基于LIN總線的車燈控制系統(tǒng)設(shè)計

時間：2007-06-28 10:27:00

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[導(dǎo)讀]基于CAN總線的汽車車身控制已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。但隨著車上總線節(jié)點的增加以及電子技術(shù)向中低檔汽車延伸的發(fā)展趨勢，其相對較高的實現(xiàn)成本就成為一種障礙。成本較低的LIN總線應(yīng)運而生。

基于CAN總線的汽車車身控制已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。但隨著車上總線節(jié)點的增加以及電子技術(shù)向中低檔汽車延伸的發(fā)展趨勢，其相對較高的實現(xiàn)成本就成為一種障礙。成本較低的LIN總線應(yīng)運而生。LIN總線硬件的實現(xiàn)是基于普通的串行通信接口（SCI），甚至在子節(jié)點中可以用普通I/O口加上定時器進行模擬。LIN的目標(biāo)應(yīng)用是不需要CAN的性能、帶寬及復(fù)雜性的低端系統(tǒng)，如車門控制模塊、座椅調(diào)節(jié)、車燈控制和空調(diào)系統(tǒng)中傳感器和執(zhí)行器之間的通信。通常LIN子總線是現(xiàn)有的CAN網(wǎng)絡(luò)的擴充，與CAN網(wǎng)絡(luò)一起形成汽車的控制網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，由于其成本較低，也可以獨立用于不是特別復(fù)雜的車身控制網(wǎng)絡(luò)中。

車燈控制系統(tǒng)對實時性要求不高，但車燈控制模塊連接的傳感器和執(zhí)行器較多，因此LIN總線非常適用于這一系統(tǒng)的控制?；贚IN總線的車燈控制系統(tǒng)使用LIN總線實現(xiàn)車燈傳感器和控制器之間的通信，其優(yōu)點是硬件電路簡單、控制層次分明、節(jié)點成本低。

車燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制

目前，大多數(shù)汽車燈光的控制都由手動操作完成。可能帶來的問題是，在夜晚行駛中兩車相會時，燈光弱的汽車給燈光強的汽車會燈，而燈光強的汽車卻不給燈光弱的汽車會燈，從而使燈光弱的汽車受對方遠光照射造成眩目，容易造成交通事故；在白天行駛中，有時要過涵洞或隧道，因里面黑暗需開大燈，但當(dāng)車通過后，司機有時會忘記關(guān)閉大燈行駛。

為了解決這個問題，自動燈光控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，如豐田皇冠的自動燈光控制系統(tǒng)和寶馬530i的車燈自動照明裝置等。整個車燈控制過程實現(xiàn)完全的智能控制，反應(yīng)靈敏，工作可靠，有效避免了因汽車燈光依賴人工操作而造成的交通事故。

典型的汽車自動燈光系統(tǒng)主要由感光器（即傳感器）、電子控制器（簡稱控制器）和選擇開關(guān)三大部分組成。感光器裝在儀表板頂上，光束透過擋風(fēng)玻璃進入，感光器內(nèi)的光敏電阻阻值隨著感光強度的變化而變化。控制器裝在儀表板內(nèi)，通過繼電器及晶體管放大電路來控制各燈光電路的工作。選擇開關(guān)裝在儀表板上，可以選擇自動模式控制車燈，也可以選擇手動模式控制車燈系統(tǒng)。

根據(jù)實際應(yīng)用需求，制定出以下車燈控制策略：白天時，各種燈光均應(yīng)熄滅；黃昏時，由于外面的光線昏暗，將尾燈和駐車燈點亮；夜晚時，由于外面的光線更弱，將遠光燈點亮，并將駐車燈熄滅；兩車交會車時，為了避免對方駕駛?cè)藛T眩目，應(yīng)使近光燈點亮，此時，尾燈仍亮，會車后，將近光燈熄滅，點亮遠光燈；夜晚模式下，車輛左轉(zhuǎn)，關(guān)遠光燈，開近光燈和左側(cè)燈，左轉(zhuǎn)后，關(guān)近光燈和左側(cè)燈，開遠光燈，右轉(zhuǎn)時，控制方法相似。

為了實現(xiàn)這一車燈控制策略，本設(shè)計采用如圖1所示的汽車車燈控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

圖1 汽車車燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由1個主節(jié)點和4個從節(jié)點構(gòu)成（分別為左側(cè)前方車燈、右側(cè)前方車燈、左側(cè)后方車燈和右側(cè)后方車燈）。主節(jié)點接收來自傳感器和CAN總線的信號，經(jīng)過一定處理后，發(fā)送不同報文幀頭，以實現(xiàn)白天、傍晚、晚上、會車、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)各個模式或組合模式下，各從節(jié)點車燈的狀態(tài)控制。從節(jié)點1和從節(jié)點2包括遠光燈、近光燈和測向燈，從節(jié)點3和從節(jié)點4包括尾燈和駐車燈。此外，如果對于主節(jié)點發(fā)出的報文幀，從節(jié)點沒有響應(yīng)，則主節(jié)點上的報錯指示燈點亮，并可以顯示出是哪個從節(jié)點發(fā)生了故障。

