LIN总线技术在汽车智能灯控系统中的应用

摘 要：结合汽车智能灯控模块设计的项目实践，详细介绍了LIN总线技术在灯控模块中的应用，并给出了LIN总线的硬件接口电路设计和软件设计思想。

关键词：LIN总线技术；C167CS微控制器；收发器

引言

随着现代电子技术的不断发展和电子技术在汽车系统中的不断应用，汽车的各种性能都得到了极大的改善。现代驾乘人员对汽车各个方面的要求越来越高，如视野性、方便性、舒适性和娱乐性等。新的控制功能随汽车级别的提升不断增加，如中央门锁、灯光控制、玻璃升降、后视镜调节、天窗控制、座椅调节和点火延时控制等。传统的控制系统多采用继电器和独立模式控制，这使得车内线束过多且布线复杂，从而造成了严重的电磁干扰，使系统的可靠性下降。CAN/LIN总线技术的应用，取代了传统的线束，使信息交换变得安全、迅捷、高效。

汽车中CAN (Controller Area Network)主要用于车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。各控制单元使用特定的总线技术来实现数字/模拟信号在中央控制单元和执行器件、传感器之间的传输。每一个状态或事件的传输都有专门的通道。为了将信息从中央控制单元传输到各子单元，每一个子单元都应该有通用、标准的开放式接口。控制执行器件和传感器模块对于传输速率要求不是很高，比如后视镜定位。所有这些低速率的模块都不需要使用CAN总线，而可选择一种相比CAN总线来说价格更低廉而有效的方式——LIN总线。

LIN（Local Interconnect Network）是一种用于汽车中分布式电子系统的新型低成本串行通信网络。它由汽车厂商开发，专门应用于低端系统，作为CAN的辅助网络或子网络。在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通信，使用LIN总线可以大大节省成本。

目前，高/低速CAN和J1850总线已经成为标准的车用网络总线。这些总线速度极高，具有高抗电磁干扰性和高传输可靠性等优越的性能，但价格也较高。大量的车身和安全性能方面的应用对车用网络总线的性能要求并不太高，只需要一种性价比更高的标准车用网络总线，而LIN总线正好可以满足这一需求。因此，目前LIN总线技术正被越来越广泛的应用到车身电子中。

本文将结合汽车智能灯控系统，介绍LIN总线技术在其中的应用。本文首先介绍的是基于C167CS微控制器和智能功率器件的灯光控制模块的总体功能设计，然后对于LIN总线技术在汽车智能灯控系统中的具体实施应用，包括LIN总线模块的硬件接口电路设计和软件设计做了深入的研究。

1 灯控模块设计

本文基于英飞凌C167CS微控制器及智能功率器件设计了汽车灯光控制模块，如图1、2所示，微控制器采用英飞凌的C167CS-LM（外扩Flash）。子模块1用于控制所有功率器件的开关动作，同时对系统状态进行定时监控，并提供合适的反馈信号。反馈信号反映了车灯的故障状态，子模块1通过LIN总线将故障诊断信息传输到子模块2。子模块2接收来自于子模块1的故障诊断信息，并通过液晶周期地显示。子模块2同时还处理来自于仪表盘的车灯控制信息，通过LIN总线传输到子模块1，然后子模块1根据仪表盘信息作用于相应的功率器件，实现对车灯的开关设置。

系统通过采用LIN总线技术，实现了两个控制模块之间车灯信息的实时传输。LIN总线硬件接口电路应用英飞凌公司的TLE6258总线LIN收发器,它作为介于协议控制器和物理总线之间的接口，特别适于在汽车和工业应用中的LIN系统中驱动总线。TLE6258还提供空闲工作模式以减少电流消耗，具有短路保护和过温保护等保护功能。

子模块1中大量采用了英飞凌智能功率器件，其中BTS724和BTS716是电源MOSFET高位开关（漏极与电源相连），带电荷泵、输入的参考地与CMOS兼容以及诊断反馈，而BTS443和BTS134是单通道FET功率管，也称为低位开关（源极与电源相连），高位开关和低位开关都内嵌保护功能。负载可以是阻性负载、感性负载或容性负载，最适用于带高浪涌电流的负载，如灯等，从而取代了传统的继电器、熔断器和离散电路的传统汽车灯光控制方法，避免了采用太多的分立元件，减小了模块体积，同时提高了模块的EMC特性。该模块具有短路保护、过载保护、电流限制、过温关断、过压保护、电源反接保护、掉地与欠压保护和静电保护等保护功能。

2 LIN总线简介

LIN总线是一种串行通信网络，可以将开关、显示器、传感器和执行器等简单控制设备连接起来，主要用于汽车中的分布式电子控制系统。LIN采用单主机/多从机的总线拓扑结构（没有总线仲裁），仅使用一根12V信号总线。主节点包含主任务和从任务，从节点只包含从任务。它不需要专门的片上通讯模块，采用标准串行通信接口USART，速率可达20kbps，总线长度不大于40m。LIN总线作为一种辅助的总线网络，在不需要CAN总线的优越性能的场合，相比于CAN总线具有更高的性价比。它有如下几个方面的优点。

● LIN是一种低端网络系统，可提供简单的网络解决方案，支持网络节点的互操作性，大大减少了系统安装、调试和接线的成本和时间。

● LIN的通信量小、配置灵活，采用单线连接及单主机/多从机的通信结构（无需总线仲裁），可保证低端设备及电子控制单元简便、快捷的实时通信。

● 通过主机节点可将LIN与上层网络（如CAN）相连接，实现LIN的子总线辅助通信功能，从而优化网络结构，提高网络效率和可靠性。

● LIN的协议是开放的，任何组织和个人无需支付费用即可获取。

LIN规范包括三个主要部分：LIN协议规范部分（说明LIN的物理层和数据链路层）、LIN配置语言部分（说明LIN配置文件的格式）和LIN API部分（说明网络与应用程序间的接口）。

LIN协议的通信机制和帧结构如图3所示，LIN网络中的每个节点都有一个从任务模块，主节点还包含一个主任务模块。帧头由主任务发出，包括同步间隙、同步场和信息标识符。所有节点中的从任务（包括主节点）对信息标识符进行滤波，并发回数据场和校验场。字节场采用SCI/UART串行数据格式。

3 LIN总线技术在汽车智能灯控系统中的应用

汽车灯光控制模块的控制实际上是根据车灯的状态信息及驾驶员对车灯状态的要求来实现的。车灯的状态信息主要是故障信息的反馈，驾驶员对车灯状态的要求通过仪表盘的车灯按钮来传递。本汽车灯光控制模块为了便于整车安装，分成两个子模块，如图4所示。子模块1负责根据仪表盘车灯按钮的状态控制功率器件开关动作，同时监控车灯状态，提供反馈信号，并根据反馈信号判断车灯的故障状态。子模块2负责采集仪表盘车灯按钮信息，同时用LCD显示出目前车灯的故障状态信息。