LIN总线技术及其应用研究

LIN从节点应用设计

　　本文采用NXP推出的本地互联网络I/O附属扩展芯片UJA1023，可协助构建高性价比、高可靠度的车内LIN网络。虽然，该芯片起初的设计初衷是应用在高档轿车行业，但由于该芯片的高集成性和可靠性等特点，完全能够用于诸如电力工业领域等。UJA1023 是一个独立的可应用于本地互联网络(LIN)I/O的从节点，它可以代替传统的电子控制单元中所使用的基本部件，这些电子控制单元用于对I/O进行控制。

　　UJA1023 芯片内包含一个LIN 2.0 控制器，一个集成的LIN收发器，并同时兼容LIN1.3 规范。同时还包括8个可通过LIN总线进行配置的I/O端口。UJA1023 具有自动比特率同步电路，可以在1kbit/s 至20kbit/s 范围内与主节点保持同步，因此芯片内集成了一个晶振。
　　LIN协议由芯片自动进行处理，从节点的地址NAD和帧识别符(frame Identifier)的设置由主请求命令(master request)和从响应命令(slave response)以菊花链方式或即插方式完成。8 个双向I/O引脚可由LIN总线命令进行配置，并且可以具有以下的功能：

输入功能

　　·标准输入引脚；

　　·本地唤醒；

　　·边沿捕获；

　　·模拟信号输入引脚；

　　·开关矩阵(与输出引脚配合使用)。

输出功能

　　·标准输出引脚，可配置为高边驱动、低边驱动、推拉驱动模式；

　　·周期(循环)侦听模式用于本地唤醒；

　　·PWM模式，例如，驱动轿车后灯；

　　·开关矩阵(与输入引脚配合使用)。

配置流程

　　UJA1023可通过LIN命令帧，即主请求命令和从响应命令以报文链的形式完成配置。主请求命令发送配置数据，而主请求命令的目标从节点在收到命令后将发送相应的数据给主节点作为响应。图3所示为UJA1023的配置流程，其中主请求命令和从响应命令之间井然有序的配合就是一种“握手”的概念。

UJA1023应用实例

 
图4 通用I/O口应用

　　由图4所示。单片UJA1023具有8个I/O口可作为通用I/O口使用。在图4中，P0、P1用于读入开关量的值。P3用于驱动发光二极管。P5通过功率放大可驱动电机。P7则对模拟量进行采集，P2还可以驱动继电器，因而UJA1023在继电保护中也有“用武之地”。

多片UJA1023应用

　　使用即插方式，通过“单主多从”的方式，将多片UJA1023连成网络形式的应用。由图5所示为由1个主节点和8个从节点组成的基于单主多从模式的LIN网络。由图可知，每个从节点有8路I/O，因此该网络总共有多达64路的控制口。可进行多种形式的多路控制。其特点就是应用灵活，配置方便，扩展性强，成本低廉，可靠性高。值得一提的是，图5只是一个子网络，如果需要更多的端口，完全可以按图5的形式进行多网络扩展，而网与网之间可以通过网关来连接。

 
图5  基于单主多从模式的LIN网络

　　该形式十分适合于如图6所示的电力系统继电保护应用中。下位低频低压减载装置的设计目的是完成35kV系统根据电力系统频率和电压变化，按预定的控制方案切除电力负荷。

 
图6 系统总体框图

　　图6中每台低频减载装置中的内部结构的设计思想，以图5为参考，一个装置中包含一个基于单主多从的子网络，即含有多片UJA1023，而每片芯片的Ｉ/O口驱动若干的继电器，以在必要时控制继电器以切除负载。

结语

　　由以上的分析不难得出结论，在工业自动化领域，对于数据的传输速率要求不高的传感器、数字量I/O、显示和执行部件的控制连接固然可以使用CAN，但是这样可以会造成浪费。在这种情况下，LIN的成本廉价，抗干扰性强，使用单线连接的优越性就体现出来了。此外，在家用电器中也可使用LIN总线，例如在洗衣机中，微处理器通过LIN总线的传感器进行水位、水流、水温的测量，通过连在总线上的电动阀进行给水和排水控制。因此 LIN总线技术的应用范围远不是局限于汽车工业，而在其他领域也同样有着不可忽视的广阔应用前景和现实意义。

参考文献：
1.LIN Consortium, "LIN Specification, Version 1.3", , December 2002.
2. LIN Consortium, "LIN Specification, Version 2.0, Draft 11", . org, unpublished.
3. Philips Semiconductors  UJA1023 LIN-I/O slave product data sheet.
4. Bosch. CAN Specification (Version 2. 0)
5. Motorola Inc. Local Interconnect Network Demonstration [Z] . 2000