LIN總線技術及其應用研究

LIN從節點應用設計

　　本文采用NXP推出的本地互聯網絡I/O附屬擴展芯片UJA1023，可協助構建高性價比、高可靠度的車內LIN網絡。雖然，該芯片起初的設計初衷是應用在高檔轎車行業，但由于該芯片的高集成性和可靠性等特點，完全能夠用于諸如電力工業領域等。UJA1023 是一個獨立的可應用于本地互聯網絡(LIN)I/O的從節點，它可以代替傳統的電子控制單元中所使用的基本部件，這些電子控制單元用于對I/O進行控制。

　　UJA1023 芯片內包含一個LIN 2.0 控制器，一個集成的LIN收發器，并同時兼容LIN1.3 規范。同時還包括8個可通過LIN總線進行配置的I/O端口。UJA1023 具有自動比特率同步電路，可以在1kbit/s 至20kbit/s 范圍內與主節點保持同步，因此芯片內集成了一個晶振。
　　LIN協議由芯片自動進行處理，從節點的地址NAD和幀識別符(frame Identifier)的設置由主請求命令(master request)和從響應命令(slave response)以菊花鏈方式或即插方式完成。8 個雙向I/O引腳可由LIN總線命令進行配置，并且可以具有以下的功能：

輸入功能

　　·標準輸入引腳；

　　·本地喚醒；

　　·邊沿捕獲；

　　·模擬信號輸入引腳；

　　·開關矩陣(與輸出引腳配合使用)。

輸出功能

　　·標準輸出引腳，可配置為高邊驅動、低邊驅動、推拉驅動模式；

　　·周期(循環)偵聽模式用于本地喚醒；

　　·PWM模式，例如，驅動轎車后燈；

　　·開關矩陣(與輸入引腳配合使用)。

配置流程

　　UJA1023可通過LIN命令幀，即主請求命令和從響應命令以報文鏈的形式完成配置。主請求命令發送配置數據，而主請求命令的目標從節點在收到命令后將發送相應的數據給主節點作為響應。圖3所示為UJA1023的配置流程，其中主請求命令和從響應命令之間井然有序的配合就是一種“握手”的概念。

UJA1023應用實例

 
圖4 通用I/O口應用

　　由圖4所示。單片UJA1023具有8個I/O口可作為通用I/O口使用。在圖4中，P0、P1用于讀入開關量的值。P3用于驅動發光二極管。P5通過功率放大可驅動電機。P7則對模擬量進行采集，P2還可以驅動繼電器，因而UJA1023在繼電保護中也有“用武之地”。

多片UJA1023應用

　　使用即插方式，通過“單主多從”的方式，將多片UJA1023連成網絡形式的應用。由圖5所示為由1個主節點和8個從節點組成的基于單主多從模式的LIN網絡。由圖可知，每個從節點有8路I/O，因此該網絡總共有多達64路的控制口。可進行多種形式的多路控制。其特點就是應用靈活，配置方便，擴展性強，成本低廉，可靠性高。值得一提的是，圖5只是一個子網絡，如果需要更多的端口，完全可以按圖5的形式進行多網絡擴展，而網與網之間可以通過網關來連接。

 
圖5  基于單主多從模式的LIN網絡

　　該形式十分適合于如圖6所示的電力系統繼電保護應用中。下位低頻低壓減載裝置的設計目的是完成35kV系統根據電力系統頻率和電壓變化，按預定的控制方案切除電力負荷。

 
圖6 系統總體框圖

　　圖6中每臺低頻減載裝置中的內部結構的設計思想，以圖5為參考，一個裝置中包含一個基于單主多從的子網絡，即含有多片UJA1023，而每片芯片的Ｉ/O口驅動若干的繼電器，以在必要時控制繼電器以切除負載。

結語

　　由以上的分析不難得出結論，在工業自動化領域，對于數據的傳輸速率要求不高的傳感器、數字量I/O、顯示和執行部件的控制連接固然可以使用CAN，但是這樣可以會造成浪費。在這種情況下，LIN的成本廉價，抗干擾性強，使用單線連接的優越性就體現出來了。此外，在家用電器中也可使用LIN總線，例如在洗衣機中，微處理器通過LIN總線的傳感器進行水位、水流、水溫的測量，通過連在總線上的電動閥進行給水和排水控制。因此 LIN總線技術的應用范圍遠不是局限于汽車工業，而在其他領域也同樣有著不可忽視的廣闊應用前景和現實意義。

參考文獻：
1.LIN Consortium, "LIN Specification, Version 1.3", www.lin-subbus.org, December 2002.
2. LIN Consortium, "LIN Specification, Version 2.0, Draft 11", www.lin-subbus. org, unpublished.
3. Philips Semiconductors  UJA1023 LIN-I/O slave product data sheet.
4. Bosch. CAN Specification (Version 2. 0)
5. Motorola Inc. Local Interconnect Network Demonstration [Z] . 2000