基于LIN总线的车灯在线诊断系统设计与实现

1 引言
    汽车总线技术是现场总线的应用之一，最初现场总线只用于工业控制。所谓现场总线是应用在生产最底层的一种总线型拓扑网络。汽车车身控制网络目前要解决的问题就是建立一个统一、低成本的低端通讯网络标准，LIN作为CAN的辅助总线而存在，实现车身控制网络的层次化，以更低的成本实现车身控制网络。LIN总线的目标就是定位于车身网络模块节点间的低端通讯，与CAN相比，由于LIN采用了低成本硬件的从节点，从而降低了硬件平台的成本。另外，LIN完全可以满足大多数低端应用对象对传输速率的要求。所以UN以较低的成本实现了开关器件间的网络通讯，有效支持了汽车应用中分布式机械电子节点的控制。

2 硬件电路设计
2．1 系统设计思想
    LIN从节点对总节点发出的控制信号进行处理，并对车灯驱动电路状态进行测量。当从节点接收到报文信息后，对车灯发出相应的控制信号，并分析各灯的状态，若发生故障，则生成一个数据信息发送到总节点。LIN从节点在检测到总节点发送的信号后，先通过报文帧进行识别，看其是否属于自己的报文信息。若属于则首先判断报文是不是查询信息，如果是，则返回一个响应信息，如果是控制信息，则对相应的车灯进行控制，并对该车灯驱动电路上的测量点电位进行测量和进行处理。看其是否发生故障。若发生故障，则通过LIN总线发送信息给总节点。图l示出LIN节点的硬件电路设计。

2．2 器件介绍
    基本的LIN节点电路主要包括MCU、LIN收发器、电源模块和车灯驱动电路。
2．2．1 MCU控制单元
    设计中MCU选用MC68HC908QL4。它集成了一个从LIN接口控制模块SLIC (Slave LIN Interface Controller)，在一般情况下，SUC可作为SCI端口使用。该器件的主要特点是：
    具有独立的LIN报文标识符，8 B报文缓存区；
    自动调整波特率，帧同步；
    自动处理和纠正UN同步间隔(SYNCH BREAK)和同步场(SYNCH BYTE)；
    没有错误的LIN信息最多产生两个中断；
    完整的LIN错误检测和报告；
    高速LIN达到83．33 Kb／s~120 Kb／s；
    增强型检测及其包括ID的产生。
    只要按模块的需要设置相应的寄存器，就可以自动按照LIN总线协议进行和发送数据。这相对于SLIC模块的单片机而言，则降低了软件开发上的难度。MCU模块的连接如图2所示。

2．2．2 LIN收发器
    选用TJAl020作为LIN收发器，TJAl020是LIN主／从协议控制器和LIN物理总线之间的接口，主要用作于车辆副网络。其波特率为2．4～20 Kb／s。控制器在TXD管脚输入的发送数据流通过LIN收发器转换成LIN总线信号，并由收发器控制转换速率和波形，减少极低的电磁发射(EME)。LIN总线的输出管脚通过一个内部终端电阻拉成高电平。收发器在LIN总线的输入管脚检测数据流并通过管脚RXD发送到微控制器。TJAl020的主要特点是：
    具有高达20Kb／s的波特率和极低的电磁发射(EME)；
    具有高抗电磁干扰性(EMI)和低斜率模式可以进一步降低EME；
    具有唤醒源识别本地或远程；
    具有在睡眠模式下电流消耗极低，可实现本地或远程唤醒；
    具有发送数据超时功能；
    LIN总线对电池和地的短路保护；
    具有总线终端和电池管脚，可防止汽车环境下的瞬变。
    图3所示为LIN模块电路设计。

2．2．3 电源模块
    本设计中，LIN模块的电压调节器均采用微功耗、低压差稳压器LTll2l一5。选用LTl121—5通过对SHDN输入低电平，能使其进入停止模式，这时静态电流只有16μA，因此在总线上没有活动时，就能达到减少功耗的目的；此外，该器件还具有防止输入和输出电源反向的功能，即使在输出端不增加二极管的情况下，也能防止电流反向倒流。图4给出电源模块电路。

2．2．4 车灯的驱动电路
    采用功率驱动器BTS724G来驱动2l W和5 W的车灯。该驱动器是英飞凌公司设计的N沟道MOSFET功率管，内部集成了充电泵、电流驱动，并具有检测负载电流(包括过载、过温和短路)故障反馈功能。BTS724G采用12 V或24 V负载控制，适用于各种阻性、感性或容性负载，尤其适用于车灯等具有高浪涌电流的负载，可作为继电器、保险丝等的替代控制方法。BTS724G还具有短路保护、过载保护、过压保护、过温关断、掉地和掉电保护、静电放电保护和电源反接保护等多项保护功能。图5给出驱动电路。

3 软件设计
    车灯控制系统主要完成两个功能：一是实现LIN子节点对车灯的控制；二是实现对车灯故障的诊断。在控制中，通过分析总线电位和驱动电路中输入、输出、故障诊断引脚的电位来判断系统是否发生故障。
    要使LIN总线节点有效、实时地完成通信任务，软件设计是关键。采用结构化程序设计方案具有较好的模块性、可移植性和可修改性。
    LIN信息的接收采用中断方式，当MC68HC90—8Q14控制器检测到符合该节点要求的信息帧后，首先判断本地节点接收到的是什么信息帧，若为控制信息，则接收2个字节的数据信息；若为查询信息，则将本地节点车灯的状态以信息帧的形式发送回主节点，以反映节点情况。然后判断，若为接收数据帧，则在SLIC模块中的数据寄存器(SLCDx)上读取相应的信息。最后是根据数据信息中相关的位进行车灯控制，在发出控制信号后地相应采集车灯驱动芯片输入、输出和故障诊断引脚的电位，通过对电位的分析判断否发生故障，若发生故障则发送一个故障信息。图6给出程序流程图。

4 结语
    介绍了基于LIN总线的车灯在线诊断系统并对硬件模块和软件构架进行了简单分析。LIN总线系统具有结构简单、性能可靠、价格低廉等特点，是汽车电子技术发展的必然趋势。目前在国内如何采用总线技术提高整车性能，降低制造和维护成本，已成为汽车生产厂家关注的热点。