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(diǎn)的增加以及電子技術(shù)向中低檔汽車延伸的發(fā)展趨勢(shì)，其相對(duì)較高的實(shí)現(xiàn)成本就成為一種障礙。成本較低的LIN總線應(yīng)運(yùn)而生。LIN總線硬件的實(shí)現(xiàn)是基于普通的串行通信接口（SCI），甚至在子節(jié)點(diǎn)中可以用普通I/O口加上定時(shí)器進(jìn)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(kuò)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(dú)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(duì)實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)車燈傳感器和控制器之間的通信，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單、控制層次分明、節(jié)點(diǎn)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(dòng)操作完成?？赡軒?lái)的問(wèn)題是，在夜晚行駛中兩車相會(huì)時(shí)，燈光弱的汽車給燈光強(qiáng)的汽車會(huì)燈，而燈光強(qiáng)的汽車卻不給燈光弱的汽車會(huì)燈，從而使燈光弱的汽車受對(duì)方遠(yuǎn)光照射造成眩目，容易造成交通事故；在白天行駛中，有時(shí)要過(guò)涵洞或隧道，因里面黑暗需開(kāi)大燈，但當(dāng)車通過(guò)后，司機(jī)有時(shí)會(huì)忘記關(guān)閉大燈行駛。

    為了解決這個(gè)問(wèn)題，自動(dòng)燈光控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，如豐田皇冠的自動(dòng)燈光控制系統(tǒng)和寶馬530i的車燈自動(dòng)照明裝置等。整個(gè)車燈控制過(guò)程實(shí)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(dòng)燈光系統(tǒng)主要由感光器（即傳感器）、電子控制器（簡(jiǎn)稱控制器）和選擇開(kāi)關(guān)三大部分組成。感光器裝在儀表板頂上，光束透過(guò)擋風(fēng)玻璃進(jìn)入，感光器內(nèi)的光敏電阻阻值隨著感光強(qiáng)度的變化而變化?？刂破餮b在儀表板內(nèi)，通過(guò)繼電器及晶體管放大電路來(lái)控制各燈光電路的工作。選擇開(kāi)關(guān)裝在儀表板上，可以選擇自動(dòng)模式控制車燈，也可以選擇手動(dòng)模式控制車燈系統(tǒng)。

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

    為了實(shí)現(xiàn)這一車燈控制策略，本設(shè)計(jì)采用如圖1所示的汽車車燈控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(gè)主節(jié)點(diǎn)和4個(gè)從節(jié)點(diǎn)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(diǎn)接收來(lái)自傳感器和CAN總線的信號(hào)，經(jīng)過(guò)一定處理后，發(fā)送不同報(bào)文幀頭，以實(shí)現(xiàn)白天、傍晚、晚上、會(huì)車、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)各個(gè)模式或組合模式下，各從節(jié)點(diǎn)車燈的狀態(tài)控制。從節(jié)點(diǎn)1和從節(jié)點(diǎn)2包括遠(yuǎn)光燈、近光燈和測(cè)向燈，從節(jié)點(diǎn)3和從節(jié)點(diǎn)4包括尾燈和駐車燈。此外，如果對(duì)于主節(jié)點(diǎn)發(fā)出的報(bào)文幀，從節(jié)點(diǎn)沒(méi)有響應(yīng)，則主節(jié)點(diǎn)上的報(bào)錯(cuò)指示燈點(diǎn)亮，并可以顯示出是哪個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障。

LIN總線簡(jiǎn)介

    LIN總線是一種低成本的串行通信網(wǎng)絡(luò),用于實(shí)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(hào)總線，通信速率最高可達(dá)20Kb/s。通常一個(gè)LIN 網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)目小于12個(gè)，總線長(zhǎng)度不超過(guò)40m。LIN總線采用單主節(jié)點(diǎn)/多從節(jié)點(diǎn)的通信模式，主節(jié)點(diǎn)有一個(gè)主發(fā)送任務(wù)和一個(gè)從通信任務(wù)。從節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)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(gè)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(diǎn)發(fā)送一個(gè)報(bào)文頭，該報(bào)文頭由同步間隔場(chǎng)、同步場(chǎng)和報(bào)文標(biāo)志符場(chǎng)所組成。相應(yīng)的，在接受并且濾除報(bào)文標(biāo)識(shí)符后，一個(gè)從任務(wù)被激活并且開(kāi)始本報(bào)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(chǎng)合，使用LIN總線可以大大降低成本。

