LIN總線在電動(dòng)車窗系統(tǒng)控制中的應(yīng)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(biāo)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(zhǔn)一些低端應(yīng)用，在這些應(yīng)用中每個(gè)節(jié)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(duì)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(shí)現(xiàn)成本，以及無需在從屬節(jié)點(diǎn)中使用石英或陶瓷諧振器等。

　　相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤系統(tǒng)控制，車身附件系統(tǒng)控制對(duì)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(fù)雜的重要原因。LIN總線能大量節(jié)省線束，以及易于升級(jí)換代和便于實(shí)現(xiàn)診斷功能的特點(diǎn)，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(shí)駕駛員車門可以對(duì)其他成員車門進(jìn)行控制，電動(dòng)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(duì)于CAN總線的各節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息的無序性，LIN總線網(wǎng)絡(luò)中存在一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，它是所有節(jié)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(jié)點(diǎn)線發(fā)送一個(gè)Break（一般長度大于或等于11bit位），主要目的是為了產(chǎn)生一個(gè)幀格式錯(cuò)誤（FrameError）。然后主節(jié)點(diǎn)將發(fā)送1字節(jié)的同步場（0x55）,以便各從節(jié)點(diǎn)充分地同步，而后將發(fā)送1字節(jié)的ID位，從節(jié)點(diǎn)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(yīng)。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(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，將發(fā)送1字節(jié)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)（Checksum），接受數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，其他乘客車門的車窗控制模塊作為從節(jié)點(diǎn)?？紤]成本和軟件設(shè)計(jì)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(jì)中，駕駛員車門模塊控制器上采用了Freescale的8位單片機(jī)——MC68HC908QC16，同時(shí)考慮到數(shù)量對(duì)成本的影響，且QC16與其低級(jí)產(chǎn)品（QC4、QC2）的價(jià)格相差不多，從節(jié)點(diǎn)我們也采用了與主節(jié)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(jié)省線束的原因，在整個(gè)車窗控制網(wǎng)絡(luò)中采取了分布式的驅(qū)動(dòng)控制方式。即主節(jié)點(diǎn)的搖窗電機(jī)的驅(qū)動(dòng)由主節(jié)點(diǎn)獨(dú)立控制，從節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)也由從節(jié)點(diǎn)各自實(shí)現(xiàn)。

　　相對(duì)于傳統(tǒng)的SCI，QC16所帶有的ESCI（enhancedSCI）為LIN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)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(diǎn)（駕駛員車門模塊）的主要任務(wù)是采集四個(gè)車窗的上升和下降信號(hào)，另加一個(gè)兒童鎖（用以鎖止從節(jié)點(diǎn)車窗控制器的工作）和一個(gè)點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)，同時(shí)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)起，即各數(shù)據(jù)幀之間的時(shí)間間隔。在硬件設(shè)計(jì)中，每個(gè)微動(dòng)開關(guān)都占用一個(gè)I/O口，默認(rèn)無效的狀態(tài)為高電平，我們采取了內(nèi)部拉高的方式。當(dāng)按下或拔起相應(yīng)的開關(guān)時(shí)，對(duì)應(yīng)的I/O輸入端變?yōu)榈碗娖?。為了?shí)現(xiàn)駕駛員車窗的自動(dòng)下降功能，將其對(duì)應(yīng)的輸入接到了定時(shí)器模塊的輸入捕捉通道上，這樣就可以通過捕捉下降沿來開始計(jì)時(shí)，從而區(qū)別出手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)（按鍵時(shí)間300ms,自動(dòng)）。對(duì)于點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)，設(shè)計(jì)要求為只有在點(diǎn)火開關(guān)的信號(hào)有效時(shí)，各車窗才可以升降，而在點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉的60s內(nèi)，仍認(rèn)為其處于有效狀態(tài)。另外，還需將點(diǎn)火開關(guān)和兒童鎖信號(hào)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(diǎn)通過判斷這些數(shù)據(jù)位的數(shù)值便可得到相應(yīng)的狀態(tài)信息，從而控制相應(yīng)的電機(jī)動(dòng)作。