摘 要：LIN總線通信以其節(jié)省線束，易于升級(jí)換代和便于診斷等特點(diǎn)，正成為車身電子最重要的發(fā)展方向。本文介紹了LIN總線的工作原理，闡述了LIN總線通信在海域506轎車電動(dòng)車窗上的應(yīng)用及其相應(yīng)的設(shè)計(jì)考慮。試驗(yàn)證明，所設(shè)計(jì)的電動(dòng)車窗模塊達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)并具有相對(duì)低廉的價(jià)格。 關(guān)鍵詞：LIN總線 車身附件 電動(dòng)車窗 單片機(jī) 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(zhǎng)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（Frame Error）。然后主節(jié)點(diǎn)將發(fā)送1字節(jié)的同步場(chǎng)（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)。 [align=center] 圖1 LIN總線的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)[/align] 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（enhanced SCI）為L(zhǎng)IN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(zhǎng)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?？紤]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)榈碗娖健榱藢?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。 　　從節(jié)點(diǎn)的主要功能是通過接收由主節(jié)點(diǎn)發(fā)來的控制信息和本身從微動(dòng)開關(guān)所采集到的狀態(tài)信息，控制相應(yīng)的車窗電機(jī)工作。但是，從節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)下降功能實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)主節(jié)點(diǎn)來說更復(fù)雜一些，不僅主節(jié)點(diǎn)的按鍵動(dòng)作具有自動(dòng)下降功能，從節(jié)點(diǎn)自己的按鍵也具有自動(dòng)下降功能。而前者是通過LIN的數(shù)據(jù)位傳遞的，所以我們只能采取查詢的方式。這也是前文所提到的選片的一個(gè)理由。為了避免沖突，在功能定義時(shí)就設(shè)定在從節(jié)點(diǎn)和主節(jié)點(diǎn)同時(shí)按鍵時(shí)（針對(duì)該從節(jié)點(diǎn)的車門），這兩個(gè)按鍵均無效，車窗電機(jī)立刻停止。 　　考慮到成本的原因，僅通過采集電機(jī)的反饋電流來判斷車窗是否上升到頂部或下降到底部。由電機(jī)的特性曲線，設(shè)定出堵轉(zhuǎn)電流值Imax，若所反饋的電流大于或等于該值，則控制器能判斷出到了極限位置，進(jìn)而停止車窗的升降。這樣的設(shè)計(jì)仍可能會(huì)出現(xiàn)問題，那就是由于各個(gè)車門的制造安裝工藝不同，再加上導(dǎo)槽橡膠的老化變形等，可能會(huì)產(chǎn)生燒毀電機(jī)的情況。為此，在自動(dòng)下降的過程，我們啟動(dòng)另一個(gè)定時(shí)器。即從自動(dòng)下降開始時(shí)刻，在一定時(shí)間內(nèi)電機(jī)必須停止。由于我們是根據(jù)開關(guān)的有效性來動(dòng)作電機(jī)的，同時(shí)由于系統(tǒng)沒有自動(dòng)上升功能，所以上升部分并不存在這樣的問題。 　　在從節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，由于空間的限制和成本上的考慮，并沒有采用外部晶振。對(duì)于普遍存在的內(nèi)部晶振的不準(zhǔn)確性，采取如下的處理方式：將所用的從節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)，通過示波器測(cè)量LIN同步場(chǎng)（0x55）的比特率，通過與設(shè)定值比較，確定的內(nèi)部晶振的偏差，再通過QC16的內(nèi)部晶振補(bǔ)償寄存器，來使內(nèi)部晶振變得更準(zhǔn)確。這樣做的主要原因是可以直接將已經(jīng)寫好的用于主節(jié)點(diǎn)的LIN通信程序燒寫到從節(jié)點(diǎn)中，只是在系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)置方面稍作改動(dòng)。當(dāng)然，LIN總線對(duì)晶振誤差的要求并不十分苛刻。一般情況下同批產(chǎn)品不經(jīng)補(bǔ)償或補(bǔ)償值相同也是可以的，這在大批量生產(chǎn)中相當(dāng)重要。 　　在整個(gè)的控制邏輯中，當(dāng)駕駛員按下兒童鎖后，不能通過控制其它三個(gè)車門的按鍵來控制車門上升和下降，所對(duì)應(yīng)的工作指示燈也熄滅，表明從節(jié)點(diǎn)自己不可控制自己電機(jī)的升降。從節(jié)點(diǎn)通過判斷LIN數(shù)據(jù)的變化情況，來確定自動(dòng)下降或點(diǎn)動(dòng)下降或點(diǎn)動(dòng)上升。 　　在電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方面，為了節(jié)省成本，采用了普通的繼電器而不是功率芯片。電路原理如圖2所示： [align=center] 圖2（a）電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖[/align] [align=center] 圖2（b） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖[/align] 　　當(dāng)UPPIN或DOWNPIN（圖2（b））所對(duì)的單片機(jī)輸出腳為高電平時(shí)，二極管導(dǎo)通，TURN或UTURN被拉低，從而使圖2（a）中的繼電器工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)上升或下降的LIFTM1或LIFTM2便與蓄電池連接，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。圖2中的AD6是電機(jī)電流反饋的輸入端，其接到單片機(jī)AD的一個(gè)輸入口，用于判斷電機(jī)是否上升至最高點(diǎn)或下降到最低點(diǎn)。 　　目前，設(shè)計(jì)的基于LIN總線的電動(dòng)車窗模塊已經(jīng)造出樣機(jī)并調(diào)試完畢，正在進(jìn)行路試。圖3是實(shí)物圖。 [align=center] 圖3（a）駕駛員門模塊 圖3（b）其他車門模塊[/align] 結(jié)語 　　網(wǎng)絡(luò)化控制是現(xiàn)在車身附件控制的發(fā)展趨勢(shì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的車門系統(tǒng)，采用LIN總線的車窗控制系統(tǒng)減少了不少的線束，同時(shí)可以通過軟件的方式增加很多功能。由于新加LIN節(jié)點(diǎn)并不需要改變?cè)芯W(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)，升級(jí)換代也變得容易。試驗(yàn)證明，所設(shè)計(jì)LIN總線車門模塊除滿足了傳統(tǒng)線束式車門的所有功能要求外，還增加了自動(dòng)下降、延遲鎖死等功能。隨著汽車電子化的發(fā)展，可以肯定的是，LIN總線將在車身附件控制中發(fā)揮越來越大的作用。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：考慮到駕駛員車門可對(duì)其他乘員車門進(jìn)行操作以及減少線束和系統(tǒng)成本的考慮，采用了以駕駛員車門模塊為主節(jié)點(diǎn)、其他車門為從節(jié)點(diǎn)的LIN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在此系統(tǒng)中，所選的元器件最大限度地考慮系統(tǒng)的成本和可靠性的要求，便于真正產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)，系統(tǒng)還加入了自動(dòng)下降、關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)延遲無效等功能，增加了產(chǎn)品特色。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] Lin Specification package revision 1.3, Motorola 　　[2] Lin Specification package revision 2.0, Motorola 　　[3] MC68HC908QC16 datasheet 　　[4] 常越編著，M68HC08單片機(jī)原理及C語言開發(fā)實(shí)例 北京航空航天大學(xué)出版社 　　[5] 王玉 李晶皎 王暄 Freescale MM908E625 的LIN 總線在自動(dòng)細(xì)紗機(jī)中的應(yīng)用，微計(jì)算機(jī)信息，2006 年第22卷第3-2期