综合CAN和LIN通信功能的TPMS设计和应用

                                                  图4 LIN总线扩展图

　 　
在本项目设计中，根据客户需求和系统无线电环境，TPMS设计为单向传输系统，并在底盘的前后安装两个射频数字天线。

5 ECU主控模块硬件电路设计

如图5为ECU 主控模块原理设计图。MC9S08DZ16是Freescale公司推出的一款高性能8位单片机，采用HCS08内核，最高运行频率可达40MHz，具有CAN、LIN等丰富的设备资源，实现对数据的接收、处理、发送及整个系统的控制。

TJA1050是高速CAN收发器，最高可达1Mbps的数据传输率；TJA1020是LIN收发器，速率可达20kbps。这两个芯片都是Philips推出的总线驱动芯片，具有很强的EMC性能和传输稳定性。

在本模块设计中，高速CAN的电路设计是关键步骤，它直接关系到TPMS与车辆系统之间通信的兼容性和可靠性，现将设计要点归纳如下：

a) PCB设计：在高速CAN的应用中，PCB设计中对CAN元器件的布线是至关重要的，一方面要保证高速CAN的传输线尽量短、布线紧凑、分布电容小，以减小回路面积，增强抗干扰性能；另一方面要保证高速信号的流畅性，避免布线走弯和交叉，容易引起信号的串扰和不稳定。实践证明，布线合理的PCB不但信号稳定而且传输距离也很远。

b) 负载匹配：CAN网络设计中，节点和总线的负载匹配是很重要的指标，特别针对高速CAN的设计更应该关注。TPMS作为汽车系统中CAN网络的一个节点，其负载设计必须充分考虑系统总线的设计要求。

c) 传输率的配置：CAN信号传输中每个Bit都由三个部分组成，分别为SYNC_SEG、T_SEG1、T_SEG2，我们必须兼顾传输率、采样点等系统要求对CAN控制器进行合理的寄存器配置。

在本系统中如图5，选择外部晶振Y1给CAN控制器提供fcanclk=8MHz的时钟信号，通过寄存器分别配置SYNC_SEG=1、T_SEG1=4、T_SEG2=3，总线预分频 Prescale Value="1"。

CAN总线的速率

采样点

                                                图5 ECU主控模块原理图

d) CAN总线仿真和测试：当CAN总线的软硬件设计完成后，基本的功能、性能仿真和测试是必要的过程。在此项目中，采用了Kvaser CAN总线诊断工具进行仿真测试，可以模拟被测节点与网路上其他CAN节点之间的信息交换，实时跟踪CAN总线上的数据传输。另外可以通过该诊断工具随机向CAN总线发送干扰数据流，测试CAN总线上的数据可靠性。

如图6示为CAN工具的数据仿真测试。其中红线标注的数据帧0x343、 0x344、0x345为TPMS的ECU主控模块向车辆系统发送的轮胎信息及TPMS系统状态信息；蓝线标注的数据帧0x1A0是模拟车辆系统向 TPMS发送的车速信息；其他数据帧为仿真器在总线上随机发送的干扰数据帧。

                                                 图6 CAN总线仿真测试图

6 射频数字天线的硬件电路设计

射频数字天线原理如图7示，主要由射频接收芯片、单片机、LIN收发芯片组成。MC33594是一个具有自动增益控制的高灵敏度的OOK/FSK接收芯片，主要负责射频信号的接收和解调，并通过SPI接口以中断的方式将数据传输给MC9S08SG8单片机，该单片机将数据处理后组成LIN数据包，当LIN总线上有主机请求数据时，LIN数据包将会通过TJA1020被发送到LIN总线上。

                                            图7 射频数字天线原理图

LIN 总线的报文帧由报文头和响应场组成，波形分析图如图8所示。报文头由主机发送，包括了一个同步间隔场、一个同步场和一个标识符场，其中标识符场就是主机发送给从机的事件命令。从机接收到该命令后根据协议规定发送或接收8字节数据和校验和，就构成了响应场。由此，完成主机对每个从机的逐一访问和信息传递。