LIN總線技術在汽車智能燈控系統中的應用

摘 要：結合汽車智能燈控模塊設計的項目實踐，詳細介紹了LIN總線技術在燈控模塊中的應用，并給出了LIN總線的硬件接口電路設計和軟件設計思想。

關鍵詞：LIN總線技術；C167CS微控制器；收發器

引言

隨著現代電子技術的不斷發展和電子技術在汽車系統中的不斷應用，汽車的各種性能都得到了極大的改善?，F代駕乘人員對汽車各個方面的要求越來越高，如視野性、方便性、舒適性和娛樂性等。新的控制功能隨汽車級別的提升不斷增加，如中央門鎖、燈光控制、玻璃升降、后視鏡調節、天窗控制、座椅調節和點火延時控制等。傳統的控制系統多采用繼電器和獨立模式控制，這使得車內線束過多且布線復雜，從而造成了嚴重的電磁干擾，使系統的可靠性下降。CAN/LIN總線技術的應用，取代了傳統的線束，使信息交換變得安全、迅捷、高效。

汽車中CAN (Controller Area Network)主要用于車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。各控制單元使用特定的總線技術來實現數字/模擬信號在中央控制單元和執行器件、傳感器之間的傳輸。每一個狀態或事件的傳輸都有專門的通道。為了將信息從中央控制單元傳輸到各子單元，每一個子單元都應該有通用、標準的開放式接口?？刂茍绦衅骷蛡鞲衅髂K對于傳輸速率要求不是很高，比如后視鏡定位。所有這些低速率的模塊都不需要使用CAN總線，而可選擇一種相比CAN總線來說價格更低廉而有效的方式——LIN總線。

LIN（Local Interconnect Network）是一種用于汽車中分布式電子系統的新型低成本串行通信網絡。它由汽車廠商開發，專門應用于低端系統，作為CAN的輔助網絡或子網絡。在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，比如智能傳感器和制動裝置之間的通信，使用LIN總線可以大大節省成本。

目前，高/低速CAN和J1850總線已經成為標準的車用網絡總線。這些總線速度極高，具有高抗電磁干擾性和高傳輸可靠性等優越的性能，但價格也較高。大量的車身和安全性能方面的應用對車用網絡總線的性能要求并不太高，只需要一種性價比更高的標準車用網絡總線，而LIN總線正好可以滿足這一需求。因此，目前LIN總線技術正被越來越廣泛的應用到車身電子中。

本文將結合汽車智能燈控系統，介紹LIN總線技術在其中的應用。本文首先介紹的是基于C167CS微控制器和智能功率器件的燈光控制模塊的總體功能設計，然后對于LIN總線技術在汽車智能燈控系統中的具體實施應用，包括LIN總線模塊的硬件接口電路設計和軟件設計做了深入的研究。

1 燈控模塊設計

本文基于英飛凌C167CS微控制器及智能功率器件設計了汽車燈光控制模塊，如圖1、2所示，微控制器采用英飛凌的C167CS-LM（外擴Flash）。子模塊1用于控制所有功率器件的開關動作，同時對系統狀態進行定時監控，并提供合適的反饋信號。反饋信號反映了車燈的故障狀態，子模塊1通過LIN總線將故障診斷信息傳輸到子模塊2。子模塊2接收來自于子模塊1的故障診斷信息，并通過液晶周期地顯示。子模塊2同時還處理來自于儀表盤的車燈控制信息，通過LIN總線傳輸到子模塊1，然后子模塊1根據儀表盤信息作用于相應的功率器件，實現對車燈的開關設置。

系統通過采用LIN總線技術，實現了兩個控制模塊之間車燈信息的實時傳輸。LIN總線硬件接口電路應用英飛凌公司的TLE6258總線LIN收發器,它作為介于協議控制器和物理總線之間的接口，特別適于在汽車和工業應用中的LIN系統中驅動總線。TLE6258還提供空閑工作模式以減少電流消耗，具有短路保護和過溫保護等保護功能。

子模塊1中大量采用了英飛凌智能功率器件，其中BTS724和BTS716是電源MOSFET高位開關（漏極與電源相連），帶電荷泵、輸入的參考地與CMOS兼容以及診斷反饋，而BTS443和BTS134是單通道FET功率管，也稱為低位開關（源極與電源相連），高位開關和低位開關都內嵌保護功能。負載可以是阻性負載、感性負載或容性負載，最適用于帶高浪涌電流的負載，如燈等，從而取代了傳統的繼電器、熔斷器和離散電路的傳統汽車燈光控制方法，避免了采用太多的分立元件，減小了模塊體積，同時提高了模塊的EMC特性。該模塊具有短路保護、過載保護、電流限制、過溫關斷、過壓保護、電源反接保護、掉地與欠壓保護和靜電保護等保護功能。

2 LIN總線簡介

LIN總線是一種串行通信網絡，可以將開關、顯示器、傳感器和執行器等簡單控制設備連接起來，主要用于汽車中的分布式電子控制系統。LIN采用單主機/多從機的總線拓撲結構（沒有總線仲裁），僅使用一根12V信號總線。主節點包含主任務和從任務，從節點只包含從任務。它不需要專門的片上通訊模塊，采用標準串行通信接口USART，速率可達20kbps，總線長度不大于40m。LIN總線作為一種輔助的總線網絡，在不需要CAN總線的優越性能的場合，相比于CAN總線具有更高的性價比。它有如下幾個方面的優點。

● LIN是一種低端網絡系統，可提供簡單的網絡解決方案，支持網絡節點的互操作性，大大減少了系統安裝、調試和接線的成本和時間。

● LIN的通信量小、配置靈活，采用單線連接及單主機/多從機的通信結構（無需總線仲裁），可保證低端設備及電子控制單元簡便、快捷的實時通信。

● 通過主機節點可將LIN與上層網絡（如CAN）相連接，實現LIN的子總線輔助通信功能，從而優化網絡結構，提高網絡效率和可靠性。

● LIN的協議是開放的，任何組織和個人無需支付費用即可獲取。

LIN規范包括三個主要部分：LIN協議規范部分（說明LIN的物理層和數據鏈路層）、LIN配置語言部分（說明LIN配置文件的格式）和LIN API部分（說明網絡與應用程序間的接口）。

LIN協議的通信機制和幀結構如圖3所示，LIN網絡中的每個節點都有一個從任務模塊，主節點還包含一個主任務模塊。幀頭由主任務發出，包括同步間隙、同步場和信息標識符。所有節點中的從任務（包括主節點）對信息標識符進行濾波，并發回數據場和校驗場。字節場采用SCI/UART串行數據格式。

3 LIN總線技術在汽車智能燈控系統中的應用

汽車燈光控制模塊的控制實際上是根據車燈的狀態信息及駕駛員對車燈狀態的要求來實現的。車燈的狀態信息主要是故障信息的反饋，駕駛員對車燈狀態的要求通過儀表盤的車燈按鈕來傳遞。本汽車燈光控制模塊為了便于整車安裝，分成兩個子模塊，如圖4所示。子模塊1負責根據儀表盤車燈按鈕的狀態控制功率器件開關動作，同時監控車燈狀態，提供反饋信號，并根據反饋信號判斷車燈的故障狀態。子模塊2負責采集儀表盤車燈按鈕信息，同時用LCD顯示出目前車燈的故障狀態信息。