    Freescale半導(dǎo)體公司的LIN開(kāi)發(fā)平臺(tái)（LIN DEMO）系統(tǒng)提供了完整的軟件和硬件，用戶可以在此平臺(tái)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(dòng)軟件。本設(shè)計(jì)正是利用了Freescale LIN API中的標(biāo)準(zhǔn)LIN底層驅(qū)動(dòng)，在MC68HC908GZ60芯片上實(shí)現(xiàn)了車燈控制系統(tǒng)的開(kāi)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(shí)現(xiàn)LIN通信。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    汽車車燈控制系統(tǒng)要求當(dāng)用戶按下操作按鈕時(shí)，車燈能及時(shí)地做出相應(yīng)的響應(yīng)；同時(shí)，當(dāng)車燈發(fā)生故障時(shí)，用戶能得到相應(yīng)的故障信息。該控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是很嚴(yán)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(duì)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(gè)ESCI通道、2個(gè)定時(shí)器通道、1個(gè)CAN通道和15個(gè)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(gè)定時(shí)器通道用于確定LIN通信中的定時(shí)；還有很多功能和通道可以用于擴(kuò)展其他用途。選用LIN總線單線物理接口器件MC33399作為L(zhǎng)IN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(shí)的功耗。EN引腳由GZ60的PTE2引腳控制，當(dāng)PTE2=1時(shí)，MC33399使能，進(jìn)入工作模式；當(dāng)PTE2=0時(shí)，MC33399禁能，進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而達(dá)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(guò)該ECU的ESCI模塊來(lái)實(shí)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(guò)電阻R4接地。其中，只有主節(jié)點(diǎn)的LIN引腳需要通過(guò)二極管和1kΩ電阻拉高，從節(jié)點(diǎn)所需的30kΩ上拉電阻已經(jīng)集成在MC33399中，所以從節(jié)點(diǎn)無(wú)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(gè)共同的基準(zhǔn)地，所以在連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，要保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)同時(shí)也是CAN/LIN網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)將LIN總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺AN總線上，GZ60的一個(gè)CAN通道用來(lái)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(diǎn)控制器對(duì)CONFIG、PORT和ESCI模塊進(jìn)行初始化操作，由于LIN總線通信定時(shí)由主節(jié)點(diǎn)定義，主節(jié)點(diǎn)控制器還需要對(duì)T1CH0模塊初始化。主節(jié)點(diǎn)控制器監(jiān)測(cè)各個(gè)按鍵的狀態(tài)，當(dāng)有按鍵被按下后，主節(jié)點(diǎn)判斷該按鍵對(duì)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(shí)符場(chǎng)的報(bào)文頭（ID∈[10 11 12 13]），啟動(dòng)一次主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的LIN總線通信。等待LIN總線處理該報(bào)文幀之后，主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)一次從節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的LIN總線通信（ID∈[14 15 16 17]），該從節(jié)點(diǎn)即為前一次LIN總線通信中，接收到主節(jié)點(diǎn)命令的從節(jié)點(diǎn)。如果主節(jié)點(diǎn)接收到的從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)與理論上應(yīng)該收到的數(shù)據(jù)不符，主節(jié)點(diǎn)上的報(bào)錯(cuò)指示燈點(diǎn)亮，并可以顯示發(fā)生故障的從節(jié)點(diǎn)號(hào)碼。造成從節(jié)點(diǎn)故障的原因可能是從節(jié)點(diǎn)脫離LIN總線，或者從節(jié)點(diǎn)上的執(zhí)行器發(fā)生故障。

圖5  基于LIN總線的車燈控制系統(tǒng)軟件流程圖

應(yīng)用結(jié)果

    應(yīng)用結(jié)果表明：LIN總線很好地滿足了汽車車燈控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊螅遗c其他實(shí)現(xiàn)方法相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配置靈活、降低成本的優(yōu)點(diǎn)，完全達(dá)到了期望的性能和價(jià)格要求。