智能車窗LIN總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊濤 錢輝 姜于亮

摘 要 隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車的舒適性和安全性要求也在不斷提高。車窗系統(tǒng)是汽車車身的重要組成部分，大多數(shù)消費(fèi)者都把電動(dòng)車窗作為不可缺少的舒適功能，它能使人們更好地保護(hù)和駕駛汽車，因此汽車制造商都將其看作一種基本功能。當(dāng)前車窗系統(tǒng)正朝著模塊化、智能化、人性化的方向發(fā)展。本文主要研究智能車窗LIN總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 LIN總線 車窗智能控制 安全性 舒適性

中圖分類號(hào)：TP336文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

本設(shè)計(jì)旨在提出一種基于LIN總線技術(shù)的汽車車窗智能控制系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)具有低功耗、低成本、易于維護(hù)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。本文主要對(duì)LIN總線協(xié)議進(jìn)行了研究，制定了相應(yīng)的LIN總線協(xié)議規(guī)范。

1總線控制系統(tǒng)

1.1基于LIN總線控制系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)可分為舒適網(wǎng)絡(luò)和驅(qū)動(dòng)網(wǎng)路。一般來說CAN協(xié)議用于驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而LIN協(xié)議用于舒適網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于開發(fā)高速CAN網(wǎng)絡(luò)所需要的成本，LIN網(wǎng)絡(luò)更加適合用于性能要求不高的舒適網(wǎng)絡(luò)，因此在車門，車燈，車窗等部件中，引入了LIN總線，這樣既可以滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要，又可以使整個(gè)車的成本得以減少。

在車窗的升降過程中，智能功率驅(qū)動(dòng)器件MC33486通過監(jiān)測(cè)電機(jī)的電流變化，通過相關(guān)的防夾算法來實(shí)現(xiàn)車窗的防夾功能，實(shí)現(xiàn)了車窗系統(tǒng)的智能化控制過程，提高了駕駛員行車過程中的舒適性和安全性。

1.2 LIN總線的技術(shù)特點(diǎn)

LIN總線是一種成本低的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用來實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN總線的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能。LIN總線協(xié)議是建立在通用的UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即異步串行通信）硬件接口上，實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，只要具有UART功能模塊的單片機(jī)都可以作為L(zhǎng)IN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。在物理上僅僅使用一根12V信號(hào)線，采用單主多從的結(jié)構(gòu)，避免了總線報(bào)文的競(jìng)爭(zhēng)。

通常情況下，一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)超過16，最大標(biāo)示符的數(shù)量為64。否則，節(jié)點(diǎn)的增加將減少網(wǎng)絡(luò)阻抗，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境條件變差。用戶不需要改變現(xiàn)有的LIN從節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件就可以在LIN網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點(diǎn)。LIN總線的目標(biāo)是為現(xiàn)有的汽車網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能，LIN網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充提高了汽車總體網(wǎng)絡(luò)的性能，降低了汽車電子控制裝置的開發(fā)以及生產(chǎn)成本。LIN總線的主要特性有以下幾點(diǎn)：

（1）單主多從的結(jié)構(gòu)，無需總線仲裁，由主節(jié)點(diǎn)控制總線訪問。

（2）低成本單線12V數(shù)據(jù)傳輸，線的驅(qū)動(dòng)特性符合改進(jìn)的IS09141標(biāo)準(zhǔn)。

（3）基于通用的UART接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必需的硬件。

（4）從機(jī)節(jié)點(diǎn)不需石英或陶瓷諧振器可以實(shí)現(xiàn)自同步，減少了硬件成本。

（5）傳輸速率最高達(dá)20Kbit/s。

本次車窗控制系統(tǒng)把駕駛室側(cè)作為主節(jié)點(diǎn)，其他的作為從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了車窗系統(tǒng)的LIN.0網(wǎng)絡(luò)。在車窗LIN網(wǎng)絡(luò)中，主節(jié)點(diǎn)的主要功能是用來采集車窗升降信號(hào)和溫度傳感器信號(hào)，同時(shí)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)起;從節(jié)點(diǎn)的主要功能是來通過判斷由主節(jié)點(diǎn)發(fā)來的控制信息和本身所采集的狀態(tài)，控制相應(yīng)的車窗電機(jī)工作。

LIN總線最初是為汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，也可以用于工業(yè)控制或者家用電子產(chǎn)品如冰箱中、洗衣機(jī)。對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用是在汽車中的聯(lián)合裝配單元，如車門、車燈、座椅、溫度傳感器等。對(duì)于這些比較敏感的單元，LIN總線可以把這些器件很容易的連接到車載網(wǎng)絡(luò)中，并可以得到十分方便的維護(hù)和服務(wù)。

1.3 LIN總線協(xié)議

LIN協(xié)會(huì)于1998年由主要汽車制造商成立，主要目標(biāo)是定義和實(shí)現(xiàn)汽車使用的高品質(zhì)線性總線系統(tǒng)的低成本、開放式標(biāo)準(zhǔn)。LIN協(xié)會(huì)在1999年7月發(fā)布了最初的LIN v1.0版本。

LIN v2.1總線規(guī)范包括了3個(gè)主要部分：LIN v2.1協(xié)議規(guī)范——介紹了LIN的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層的協(xié)議規(guī)范;LIN API操作規(guī)程建議——介紹了網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的接口;LIN配置語言規(guī)范——介紹了LIN配置文件的格式，用于配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

2 LIN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

PIC18F25J10單片機(jī)提供了工業(yè)級(jí)的制造工藝和流片工藝保證，而且成本較低，因此能夠適用于嚴(yán)酷的車內(nèi)運(yùn)行環(huán)境。MCP202x是LIN總線收發(fā)器，在單片機(jī)和LIN半雙工總線之間提供了一個(gè)物理接口，可以為汽車以及工業(yè)應(yīng)用提供一個(gè)最高20K的串行總線傳輸速率。LIN收發(fā)器MCP202x芯片針對(duì)工作在汽車環(huán)境下的情況進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，符合LIN v2.1總線規(guī)格。

MCP202x為PIC18F25J10和LIN總線之間提供了一個(gè)雙向通信接口，可以把LIN總線的電平轉(zhuǎn)換成微控制器能夠接收的TxD、RxD信號(hào)，或者進(jìn)行與之相反的轉(zhuǎn)換。其中，PICl8F25JlO供電電源3.3V由汽車電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓得到。MCP202x的供電由汽車電源直接供給12V。PIC18F25J10的增強(qiáng)型異步收發(fā)器可以用硬件完成LIN報(bào)文幀的同步間隔場(chǎng)接收，并以中斷的方式告知單片機(jī)開始接收總線的數(shù)據(jù)。LIN報(bào)文幀的數(shù)據(jù)收發(fā)滿足l位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位條件，用微控制器的UART模塊和UART中斷功能即可完成LIN總線上數(shù)據(jù)的收發(fā)。

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