LIN总线在电动车窗系统控制中的应用

引言

　　LIN总线是一种用于汽车分布电子系统的新型低成本串行通讯网络，其目标是为现有汽车网络（例如CAN总线）提供辅助功能。LIN总线瞄准一些低端应用，在这些应用中每个节点的通讯成本都必须大大低于CAN，而且不需要CAN的高性能、高带宽和多功能等。它相对于CAN的成本节省主要是由于采用单线传输、硅片中硬件或软件的低实现成本，以及无需在从属节点中使用石英或陶瓷谐振器等。

　　相对于发动机和底盘系统控制，车身附件系统控制对安全性和可靠性等要求并不高，而车身附件所具有的各种开关，正是车辆线束复杂的重要原因。LIN总线能大量节省线束，以及易于升级换代和便于实现诊断功能的特点，正使它成为车身电子最重要的发展方向。作为车身附件的重要组成部分，同时驾驶员车门可以对其他成员车门进行控制，电动车窗采用LIN总线控制方式无疑很好的选择。

LIN总线的通信过程

　　相对于CAN总线的各节点发送消息的无序性，LIN总线网络中存在一个主节点，它是所有节点通信的发起者，虽然通信速率较低（1-20Kbps），但它本质属于延迟时间确定性网络。需要通信时，主节点线发送一个Break（一般长度大于或等于11bit位），主要目的是为了产生一个帧格式错误（FrameError）。然后主节点将发送1字节的同步场（0x55）,以便各从节点充分地同步，而后将发送1字节的ID位，从节点在收到ID后，根据协议解析出是否向总线上发送数据或接受数据或不做任何响应。LIN总线数据一般为0-8字节（LIN1.3及以前版本数据字节数位0、2、4、8byte）。在主节点或从节点发送完数据后，将发送1字节的数据校验（Checksum），接受数据节点将依据其判断数据的正确性，从而确定是否接受发来的数据。

图1LIN总线的数据帧结构

车门模块网络的工作原理

　　由于驾驶员车门除了要控制本车门上的车窗升降，还需控制乘客车门上的车窗升降，所以将驾驶员车门的车窗控制模块作为主节点，其他乘客车门的车窗控制模块作为从节点。考虑成本和软件设计的方便性，乘客车门的车窗控制模块采用了相同的硬件。在本次设计中，驾驶员车门模块控制器上采用了Freescale的8位单片机——MC68HC908QC16，同时考虑到数量对成本的影响，且QC16与其低级产品（QC4、QC2）的价格相差不多，从节点我们也采用了与主节点相同的芯片。从下文可以看出，这种选择是合适的。再考虑到要最大限度地节省线束的原因，在整个车窗控制网络中采取了分布式的驱动控制方式。即主节点的摇窗电机的驱动由主节点独立控制，从节点的驱动也由从节点各自实现。

　　相对于传统的SCI，QC16所带有的ESCI（enhancedSCI）为LIN网络设计提供了更大的方便，包括自由选择Break的长短和更为灵活的波特率设计等。LIN收发器芯片我们采用Freescale的兼容LIN2.0协议的MC33661通信芯片。考虑到总线对电源的要求和系统成本，电源芯片采用了LM2931。

　　在此LIN网络中，主节点（驾驶员车门模块）的主要任务是采集四个车窗的上升和下降信号，另加一个儿童锁（用以锁止从节点车窗控制器的工作）和一个点火开关信号，同时控制整个网络通信的发起，即各数据帧之间的时间间隔。在硬件设计中，每个微动开关都占用一个I/O口，默认无效的状态为高电平，我们采取了内部拉高的方式。当按下或拔起相应的开关时，对应的I/O输入端变为低电平。为了实现驾驶员车窗的自动下降功能，将其对应的输入接到了定时器模块的输入捕捉通道上，这样就可以通过捕捉下降沿来开始计时，从而区别出手动和自动状态（按键时间300ms,自动）。对于点火开关信号，设计要求为只有在点火开关的信号有效时，各车窗才可以升降，而在点火开关关闭的60s内，仍认为其处于有效状态。另外，还需将点火开关和儿童锁信号的有效性通过LIN总线数据位的某些数据值体现出来，从节点通过判断这些数据位的数值便可得到相应的状态信息，从而控制相应的电机动作。