【正文】 其后我們詳細(xì)地研究了 LIN 總線協(xié)議，特別介紹了 的增強性。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 40 第 6 章 總結(jié)展望 全文總結(jié) 本文研究的主要內(nèi)容是汽車電子領(lǐng)域中的基于 LIN 總線技術(shù)的車窗控制系統(tǒng)的應(yīng)用。 最后在對電流信號進行采集時采用 去極值平均濾波法 可以有效的提高采集的準(zhǔn)確性。 本章小結(jié) 本章中首先介紹了 本次設(shè)計中 LIN 通信需要使用的報文的具體定義，包括報文頭幀和響應(yīng)的定義， 然后給出了系統(tǒng)中 LIN主機節(jié)點和從機節(jié)點的軟件設(shè)計流程圖，并設(shè)計了車窗 防夾算法以及車窗電機采用多段 PWM 啟動控制算法 。 對采集的數(shù)據(jù)進行 去極值 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 39 平均濾波法可以去掉因明顯干擾或粗大誤差的采樣值，使其不參加平均值計算，從而使平均濾波的輸出值更接近真實值。 數(shù)據(jù)處理 在數(shù)據(jù)采集過程中存在著各種各樣的隨機干擾，使得采集到的數(shù)據(jù)存在誤差。 APCTL2是 管腳控制寄存器 用來控制 ADC 模塊的通 道815，本次選用了 ADC12通道作為 AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 采集口。 //0x4c:中斷使能，單次轉(zhuǎn)換，選擇 AD12 并啟動了轉(zhuǎn)換 . } 其中 ADCCFG是 配置寄存器， 用來選擇運行模式、時鐘源、時鐘分頻、低功率或長采樣時間配置。0x02:AD1 依此類推 Ch_s=0。 //0x00:軟件觸發(fā)，比較功能禁止 APCTL2=0x30。其中 ADC 模塊的特性包括： ? 具有 12 位分辨率的線性逐次逼近算法 ； ? 高達(dá) 28 個模擬輸入； ? 1 10 或 8 位右對齊輸出格式； ? 單次轉(zhuǎn)換或連續(xù)轉(zhuǎn)換（單轉(zhuǎn)換后自動返回空閑狀態(tài)）； ? 采樣時間和轉(zhuǎn)換速度 / 功率可配置； 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 38 ? 轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志和中斷； ? 最多可選擇 4 個輸入時鐘源； ? 在等待或 STOP3 模式下實現(xiàn)了低噪音運行； ? 異步時鐘源實現(xiàn)了低噪音運行； ? 可選的異步硬件 轉(zhuǎn)換觸發(fā)； ? 與小于、大于或等于可編程值自動比較的中斷； 在功能實現(xiàn)上，只需要對 ADC 模塊的相關(guān)寄存器進行設(shè)置即可實現(xiàn) AD 轉(zhuǎn)換功能，相關(guān)寄存器設(shè)置如下： void Init_ADC(void) { ADCCFG=0x90。車窗防夾功能對汽車的安全設(shè)計而言是十分必須的。采用這兩種判據(jù)，在實車實驗中良好地實現(xiàn)了電動車窗的防夾功能，在上升過程中遇到阻力車窗則反向下降到底。TT 頂端 時，車窗上升到最頂端。當(dāng) 0ff 阻力 amp。amp。 這樣通過兩組判據(jù) 來判斷區(qū)分兩種情況。當(dāng) TT 頂端 時，車窗上升到最頂端 :當(dāng) T≤ T頂端 時，車窗上升過程中遇到阻力。當(dāng) 0ff 阻力 時，車窗上升到最頂端。因此可通過求得電流變化的斜率來區(qū)分兩種情況。遇到障礙后 必須能夠判斷玻璃是在上升還是己經(jīng)上升到頂部。智能功率驅(qū)動器件可以實現(xiàn)對電機的過流、過壓及過熱保護，而通過監(jiān)測電流自動識別玻璃上升途中遇到障礙的狀況，從而實現(xiàn)防止功能。本文采用了智能功率驅(qū)動器件MC33486 控制車窗電機，通過控制加在直流電機上的電壓方向來控制電機的轉(zhuǎn)動方向。 本文的車窗防夾控制模塊的設(shè)計采用了飛思卡爾公司的智能功率驅(qū)動器件MC33486，通過監(jiān)測車窗運行中永磁直流電機的電流變化來實現(xiàn)防夾功能。當(dāng)車窗上升遇到障礙物 (如手、頭等 )時可以自動后退到底，從而可以避免事故的發(fā)生。 圖 5— 3 車窗上升過程中的電流變化情況 車窗系統(tǒng)防夾功能的實現(xiàn) 隨著汽車的普及，汽車的安全性越來越受到人們的重視。 