LIN总线车身控制系统中智能节点的设计与实现:can总线控制系统

　　[摘要]介绍基于LIN总线车身控制系统中智能节点的硬件设计与软件实现,它主要由单片机和可编程的LIN通信控制器组成。其中软件设计主要介绍从节点的中断处理函数。实际应用证明,该设计具有成本低,控制系统简单,易于实现等特点,具有一定的使用价值。
　　[关键词]LIN总线节点TJA1020MC33291L
　　中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110016-01
　　
　　汽车总线系统根据控制对象不同分为车身总线系统(如车窗、空调、照明等)和动力总线系统(如ABS系统、自动变速箱等)。由于CAN总线主要针对汽车中对实时性要求很高的动力系统而设计的,成本较高,因此该总线在汽车的车身总线系统中特别是在中低挡汽车上的应用受到很大的限制,LIN总线在应用方面,国外一些著名的汽车厂商如奔驰、奥迪等都提出和制订了完整的LIN总线解决方案,一些配套厂家也在加大投入,研制、开发和生产LIN总线车身电子控制系统的车用电子产品,并得到了成功的应用。
　　
　　一、LIN总线
　　
　　LIN(Local Interconnect Network)总线是多家汽车制造商和半导体公司为降低通讯成本、提高性能所提出的A类网络通讯标准。它是一个Master/Slave的单主多从的结构,数据传输速率可达20Kbps。LIN基于SCI(串行通信接口)/UART(通用异步接收发送)硬件接口,属于低速、单总线通信系统。它采用单主多从的组织结构和主从式时间触发协议,多节点可同步接收。报文帧的长度在0～8字节之间。具有求和校验和检错机制,能判断出网络中的故障节点[1]。在汽车内部构成分布式电子系统,用于汽车座椅、门锁、顶蓬、雨刷、门镜等设备之间的数据传输与操作。
　　
　　二、系统结构
　　
　　整个硬件系统是由控制器AT89C51、收发器TJA1020组成智能主节点。P89LPC921、收发器TJA1020和智能开关MC33291等组成智能从节点,[2-3]如图1。主站接收开关信号之后,先进行分析处理,然后通过LIN总线把控制指令发送到各受控端,各受控端响应后作出相应的动作,从站控制端只接收主控端的指令,按主控端的要求执行,并把执行的结果反馈给主控端。
　　
　　三、现场节点硬件资源
　　
　　(一)收发器芯片TJA1020工作模式
　　TJA1020是LIN主/从协议控制器和LIN物理总线之间的接口。主要用作车辆中的副网络。它使用的波特率可从2.4到20Kbits/s。控制器在TXD管脚输入的发送数据流通过LIN收发器转换成LIN总线信号,并由收发器控制转换速率和波形,减少EME。LIN总线的输出管脚通过一个内部终端电阻拉成高电平,收发器在LIN总线的输入管脚检测数据流并通过管脚RXD发送到微控制器。
　　TJA1020工作方式:
　　TJA1020有两种正常工作模式。一种中间模式和一种低功耗的模式。
　　1.睡眠模式。这种模式是TJA1020最省电的模式,也是上电后(第一次电池供电)的默认模式。此模式下电流消耗极低,TJA1020可以通过引脚LIN远程唤醒或通过引脚NWAKE本地唤醒或通过引脚NSLP直接激活。LIN接收器的引脚NWAKE、NSLP上配有输入滤波器,可防止由于汽车瞬态干扰或EMI干扰造成的不必要唤醒。
　　2.普通斜率模式。普通斜率模式中,收发器可以通过LIN总线接收和发送数据,接收器检测LIN总线输入引脚的数据流,并将数据流通过引脚RXD发送到微控制器,在TXD输入的协议控制器发送数据流通过LIN收发器转换成总线信号,并控制回转速率和波形以减少EME。
　　3.低斜率模式。普通斜率模式和低斜率模式的唯一不同点是发送器的行为。低斜率模式中,发送器的输出级用加长的上升和下降斜时间来驱动LIN总线。这将大大减少在普通斜率模式中相对显著的EME。低斜率模式适用于对发送器的速度要求不很严格的应用。
　　
　　(二)智能开关MC33291L
　　MC33291具有八路输出,它带有低电压的八位串行输入控制,在自动化领域是作为一个多功能电路芯片,它本身带有一个微控制器,驱动继电器用的摩托罗拉公司的MC33291L。该芯片具有以下优点:跟MCU的接口为标准TTL电平,可以直接与微处理器连接而不需要电平转换电路;通信方式为国际标准的通信接口;输出可以直接驱动12V的感性、容性或阻性负载,芯片共提供8路输出,每一路的驱动电流均可提供1A;采用隔离供电方式,输入逻辑电路部分采用5V供电,输出功率电路部分采用12V供电,这就保证了MCU与负载之间的电气隔离,提高了系统的抗干扰性能;此芯片还具有过热、输出短路等完善的保护功能,这使得系统在汽车环境中的可靠运行得到了保证。
　　
　　四、结束语
　　
　　LIN总线技术除了在汽车行业中应用外,LIN还可以作为工业现场总线系统中的局部总线,用于仪表,开关,继电器以及小型电机之间的通信。LIN总线在降低成本和标准化方面的突出优势,特别在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合,使用LIN总线可大大节省成本。LIN总线技术必将得到迅速的发展,在汽车电子领域中得到越来越广泛的应用。
　　
　　
　　参考文献:
　　[1]J.W.Specks,A,Rajnák,.LIN-Protocol,Development Tools,and Software Interfaces for Local Interconnect Networks in Vehicles.,9th Congress on Electronic Systems for Vehicles,Baden-Baden,Germany,Oct.5/6,2000.
　　[2]邬宽明,CAN总线原理和应用系统设计,北京:北京航空航天大学出版社,1996.
　　[3]https://www.省略.
　　
　　作者简介:
　　赵洪玉,男,工程师,就职于北华大学工程训练中心。
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