汽车LIN总线通信网络技术

（一）LIN总线通信网络技术基本特点

LIN总线的特点有主/从结构、基于UART/SCI接口实现网络连接、单线通信、偏压驱动、容错特性等。

图2-82　LIN总线主/从结构

1.主/从结构

LIN属于单主多从结构，即在一组网络中，只有一个主控制器节点，从控制器节点可以有多个，如图2-82所示。

1）主控制器节点

LIN总线通信网络系统内的主控制器节点，连接在CAN总线通信网络上，它执行LIN总线通信网络系统内的主要功能。

主控制器节点的主要功能如下：

（1）监控数据传递及其速率，发送信息标题；

（2）该控制单元的软件内已经设定了一个周期，这个周期用于决定何时将哪些信息发送到LIN数据总线上，以及发送次数；

（3）该控制单元在LIN数据总线与CAN总线之间起“翻译”作用，它是LIN总线系统中唯一与CAN数据总线相连的控制单元；

（4）通过LIN主控制单元进行LIN系统自诊断。

2）从控制器节点

在LIN总线通信网络系统内，单个的控制模块、传感器及执行元件都可看作是LIN总线主控制节点的从控制节点。LIN总线系统中的传感器、执行元件都是智能型的。传感器内集成有一个电子装置，通过该装置可对测量值进行分析，数值是作为数字信号通过LIN总线传递；执行元件通过主控制节点的数字信号接收任务；LIN主控制节点通过集成的传感器来获知执行元件的实际状态，并进行规定状态和实际状态的对比，从而获得相应的控制信号，通过闭环控制，控制执行元件的工作状态。

从控制器节点的主要功能有：

（1）从控制器节点仅在主控制器节点的控制下向LIN总线发送数据；

（2）只能按照主控制器节点的要求同其他子控制器节点进行数据交换；

（3）从控制器节点一旦将数据发布到总线上，任何节点都可以接收该数据，但只有一个节点允许回应；

（4）可以通过一个“叫醒”信号唤醒LIN总线通信网络系统。

2.基于UART/SCI接口实现网络连接

（1）LIN协议控制器集成在微控制器中的一个标准单位上，微控制器靠软件负责管理LIN协议，实现发送/接收8 bit；构成请求帧，接收回应帧；发送帧等功能。UART/SCI接口如图2-83所示。

（2）线路接口。线路接口负责将LIN总线的信号翻译成无干扰的Rx信号，并传入LIN协议控制器（CP—LIN），以及将协议控制器（CP—LIN）的Tx信号进行翻译传入LIN总线，即这个部件有两个重要作用：翻译和保护。

3.单线传输

LIN总线通信网络系统使用单根非屏蔽导线作为数据总线连接主控制器节点与任何一个从控制器节点，如图2-84所示。

图2-83　UART/SCI接口

图2-84　LIN单线传输

LIN单线传输的特点如下：

（1）总线不与诊断仪连接；

（2）总线的最长允许长度为35m；

（3）连接在总线上的从节点数量一般不超过12个，过多将减少网络阻抗，导致环境条件变差。(www.xing528.com)

4.偏压驱动

LIN总线通信网络系统采用偏压驱动，系统内收发器使用12 V基准电压，主从控制器节点之间使用12 V基准电压的高低变化，表示数据信息的含义（逻辑数据“0”和“1”），如图2-85所示。

当电平超过基准电压的70%（8.4 V）时，识别为“1”；当电平低于基准电压的30%（3.6 V）时，识别为“0”。

图2-85　偏压驱动

5.容错特性

1）无容错能力故障

无容错能力故障如图2-86所示。当LIN出现如下故障时，则认为该网络无容错能力：

（1）总线接地；

（2）总线断路；

（3）主节点故障。

2）有容错能力故障

有容错能力故障如图2-87所示。如果从节点损坏或其支路断路，则其他从节点与主节点的通信不受影响。

图2-86　无容错能力故障

图2-87　有容错能力故障

（二）LIN总线通信网络的硬件结构

为了实现LIN的信号传输功能，主节点和从节点的硬件结构必须按照特定的协议规范设计，并按照协议发送和接收数字信号。每组LIN由一个主节点和多个（或单个）从节点组成，这些节点均通过单线路连接在LIN总线上。

1.节点结构

主节点和从节点的结构如图2-88所示。两者的结构类似，区别在于从节点没有主节点的功能。

图2-88　主节点和从节点的结构

1—物理接口；2—硬件SCI；3—软件SCI；4—从节点功能；5—主节点功能。

2.节点物理接口

LIN节点物理接口如图2-89所示。主节点与从节点的物理接口结构类似，其主要内容如下：

（1）LIN总线通过上拉电阻与电源线（VBAT）连接，电源线连接外部电源；

（2）上拉电阻为1 kΩ（主节点）或30 kΩ（从节点）；

（3）与上拉电阻串联的二极管可以防止当电源电压下降时从LIN总线消耗电能；

（4）GND为接地；

（5）LIN总线与接地之间的电容可以消除LIN信号波动，电容的大小为2.2 nF（主节点）或220 pF（从节点）。

图2-89　LIN节点物理接口