LIN总线在电动车窗系统控制中的应用

引言

　　LIN总线是一种用于汽车分布电子系统的新型低成本串行通讯网络，其目标是为现有汽车网络（例如CAN总线）提供辅助功能。LIN总线瞄准一些低端应用，在这些应用中每个节点的通讯成本都必须大大低于CAN，而且不需要CAN的高性能、高带宽和多功能等。它相对于CAN的成本节省主要是由于采用单线传输、硅片中硬件或软件的低实现成本，以及无需在从属节点中使用石英或陶瓷谐振器等。

　　相对于发动机和底盘系统控制，车身附件系统控制对安全性和可靠性等要求并不高，而车身附件所具有的各种开关，正是车辆线束复杂的重要原因。LIN总线能大量节省线束，以及易于升级换代和便于实现诊断功能的特点，正使它成为车身电子最重要的发展方向。作为车身附件的重要组成部分，同时驾驶员车门可以对其他成员车门进行控制，电动车窗采用LIN总线控制方式无疑很好的选择。

LIN总线的通信过程

　　相对于CAN总线的各节点发送消息的无序性，LIN总线网络中存在一个主节点，它是所有节点通信的发起者，虽然通信速率较低（1-20Kbps），但它本质属于延迟时间确定性网络。需要通信时，主节点线发送一个Break（一般长度大于或等于11bit位），主要目的是为了产生一个帧格式错误（FrameError）。然后主节点将发送1字节的同步场（0x55）,以便各从节点充分地同步，而后将发送1字节的ID位，从节点在收到ID后，根据协议解析出是否向总线上发送数据或接受数据或不做任何响应。LIN总线数据一般为0-8字节（LIN1.3及以前版本数据字节数位0、2、4、8byte）。在主节点或从节点发送完数据后，将发送1字节的数据校验（Checksum），接受数据节点将依据其判断数据的正确性，从而确定是否接受发来的数据。

图1LIN总线的数据帧结构

车门模块网络的工作原理

　　由于驾驶员车门除了要控制本车门上的车窗升降，还需控制乘客车门上的车窗升降，所以将驾驶员车门的车窗控制模块作为主节点，其他乘客车门的车窗控制模块作为从节点。考虑成本和软件设计的方便性，乘客车门的车窗控制模块采用了相同的硬件。在本次设计中，驾驶员车门模块控制器上采用了Freescale的8位单片机——MC68HC908QC16，同时考虑到数量对成本的影响，且QC16与其低级产品（QC4、QC2）的价格相差不多，从节点我们也采用了与主节点相同的芯片。从下文可以看出，这种选择是合适的。再考虑到要最大限度地节省线束的原因，在整个车窗控制网络中采取了分布式的驱动控制方式。即主节点的摇窗电机的驱动由主节点独立控制，从节点的驱动也由从节点各自实现。

　　相对于传统的SCI，QC16所带有的ESCI（enhancedSCI）为LIN网络设计提供了更大的方便，包括自由选择Break的长短和更为灵活的波特率设计等。LIN收发器芯片我们采用Freescale的兼容LIN2.0协议的MC33661通信芯片。考虑到总线对电源的要求和系统成本，电源芯片采用了LM2931。

　　在此LIN网络中，主节点（驾驶员车门模块）的主要任务是采集四个车窗的上升和下降信号，另加一个儿童锁（用以锁止从节点车窗控制器的工作）和一个点火开关信号，同时控制整个网络通信的发起，即各数据帧之间的时间间隔。在硬件设计中，每个微动开关都占用一个I/O口，默认无效的状态为高电平，我们采取了内部拉高的方式。当按下或拔起相应的开关时，对应的I/O输入端变为低电平。为了实现驾驶员车窗的自动下降功能，将其对应的输入接到了定时器模块的输入捕捉通道上，这样就可以通过捕捉下降沿来开始计时，从而区别出手动和自动状态（按键时间300ms,自动）。对于点火开关信号，设计要求为只有在点火开关的信号有效时，各车窗才可以升降，而在点火开关关闭的60s内，仍认为其处于有效状态。另外，还需将点火开关和儿童锁信号的有效性通过LIN总线数据位的某些数据值体现出来，从节点通过判断这些数据位的数值便可得到相应的状态信息，从而控制相应的电机动作。

　　从节点的主要功能是通过接收由主节点发来的控制信息和本身从微动开关所采集到的状态信息，控制相应的车窗电机工作。但是，从节点的自动下降功能实现起来相对主节点来说更复杂一些，不仅主节点的按键动作具有自动下降功能，从节点自己的按键也具有自动下降功能。而前者是通过LIN的数据位传递的，所以我们只能采取查询的方式。这也是前文所提到的选片的一个理由。为了避免冲突，在功能定义时就设定在从节点和主节点同时按键时（针对该从节点的车门），这两个按键均无效，车窗电机立刻停止。

考虑到成本的原因，仅通过采集电机的反馈电流来判断车窗是否上升到顶部或下降到底部。由电机的特性曲线，设定