CN103419707A - 一种基于lin总线的汽车车灯控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种基于LIN总线的汽车车灯控制系统，由CAN总线、LIN总线、1个主节点（CAN-LIN网关）、4个从节点（分别为左前、左后、右前、右后4个相应位置的车灯节点）、CAN收发线和5个LIN收发器组成，可以实现对车灯实时、准确的控制，降低了车内布线的复杂程度，并提高了车灯控制系统的可靠性和智能性。

Description

一种基于LIN总线的汽车车灯控制系统

技术领域

本发明涉及汽车制造领域，尤其是汽车车灯制造领域。

背景技术

 近几年，我国汽车工业的发展势头迅猛。现代汽车的发展方向更倾向于电子化、智能化、网络化，在这种情况下，电子控制单元与传感器在汽车上的应用更加广泛，由此带来了汽车线束的大幅增加，汽车上越来越多的电子控制单元与传感器使得传统的布线方式无法再满足需要。

LIN(Local Interconnect Network)总线协议是一种建立在通用的 SCI/UART硬件接口上的串行通讯协议，它能将分布在车辆不同位置的智能传感器和执行器连接到车载网络，形成一个单总线、局部互连的通讯网络。作为车载CAN网络的辅助网络，LIN 总线采用的通讯模式是单主机多从机模式，即一个LIN网络是由一个主机节点和若干个从机节点组成的，采用主机发起任务的方式避免总线仲裁，有效地提高了通讯的可靠性。  

LIN协议是面向车辆低端分布式应用的，基于通用UART通讯方式的协议。它作为CAN网络的辅助网络，能够补充车辆内部多重网络，为实现车内网络的分级提供了条件。现阶段，具备UART接口的微控制器都具有了实现LIN通信的硬件基础，它仅使用一根12v的信号总线就可以达到20kbit/s传输速率。LIN的通讯规则是这样的：首先主机任务发送报头开始数据传输，从机接受到主机任务帧头后，发送响应，这样就完成数据传输。报头和响应一起组成了LIN的数据传输单元，报文帧结构如图1所示。

发明内容

本发明设计了一种基于LIN网络的汽车车灯控制系统，能有效地简化汽车车身线束，节省有色金属材料，提高汽车车身电气系统智能化水平。

本系统是由1个主节点和4个从节点组成的。连接CAN网络与LIN网络的是主节点，它作为CAN-LIN网关，与车身CAN网络连接；4个从节点分别为左前、左后、右前、右后4个相应位置的车灯节点，所有的节点之间是通过一条LIN总线连接，其系统结构图如图2所示。

主节点的功能主要是各种开关状态的检测，包括组合开关信号以及来自CAN网络的开关信号。当检测到开关状态发生变化时，主节点将开关状态的信息打包成帧，向4个从节点发送一帧控制信息，从节点接收控制帧，通过解析帧信息完成对车灯的控制，同时还可以监测过压、过流、过温等状态，并记录。主节点从组合开关采集到的信号包括小灯开关信号、远近光灯开关信号、雾灯信号和转向灯信号灯等：主节点从CAN总线上采集到的信号包括倒车灯开关信号和刹车灯开关信号等。从节点向主节点反馈灯的运行状态，通过这些状态可以进行故障的诊断。

在本发明中，主机节点还要发送控制信息给各个从机节点。主节点发送的一帧控制信息中，使用了数据1、数据2和数据3三个字节进行控制，其控制帧定义如图3，其中开关信息占用一个数据字节，包含所有的车灯开关信息，逻辑01表示相应位中车灯开关闭合，逻辑00表示相应位中车灯开关断开。

LIN总线共有3种传输模式：主机到从机、从机到主机、从机到从机。这3种模式的发起都由主机任务来完成，即同步间隔同步场、标识符场、ID场都由主机来发送。当报头由主机任务发送完成后，所有挂在LIN总线上的节点都要接受报头，然后从机判断标示符是否正确再做出响应。另外需要指出的是，主机任务只可能存在于主节点，但从机任务既可以存在于从节点，同时也存在于主节点。按照发动数据的来源，传输的数据又可被分为数据帧和请求帧。数据帧是由主节点主机任务发送的报头与主节点的从机任务发送的响应组成的；请求帧是由主节点的主机任务发送的报头与从节点的从机任务发送的响应组成的。LIN通信结构框图如图4所示。

本发明中设定主节点的ID为OxO1(16进制)，左前从节点的ID为Ox02，右前从节点的ID为0x03，左后从节点的ID为0x04，右后从节点的ID为0x05。

基于LIN总线的车灯控制系统功能主要有：(1)实现LIN节点对车灯的准确、及时的控制；(2)实现对车灯故障诊断功能。在控制中，通过对总线电位和驱动电路中输入、输出、故障诊断引脚的电位等的分析，就可以判断系统是否发生故障。

LIN网络主机节点包含主机任务。它主要是对报文传输进行调度。由于在LIN通讯协议中没有仲裁机制，因此无论哪个从机任务想要发送报文必须先经过主机任务的调度：主机任务发送报头，进行标识符匹配。收到报头的从机发送响应帧。主机的任务流程如图5所示，从机的任务流程如图6所示。

LIN总线的进度表主要的功能是定义了帧在网络中传输的次序，以及帧间的时间间隔，保证了LIN总线不会过载，同时保证了关键信号的周期性和实时性。如果开关量有变化，调用发送，发送数据；完成之后，发送轮询，轮询状态。LIN总线的进度表流程如图7所示。