LIN總線簡介

LIN總線是一種低成本的串行通信網(wǎng)絡(luò),用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN 通信基于SCI(UART)數(shù)據(jù)格式，僅使用一根12V 信號總線，通信速率最高可達20Kb/s。通常一個LIN 網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點數(shù)目小于12個，總線長度不超過40m。LIN總線采用單主節(jié)點/多從節(jié)點的通信模式，主節(jié)點有一個主發(fā)送任務(wù)和一個從通信任務(wù)。從節(jié)點只有一個從通信任務(wù)，該通信任務(wù)分為發(fā)送任務(wù)和接收任務(wù)。一個LIN 網(wǎng)絡(luò)上的通信總是由主發(fā)送任務(wù)發(fā)起的。主節(jié)點發(fā)送一個報文頭，該報文頭由同步間隔場、同步場和報文標(biāo)志符場所組成。相應(yīng)的，在接受并且濾除報文標(biāo)識符后，一個從任務(wù)被激活并且開始本報文幀的應(yīng)答傳輸。

作為一種輔助總線，在不需要CAN總線高性能的場合，使用LIN總線可以大大降低成本。

Freescale半導(dǎo)體公司的LIN開發(fā)平臺（LIN DEMO）系統(tǒng)提供了完整的軟件和硬件，用戶可以在此平臺上很快的搭建起LIN控制網(wǎng)絡(luò)。其中，軟件部分包括了標(biāo)準(zhǔn)的LIN底層驅(qū)動軟件。本設(shè)計正是利用了Freescale LIN API中的標(biāo)準(zhǔn)LIN底層驅(qū)動，在MC68HC908GZ60芯片上實現(xiàn)了車燈控制系統(tǒng)的開發(fā)。
Freescale LIN API中提供了許多與LIN總線通信相關(guān)的函數(shù)，利用這些函數(shù)，可以很方便地實現(xiàn)LIN通信。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

汽車車燈控制系統(tǒng)要求當(dāng)用戶按下操作按鈕時，車燈能及時地做出相應(yīng)的響應(yīng)；同時，當(dāng)車燈發(fā)生故障時，用戶能得到相應(yīng)的故障信息。該控制系統(tǒng)對實時性要求不是很嚴格，屬于汽車低速通信網(wǎng)絡(luò)。因此使用最高傳輸速率為20Kb/s的LIN總線對車燈控制，既可以滿足控制要求，又可以降低成本，是非常合適的。

MC68HC908GZ60芯片（48引腳）具有１個ESCI通道、2個定時器通道、1個CAN通道和15個A/D轉(zhuǎn)換通道。LIN通信僅占用了該芯片的ESCI接口用于與LIN收發(fā)器相連；一個定時器通道用于確定LIN通信中的定時；還有很多功能和通道可以用于擴展其他用途。選用LIN總線單線物理接口器件MC33399作為LIN收發(fā)器，LIN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 LIN模塊硬件結(jié)構(gòu)圖

MC33399收發(fā)器支持的傳輸速率為1～20Kb/s，提供了正常和睡眠兩種工作模式。INH引腳連接到電源管理芯片的INH引腳，可以控制電源電壓調(diào)節(jié)器的工作模式，減小睡眠時的功耗。EN引腳由GZ60的PTE2引腳控制，當(dāng)PTE2=1時，MC33399使能，進入工作模式；當(dāng)PTE2=0時，MC33399禁能，進入睡眠狀態(tài)，從而達到減小功耗的目的。Tx、Rx引腳分別與GZ60的PTE0、PTE1引腳相連，通過該ECU的ESCI模塊來實現(xiàn)LIN總線的收發(fā)功能。由于不采用喚醒模式，Wake引腳通過電阻R4接地。其中，只有主節(jié)點的LIN引腳需要通過二極管和1kΩ電阻拉高，從節(jié)點所需的30kΩ上拉電阻已經(jīng)集成在MC33399中，所以從節(jié)點無須外接上拉電阻，如圖3所示。

圖3 MC33399接口電路

由于LIN是單線傳輸協(xié)議，總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要一個共同的基準(zhǔn)地，所以在連接各個節(jié)點時，要保證各個節(jié)點電平的共地性，才能使總線正常可靠地通信。

車燈控制系統(tǒng)中的主節(jié)點同時也是CAN/LIN網(wǎng)關(guān)，負責(zé)將LIN總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺AN總線上，GZ60的一個CAN通道用來提供與CAN總線的接口。CAN總線收發(fā)器選用Freescale公司的MC33388。該收發(fā)器支持的最高CAN速率為125Kb/s，在睡眠模式下，功耗很小。CAN模塊的硬件電路如圖4所示。

圖4 MC33388接口電路

系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

基于LIN總線的車燈控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。上電后，各節(jié)點控制器對CONFIG、PORT和ESCI模塊進行初始化操作，由于LIN總線通信定時由主節(jié)點定義，主節(jié)點控制器還需要對T1CH0模塊初始化。主節(jié)點控制器監(jiān)測各個按鍵的狀態(tài)，當(dāng)有按鍵被按下后，主節(jié)點判斷該按鍵對應(yīng)的車燈控制模式，然后向LIN總線發(fā)送帶相應(yīng)標(biāo)識符場的報文頭（ID∈[10 11 12 13]），啟動一次主節(jié)點向從節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的LIN總線通信。等待LIN總線處理該報文幀之后，主節(jié)點啟動一次從節(jié)點向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的LIN總線通信（ID∈[14 15 16 17]），該從節(jié)點即為前一次LIN總線通信中，接收到主節(jié)點命令的從節(jié)點。如果主節(jié)點接收到的從節(jié)點數(shù)據(jù)與理論上應(yīng)該收到的數(shù)據(jù)不符，主節(jié)點上的報錯指示燈點亮，并可以顯示發(fā)生故障的從節(jié)點號碼。造成從節(jié)點故障的原因可能是從節(jié)點脫離LIN總線，或者從節(jié)點上的執(zhí)行器發(fā)生故障。