只有在點火開關(guān)的信號有效時，各車窗才可以升降，而在點火開關(guān)關(guān)閉的60s內(nèi)，仍認為其處于有效狀態(tài)。另外，還需將點火開關(guān)和兒童鎖信號的有效性通過LIN總線數(shù)據(jù)位的某些數(shù)據(jù)值體現(xiàn)出來，從節(jié)點通過判斷這些數(shù)據(jù)位的數(shù)值便可得到相應的狀態(tài)信息，從而控制相應的電機動作。