基于CAN/LIN网络的汽车门锁控制系统

　汽车电子化是现代汽车发展的重要标志。汽车电子的广泛使用，使现代汽车比以往汽车变得更节能、更安全、更舒适。但当汽车内部电子设备采用传统的点对点方式连接时，电子设备的不断增加会导致连线大幅度增加，致使车辆重量随之增加，并削弱了车辆性能。为适应汽车电子设备迅速增加的需求，汽车电子网络应运而生。汽车内部已经基本形成了从低速到高速、从电缆到光纤、从有线到无线、从离散ECU的数据通信到中央智能控制的复杂网络系统。其中，在车身低速电子设备连接方面，低速CAN总线和LIN总线构成的混合网络正受到越来越广泛的关注和使用。汽车门锁作为汽车车身的重要部件之一，实现基于CAN/LIN网络的汽车门锁单元，有助于提高汽车车身的总体电子化水平。

汽车门锁是汽车车身的重要部件之一，从汽车发明至今，经历了机械式、电气化至电子化的发展过程。汽车电子门锁是采用电子电路控制的以电磁铁、微型电动机和锁体作为执行机构的机电一体化的安全装置。采用汽车电子门锁，驾驶员可以不用金属钥匙就能方便地开关汽车车门，而且能有效增强汽车门锁的安全性能。相对于执行机构，汽车电子门锁的电子线路部分具有极大的灵活性，由此可以将汽车电子门锁分为按键式、拨盘式、电子钥匙式、触摸式、生物特征式等多种类型。其中，采用电子钥匙的无线遥控锁具有安全、可靠、方案成熟等优点，因此经常被用作汽车电子门锁。传统的汽车电子门锁采用点对点的方式与汽车车身的其它电子设备互联，伴随着汽车电子网络化的趋势，汽车电子门锁开始逐渐采用网络化的结构。

1 汽车门锁模块的系统结构

在本系统中，汽车车身控制网络采用CAN/LIN混合结构，按功能划分可分为各个模块：除门锁模块外，车身系统还包括座椅模块、控制面板模块以及灯组模块。模块之间通过CAN总线互联，各个模块内部使用LIN总线互联。

门锁模块是车身电子设备中重要的一部分。通过主节点管理的无线遥控门锁，可以很便捷地对各个车门的智能电控单元进行控制，同时及时反馈节点运行状态信息，极大地方便了操作和维护。自动门锁单元中包括一个主节点和从节点(四个门锁单元)，其结构如图1所示。

主节点作为车身网络中门锁模块的网关，将各种控制命令、车身状态数据在LIN总线与CAN总线之间转发，使LIN总线与CAN总线无缝结合为一个整体。

　　门锁模块主节点的另一项主要功能是管理门锁。门锁采用无线电遥控并结合按键控制的控制方式。按键安装在车身内部，当驾驶员处于车身内部时，可以通过按键控制车门的开/关锁，此时控制单元不需要进行开锁密码检查。另外，车锁也可以以无线遥控方式进行控制。该锁由微型发射机、接收天线和微控制器等组成。微型发射机安装在钥匙手柄里, 使用锂电池供电并具有晶体振荡电路, 能发出稳定的约40MHz的载波。密码信号发生器提供一个调频代码，天线接收装置接收信号后，送入信号接收器进行放大、调频、检波和信号波形修正, 最后再输入到比较电路, 与主门锁单元中存储的密码进行比较, 如果一致就执行开/关锁。

主节点通过LIN总线给各个子门锁控制单元发送命令来控制开/关锁，子节点接收到命令后，触发电动机传动机构, 操纵车门开锁或关锁。若在10分钟内有15个或更多的密码输入错误，则系统就认为有人企图窃车，于是停止接收任何信号，包括正确的密码信号。系统处于锁死状态后，驾驶员必须用车门的机械钥匙插入车锁孔，才能开启车门。系统从锁死状态恢复到正常工作状态，可以通过复位门锁控制模块实现。另外，如果开锁后，30秒后未打开车门，则车门将自动关锁。

子节点通过LIN总线与主节点互联，接收主节点发送的命令或返回反馈信息。实际使用的门锁是电机式的自动车门锁，该锁由可逆式电动机、传动装置及锁体总成构成。其工作原理是：由电动机带动齿轮齿条，进而驱动锁体总成，实现锁紧或开启车门。因此，门锁模块子节点的功能主要是通过驱动电路控制可逆式电动机的正转或反转，实现开/关锁。

2 汽车门锁模块的硬件设计

汽车门锁模块由主节点和若干子节点构成，如图2所示。主节点与子节点之间的通信采用LIN总线，LIN总线通信基于标准的SCI(UART)硬件接口、单主多从且不需要稳定时基，仅需要三根线连接(电源线、地线、数据线)，有效地降低了硬件成本。微控制器一般都具有SCI(UART)接口，因此只需在微控制器外围加上LIN总线收发芯片，就能构成一个LIN总线上的通信节点。LIN总线收发器采用Motorola公司的MC33399。MC33399符合LIN规范，能与中速网络中的多个节点进行数字通信，波形修正可减少EMI干扰。另外，MC33399具有低电流睡眠模式和专门的叫醒输入管脚，使LIN控制节点可以处于低功耗运行状态[3]。

门锁单元的主节点的微控制器采用Motorola公司的16位微控制器单元MC9S12DP256。该芯片内部模块包括16位CPU(HCS12 CPU)、256K字节的Flash EEPROM、12.0K字节的RAM、4.0K字节的EEPROM、两个串行通信接口(SCI)、二十九个数字I/O通道、五个CAN2.0 A/B软件兼容模型(MSCAN12)等。因此，控制节点无需再外扩存储单元，I/O资源也完全满足车身控制的需求，CAN通信接口可以直接使用片上自带的CAN模块。

遥控门锁采用NORDIC公司的nRF401无线收发芯片。nRF401芯片所需扩展的外围器件较少，可以直接连接单片机串口发送接收数据，无需对数据进行曼彻斯特编码，降低了编程和使用的难度。nRF401芯片采用4MHz晶振产生振荡频率，经频率合成器合成为40MHz的工作频率，天线使用微带天线直接设计在电路板上，通过Din、Dout接口与MC9S12DP256连接。

门锁单元子节点微控制器采用PHILIPS公司的低成本FLASH单片机P89LPC904。P89LPC904内部自带1KB Flash程序存储器、128字节RAM数据存储器、高精度的内部RC振荡器(不需要外接振荡器件)，具有两个通道的8位A/D输入。同时，它具有空闲和掉电两种不同的掉电节电模式。在LIN总线空闲的时候，系统能切换到节电模式。
由于在应用中要驱动小马达，门锁单元需要使用到Motorola的H-bridge电机驱动芯片。微控制器的输出接口不能直接驱动电机，需要通过MC33887的电源IC芯片给门锁单元提供驱动能力。在电机驱动过程中，也会把电流值适时地转换成电压信号反馈给P89LPC904，供门锁控制中的故障检测之用。