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(多图) 基于XC886单片机的门控系统LIN总线通信模块设计

同济大学 朱元 肖宇 吴志红?? 2009年12月07日 ?? 收藏0

  0 引言

  随着汽车业的飞速发展,汽车电控系统的配置不断升级,使得车辆上的电子元件越来越多,其相互连接的网络结构也越来越复杂。过去所采用的电缆连接方式所带来的庞大布线负担,容易造成车体过重和线路的磨损老化。在这种情况下,就需要引入标准的总线技术,从而降低车身重量,同时提高各个电控元件之间的通信可靠性。上世纪80年代,根据车用通信网络在不同控制层面的不同功能要求,SAE (Societv ofAuto-mobile Engineering)将其分为A,B,C三类。其中A类为低速网,数据传输速率通常为1~10kb/s,LIN总线通信网络就属于此类。LIN总线一般应用于不需要高性能及带宽和复杂性较大的低端系统,如车门控制模块、座椅调节、车灯控制和空调系统中传感器和执行器之间的通信。由于其LIN总线成本较低,也可以独立用于不是特别复杂的车身控制网络中。

  1 LIN总线协议简介

  LIN协议标准于1998年由Audi、BMW、Mo-torola、Daimlerehrysler、VCT、Volvo和Volkswa-gen等七家公司在A类网已有协议的基础上联合提出。LIN总线在当今汽车电子的网络结构中被广泛使用,它基于通用的UART/SCI接口,使用单线信号传输,从节点无需晶振或陶瓷振荡器就能实现自同步,因此成本低廉。LIN总线网络采用单主多从模式,图1所示是UN总线网络的结构示意图,它由一个主节点和一个或若干个从节点组成,不需要总线仲裁。LIN总线协议基于ISO参考模型中的物理层,数据链路层采用NRZ (Not Re-turn Zero)编码方式,电平分为隐性电平(‘1’)和显性电平(‘0’)。

UN总线网络的结构示意图

  1.1 物理层

  LIN总线一般采用单总线(12 V)串行通讯,总线长度最大可达到40 m,传输速率最高可达到20 Kb/s,通常使用2.4Kb/s、9.6 Kb/s和19.2 Kb/s这三个波特率进行数据传输。由于从节点的个数除了受标识符数量的限制中,也受到总线的物理特性限制,节点过多必然减少网络阻抗,从而导致通讯条件变差,所以协议规定:一个LIN总线网络上的节点数目不能超过16个。

  1.2 数据链路层

  LIN总线协议的一个报文帧由报文头和响应组成,图2所示是LIN总线协议的报文帧结构。一般情况下,报文头都是由主节点发送,而响应则是由一个主节点或者一个从节点发送。LIN总线网络中的数据通讯都是由主节点发送一个报文头来初始化的。报文头包含一个空白场、一个同步场和一个标识符场,而响应则包括1 到9个字节场(0~8个数据场和一个校验和场)。其中,字节场由字节间的间隔分开,报文头和响应则由帧内响应间隔分开,它们的最小长度皆为0。

LIN总线协议的报文帧结构

  报文头中的空白场可使节点能够识别一个报文的开始。空白场为13位或者持续更长时间的显性电平(‘0’)加上持续1个位时间以上的隐性电平(‘1’)组成。同步场则为一个字节长度(ox55),可用来使相关从节点进行主从节点的时钟同步。

  标识符场格式如图3所示,定义报文的信息,长度为一个字节,其中前6位为标识符位,可定义26=64个标识符(其中保留4个标识符作为命令和扩展帧标识符),后2位为奇偶校验位。

标识符场格式

  标识符用于定义数据的传输方向和响应中数据场的长度,并从节点根据标识符判断报文是否与自己相关,从而对报文做出反应,进行通讯。当主节点发送的报文头被相关从节点接受并对标识符判断之后,从节点被要求进行数据发送,而主节点要接收从节点发送的数据,则需要将此标识符定义为接收标识符,对于从节点来说,则需定义为发送标识符,反之亦然。

  响应中数据场的长度由标识符位中的第4位和第5位(ID5和ID4)决定,它们将所有的标识符分成四组。每组有16个标识符,这些标识符代表着2、4和8 个数据场。数据场的传输由低位到高位,包含了各个节点需要传输的数据。校验和场是数据场所有字节的和的反码,当节点收到数据并进行校验时,要求所有数据字节和与校验和场的字节相加必须是0xFF。

  2 车门控制中LIN通信系统的设计

  本设计方案主要采用英飞凌XC886单片机作为主节点控制器,以英飞凌的TLE7259芯片作为LIN驱动模块,这样可使主节点车门控制器可以通过LIN 总线与3个从节点车门控制器(TLE7810)进行通信。作为主节点,在此门控系统中,可以通过司机侧按钮开关对所有车窗进行升降,并可进行后视镜的调节和中央门锁的控制。图4所示是车门控制系统的结构框图。

车门控制系统的结构框图


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