而在停止的時候，不是監(jiān)測到電機堵轉(zhuǎn)才停止，而是監(jiān)測到電機 的電流超過了其正常工作電流的一定幅度就 停止電機，在本系統(tǒng)實驗中，這個界限電流定義為 l1 主程序入口 從節(jié)點初始化 是否收到主節(jié)點控制報文頭信息 分析報文頭信息內(nèi)容 分析主節(jié)點診斷信息 向總線發(fā)送從節(jié)點診斷結(jié)果 執(zhí)行相應(yīng)的從機任務(wù)命令動作 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 36 A。在實驗中證實，采取這種啟動 方式，啟動比較平穩(wěn)，啟動快速性較好。采用 2kHz的頻率，分為 1O段，占空 比從0 逐步上升到 100 。 若直接啟動給電動機加上 U額，則啟動電流 aaa RURUI //)0( ??? 很大，會帶來強烈的火花 現(xiàn)象，電流正比于轉(zhuǎn)矩，過大的轉(zhuǎn)矩帶來很大的沖擊，電壓波動影響供電的穩(wěn)定性。這樣，對于 LIN 從機節(jié)點的驅(qū)動函數(shù)的實現(xiàn)與主機節(jié)點基本相同，我們需要在等待接收 LIN 主機節(jié)點發(fā)送報文的時間內(nèi)處理本地節(jié)點的驅(qū)動函數(shù)以及本地 LIN 報文的發(fā)送等工作。 車窗 LIN 從機節(jié)點軟件流程圖如圖 3— 2 所示。通常 LIN實現(xiàn)采用 LIN規(guī)范規(guī)定的 API(Applieation Program Interfaee)應(yīng)用程序接口， LIN _API 是 LIN 網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的接口。這樣， LIN 主節(jié) 點就可以實時地接收 LIN 從機節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)。任何一個車窗當(dāng)輸入信號發(fā)生變化時，先將此信號通過 LIN 總線傳輸?shù)狡渌?jié)點上，再同步執(zhí)行該輸入信號所要求的動作。當(dāng)主節(jié)點啟動總線診斷主機任務(wù)后，從節(jié)點的從機任務(wù)以診斷信息告知主節(jié)點己經(jīng)發(fā)生錯誤。主節(jié)點采取邊發(fā)送邊接收的方式，如果接收到的位與發(fā)送的位不一致，則會取消這一次發(fā)送，重新啟動新的發(fā)送過程。此時主節(jié)點 啟動LIN 報文幀的發(fā)送，先發(fā)送主機任務(wù) （即報文頭） ，然后延時幀內(nèi)響應(yīng)間隔規(guī)定的時間后，再啟動從機任務(wù) （即響應(yīng)） 發(fā)送。首先，主節(jié)點完成微控制器的寄存器初始化和變量初始化，然后進入自身任務(wù)循環(huán)中。參照車窗控制 LDF 文件，本文詳細(xì)說明了 LIN 總線主節(jié)點和從節(jié)點的軟件編寫。 LIN 節(jié)點軟件設(shè)計 車窗系統(tǒng)工作性能的好壞取決于程序結(jié)構(gòu)的合理性，一個好的程序結(jié)構(gòu)有助于提高程序的運行速度和功能的正常實現(xiàn)。由于其中涉及到內(nèi)容較多，本次設(shè)計不作介紹。 其具體字節(jié)定義如下 ： Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 —— —— —— —— 0：車窗不動作 0：電機正轉(zhuǎn) 0：自動升降 0：上升 —— —— —— —— 1：車窗動作 1：電機反轉(zhuǎn) 1：手動升降 1：下降 其中只有當(dāng) Bit3=1 時，后面的 Bit2 、 Bit Bit0 位才有意義，否則 Bit2 、Bit Bit0 位的功能定義無 效。在本次通信中只用到了 兩 個字節(jié)的定義。 本章小結(jié) 在本章中 分析了 2020 年 LIN 協(xié)會通過的 LIN 總線協(xié)議規(guī)范 ()，介紹了 LIN協(xié)議中的一些基本概念， 報文通信的工作過程，報文幀的結(jié)構(gòu)特點， 報文的通訊機制和 LIN 協(xié)議規(guī)范中的錯誤類型。 （ 5） 同步場不一致錯誤：當(dāng)從機檢測到同步場的邊沿在給出的容差外，則檢測到一個同步場不一致錯誤。然而，所有的從機節(jié)點都能區(qū)分 ID 場中 8 位都己知的標(biāo)識符和一個已知但錯誤的標(biāo)識符。 （ 3） 標(biāo)識符奇偶錯誤：標(biāo)識符的奇偶錯誤 (即錯誤的標(biāo)識符 )不會被標(biāo)出。