综上所述，本发明“一种基于LIN网络的汽车车灯控制系统”由CAN总线、LIN总线、1个主节点（CAN-LIN网关）、4个从节点（分别为左前、左后、右前、右后4个相应位置的车灯节点）、CAN收发线和5个LIN收发器组成，其中4个从节点各自通过4个LIN收发器与LIN总线相连；主节点通过另一个LIN收发器与LIN总线相连，并通过CAN收发线与CAN总线相连，系统进行车灯控制的步骤如下：

（1）主节点依次发送间隔场、同步场、标识符场，调用LINSendMsg()函数发送报头，进行标识符匹配，将车灯的开关信息打包发送给每一个从节点；

（2）收到报头的从节点发送响应帧，接收主机节点发送的开关信息，将从节点检测到的故障信息反馈给主节点；

（3）主节点接收来自从节点的响应帧，如果开关量有变化，调用发送，发送数据，完成之后发送轮询，进入轮询状态。

具体实施方式

本发明“一种基于LIN网络的汽车车灯控制系统”由CAN总线、LIN总线、1个主节点（CAN-LIN网关）、4个从节点（分别为左前、左后、右前、右后4个相应位置的车灯节点）、CAN收发线和5个LIN收发器组成，其中4个从节点各自通过4个LIN收发器与LIN总线相连；主节点通过另一个LIN收发器与LIN总线相连，并通过CAN收发线与CAN总线相连，系统进行车灯控制的步骤如下：

（1）主节点依次发送间隔场、同步场、标识符场，调用LINSendMsg()函数发送报头，进行标识符匹配，将车灯的开关信息打包发送给每一个从节点；

（2）收到报头的从节点发送响应帧，接收主机节点发送的开关信息，将从节点检测到的故障信息反馈给主节点；

（3）主节点接收来自从节点的响应帧，如果开关量有变化，调用发送，发送数据，完成之后发送轮询，进入轮询状态。

在本实施例中，主机MCU 选用的是飞思卡尔公司生产的MC9S08DZ128芯片，此款芯片内部集成一个CAN模块和两个SCI模块，可以作为车灯控制模块LIN总线和车身CAN网络总线连接的CAN-LIN网关，从而实现整车网络通讯的一致性。系统采用多路开关检测，使用的器件是MC33975芯片，用它来设计车用多路开关检测接口电路。MC33975是一款可编程多路开关检测接口器件。由于输入信号较多，而且为了后续开发的方便，还需要预留部分信号采集接口，需要3片MC33975才能完成输入信号采集功能。单片机MC33975与MCU的接口原理如图8所示。

CAN/LIN网关节点分别采用PCA82C250芯片和MC33661芯片作为节点的CAN收发器和LIN收发器。由图8可以看出，CAN收发器PCA82C250芯片的RXD引脚和TXD引脚分别与芯片的CAN控制器CANRX引脚和CANTX引脚相连接，经过收发器CAN_L和CAN_H引脚出来的CAN信号具有差分功能。PCA82C250芯片是一款带隔离的容错CAN收发器模块的器件，其内部集成了所有必须的CAN隔离及CAN收发器件。该模块的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平信号转换为CAN总线的差分电平信号，并具有2500 V DC的隔离功能。PCA82C250芯片符合ISO11898-3标准。因此，可以和其他遵从ISO11898-3标准的CAN收发器相互操作。LIN收发器MC33661的TXD、RXD引脚分别与DZ128的TXD、RXD引脚连接。MC33661芯片是LIN主 协议控制器和LIN物理总线之间的接1：3，使用的波特率可以达到20kbit/s，并有着极低的电磁发射EME和高抗电磁干扰性EMI。协议控制器向TXD引脚输入的传输数据流通过LIN收发器转换成总线信号，并由收发器控制回转率和波形，以减少电磁发射EME。收发器在LIN总线的输入管脚监测数据流，并通过RXD管脚发送到微控制器。CAN/LIN网关电路设计简图如图9所示。

从节点M CU选用飞思卡尔公司生产的MC9SOSMP16芯片。MP16是FREESCALE公司开发的专门用于车身底端网络控制节点的低成本芯片，内部集成一个SCI模块、两个PWM模块和多个A/D转换模块，可直接作为LIN网络的从机节点控制器，并能方便地实现对车灯负载的控制及对模拟负载故障信息的采集。

功率驱动芯片选用Infineon的BTS系列驱动芯片，BTS6143D是N沟道FET功率管。内部集成充电泵，电流驱动，并具有负载电流检测的故障反馈功能，包括过载、过温和短路等状态的检测，BTS6143D为单通道输入输出，可实现对负载电流的模拟量诊断反馈；图10显示了灯光驱动电路的设计。

Claims (1)

1.一种基于LIN网络的汽车车灯控制系统，其特征是：由CAN总线、LIN总线、1个主节点（CAN-LIN网关）、4个从节点（分别为左前、左后、右前、右后4个相应位置的车灯节点）、CAN收发线和5个LIN收发器组成，其中4个从节点各自通过4个LIN收发器与LIN总线相连；主节点通过另一个LIN收发器与LIN总线相连，并通过CAN收发线与CAN总线相连，系统进行车灯控制的步骤如下：

（1）主节点依次发送间隔场、同步场、标识符场，调用LINSendMsg()函数发送报头，进行标识符匹配，将车灯的开关信息打包发送给每一个从节点；

（2）收到报头的从节点发送响应帧，接收主机节点发送的开关信息，将从节点检测到的故障信息反馈给主节点；

（3）主节点接收来自从节点的响应帧，如果开关量有变化，调用发送，发送数据，完成之后发送轮询，进入轮询状态。

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