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基于LIN总线的车灯在线诊断系统设计与实现

发布时间:2020-07-21 18:06:47 阅读: 来源:阻火包厂家

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。

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