當(dāng)監(jiān)控到的位的值 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 31 和發(fā)送的位的值不同時，則在這個位定時檢測到一個位錯誤。在總線上傳送的事件信息也可能丟失，而且這個丟失不能被檢測到。 應(yīng)當(dāng)注意的地方是 :主機任務(wù)和從機任務(wù)在發(fā)送和接收到一個錯誤報文時所采取的措施并沒有在協(xié)議規(guī)范中定義。如果直到幀的結(jié)尾都沒有檢測到錯誤，這個報文對發(fā)送器和接收器都有效。報文濾波是基于整個標(biāo)識符的，用戶必須通過網(wǎng)絡(luò)配置來保證 :每一個從機任務(wù)對應(yīng)一個傳送標(biāo)識符。最大的標(biāo)識符數(shù)量是 64，其中 4 個保留用于專用的通訊，譬如軟件升級或診斷。 （ 2） 報文路由：報文的內(nèi)容由識別 符命名。相應(yīng)的主機報文 ID 可以觸發(fā)從機 — 從機的通信。從機任務(wù)則是發(fā)回數(shù)據(jù)場和校驗場。 圖 4— 6 報文幀中控制數(shù)據(jù)場數(shù)量 報文在總線上發(fā)送的信息有長度可選的固定格式。這就保證了數(shù)據(jù)字節(jié)的可靠性。 校驗和場是數(shù)據(jù)場所有字節(jié)的和的反碼。數(shù)據(jù)場通過報文幀傳輸，由多個 8 位數(shù)據(jù)的字節(jié)場組成。 圖 4— 5 標(biāo)識符場結(jié)構(gòu) 標(biāo)識符有同樣的 ID 位 ID0~ID3，但有不同的長度代碼 ID ID5，可以表示不同的報文。標(biāo)識符位的第 4 和第 5 位 (ID4 和 ID5)定義了報文的數(shù)據(jù)場數(shù)量 Ndata，見 圖 4— 6。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 29 圖 4— 4 同步場結(jié)構(gòu) 標(biāo)識符場定義了報文的內(nèi)容和長度。 圖 4— 3 同步間隔場結(jié)構(gòu) 同步場包含了時鐘的同步信息。第一個部分是大約持續(xù) 13個位定時的顯性總線電平，接著的第二部分是 1 個位定時的隱性電平，作為同步界定符。它使所有的從機任務(wù)與總線時鐘信號同步。報文幀的報文頭和響應(yīng)是由一個幀內(nèi)響應(yīng)空間分隔，最小的字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間是 0。報文幀 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 28 的用途由標(biāo)識符唯一定義，約定的從 機任務(wù)根據(jù)標(biāo)識符提供相關(guān)的響應(yīng)幀并發(fā)送到總線上。 報文 幀 結(jié)構(gòu) 一個報文幀 的結(jié)構(gòu)如 圖 4— 2 所示， 由一個幀頭 (由主機任務(wù)模塊提供 )和一個響應(yīng)幀 (由從機任務(wù)模塊提供 )組成。主機任務(wù)位于主機節(jié)點內(nèi)部，它負(fù)責(zé)報文的進度表、發(fā)送報文頭 (HEADER)。 報文傳輸是由報文幀的格式形成和控制。 LIN_API 操作規(guī)程建議 —— 介紹了網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的接口； LIN 配置語言規(guī)范 —— 介紹了 LIN 配置文件的格式，用于配置整個網(wǎng)絡(luò)。其中數(shù)據(jù)鏈路層是 LIN 協(xié)議的核心，負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀，處理信號的組幀和解幀，如圖 4— 1 所示。數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀接收和錯誤檢測、波特率計算以及數(shù)據(jù)的包裝 /解包，負(fù)責(zé)報文過濾和恢復(fù)管理等功能。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)組織 ISO/OSI 參考模型， LIN 總線具有規(guī)范的分層結(jié)構(gòu)，它定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層的協(xié)議規(guī)范。 LIN 協(xié)議的研究 LIN 協(xié)會于 1998 年由主要汽車制造商成立，主要目標(biāo)是定義和實現(xiàn)汽車使用的高品質(zhì)線性總線系統(tǒng)的低成本、開放式標(biāo)準(zhǔn)。對車載網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用是在汽車中的聯(lián)合裝配單元，如車門、座椅、車燈、溫度傳感器等。從節(jié)點的主要功能是通過判斷由主節(jié)點發(fā)來的控制信息和本身所采集的狀態(tài)，控制相應(yīng)的車窗電機工作。本次車窗控制系統(tǒng)以駕駛室側(cè)為主節(jié)點，其他的為從節(jié)點構(gòu)成了車窗系統(tǒng)的 LIN 網(wǎng)絡(luò) 。在 LIN 網(wǎng)絡(luò)中，由主機任務(wù)務(wù)模塊來決定什么時候在總線上傳輸什么報文幀，而從機任務(wù)模塊則提供每一幀需要傳送的數(shù) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 26 據(jù)。 LIN 總線的主要特性有如下幾點 ： （ 1） 單主多從結(jié)構(gòu)，無需總線仲裁，由主節(jié)點控制總線訪問 ； （ 2） 低成本單線 12V數(shù)據(jù)傳輸，線的驅(qū)動特性符合改進的 1509141 標(biāo)準(zhǔn) ； （ 3） 基于通用的 UART 接口，幾乎所有微控制器都具備 LIN 必需的硬件 ； （ 4） 從機節(jié)點不需石英或陶瓷諧振器可以實現(xiàn)自同步，減少了硬件成本 ； （ 5） 傳輸速率最高達(dá) 20Kbit/s； 從 LIN 協(xié)議通訊的角度來看，一個 LIN 網(wǎng)絡(luò)由一個主機任務(wù)模塊 (master task)和若干個從機任務(wù)模塊 (slave task)組成。在不需要 CAN 總線的帶寬和多功能的場合，比如車窗控制系統(tǒng)中智能傳感器和制動裝置之間的通訊，使用 LIN 總線可大大節(jié)約成本。用戶不需要改變現(xiàn)有的 LIN 從節(jié)點的軟件和硬件就可以在 LIN 網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點。通常情況下 ，一個 LIN 網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點數(shù)量不應(yīng)超過 16，最大標(biāo)識符數(shù)量是64。 LIN 總線協(xié)議建立在通用的 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)即異步串行通信 )硬件接口上，實現(xiàn)比較簡單，只要具有 UART 功能模塊的單片機都可以作為 LIN 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點。 本章小結(jié) 在本章中，首先給出了車窗控制系統(tǒng)總體框架圖， 然后 給出了此次車窗控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，包括詳細(xì)的 LIN 節(jié)點硬件原理設(shè)計、電源模塊設(shè)計、直流電機驅(qū)動模塊設(shè)計 ，最后介紹了此次硬件設(shè)計中采用的兩項有效防干擾措施。 （ 2） 加粗了導(dǎo)線寬度，以減少導(dǎo)線上的電阻。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去 渦 是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進行傳播的通路 。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。從汽車電子系統(tǒng)的總體和電路設(shè)計方面采取措施對最敏感的器件和部位進行屏蔽保護。為了保證車載網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)安全和可靠運行，其必須具備良好的電磁兼容性 (EMC)，所以進行硬件設(shè)計時必須考慮抗干擾的問題。車窗上升過程 中遇到阻力時經(jīng)過電機的電流都呈規(guī)律性的變 化，而這些電流變化都通過電流采樣實時地反映到單片 機中。輸入到單片機端 的電壓為： 8RIU C urR ?? 將電壓進行 A／ D轉(zhuǎn)換和一些計算后就可以得到負(fù)載的真實電流。因此，監(jiān)測輸入到單片機端口的電壓就等同于監(jiān)測車窗運動中電機的電流。