LIN总线系统简析

LIN总线系统为什么引入LIN总线？任务要求：•1.熟悉LIN总线系统的功用、结构组成及主要元件；•2.理解LIN总线系统的工作原理；•3.能识读和分析LIN总线系统电路；•4.能分析LIN总线系统的波形；•5.能根据相关资料确定LIN总线的技术参数；•6.能分析LIN总线的故障；•7.能主动与学习小组成员沟通，与教师和同学建立良好的人际关系。一、LIN总线概述1.LIN总线的含义LIN（LocalInterconnectNetwork）即局部连接网络，也被称为“局域网子系统”，即LIN总线是CAN总线网络下的子系统，车上各个LIN总线系统之间的数据交换是由控制单元通过CAN数据总线实现的LIN总线是一种辅助的串行通信总线网络，多用于不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，LIN的目标是为现有汽车网络（例如CAN总线）提供辅助功能LIN典型的应用是车上传感器和执行器的联网，LIN属于汽车上的A级网络。2.LIN总线的特点（1）工作方式：LIN总线为单主/多从方式；CAN总线为多主或主/从方式。（2）数据传输线：LIN总线为单线传输；CAN总线为双线传输。（3）工作电压：LIN总线为12V；CAN总线为5V。（4）传输速率：LIN总线最高为20kb/s，属于低速总线（A类）；CAN总线最高为1Mb/s，应用于汽车上的属于中速（B类）、高速（C类）。（5）传输距离：LIN总线最长为40m；CAN总线最长为10km。（6）LIN总线无需仲裁；CAN总线采用非破坏性仲裁技术。（7）传输的数据长度：LIN总线一帧信息中数据长度为2、4或8B；CAN总线为一帧信息中数据长度为0～8B。（8）标识符的位数：LIN总线有6位标识符；CAN总线有11位或29位标识符。（9）节点数：LIN总线一般不超过16个；CAN总线最多110个。（10）传输线的颜色：LIN总线主色为紫色；CAN总线主色为橙色。LIN总线的优点：（1）在LIN系统中，加入新节点时，不需要其它从节点作任何软件或硬件的改动（3）从节点不需振荡器就能实现同步，节省了多从控制器部件的硬件成本（4）基于通用UART接口，几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件，价格低廉、结构简单（2）整个网络的配置信息只包含在主节点中，从节点可以自由地接入或脱离网络而不会影响网络中的通信LIN的网络结构1.LIN总线的网络结构一个主节点，主节点可以执行主任务（引起LIN网络通信）也可以执行从任务，总线上的信息传送由主节点控制。主节点连接在CAN数据总线上多个从节点，从节点只能执行从任务。二、LIN总线的结构原理（1）主节点（主控制单元）A6L轿车LIN总线内部组成示意图用于空调控制用于前部车顶模块①LIN总线主控单元监控数据传递及其速率，发送信息标题②主控制单元的软件内已设定了一个周期，这个周期用于决定何时将哪些信息发送到LIN数据总线上多少次③该控制单元在LIN数据总线与CAN总线之间起沟通作用（“翻译”），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主控制单元进行与之相连的LIN从控制单元的自诊断（1）主节点（主控制单元）（2）从节点（从控制单元）奥迪A6L轿车CAN、LIN总线与从控制器示意图LIN总线从控制器（2）从节点（从控制单元）传感器执行元件控制单元ECU大众迈腾轿车的舒适CAN总线系统LIN总线ECU-雨刷电机控制单元传感器-雨滴+光强传感器传感器-车辆倾斜传感器执行元件-报警喇叭LIN总线（2）从节点（从控制单元）（2）从节点（从控制单元）①接收、传递或忽略与从主节点接收到的主任务（起始报文/信息标题）相关的数据②可以通过一个“叫醒”信号，唤醒主节点。③检查所接收数据总量和所发送数据的总量。④同主节点的同步字节保持一致。⑤只能按照主节点的要求同其他从节点进行数据交换。注意：只有当LIN主节点发送出主任务（起始报文或信息标题）后，从节点才会反应。2.LIN总线系统的物理结构主节点从节点节点数为什么不能太多？（2）受总线物理特性的限制——节点数越多网络阻抗越低（并联），会发生通信故障。LIN系统每增加一个节点大约使网络阻抗降低3％。（1）受标识符长度的限制二极管的作用？当VBAT为低时（本地节点断电或断路等）防止LIN总线驱动节点的电源线，从而大大增加总线负载3.LIN总线的信号隐性电平：如果无信息发送到LIN数据总线上（总线空闲）或者发送到LIN数据总线上的是一个隐性位显性电平—接近于0V隐性电平—12V显性电平：当传输显性位时，发送控制单元内的收发器将LIN数据总线接地。注意：收发器的型号不同，显性平有差异（1）信号波形（2）信号传递的安全性①在隐性电平和显性电平的收发时，通过预先设定公差来保证数据传输的稳定性②为了能在有干扰辐射的情况下仍能收到有效的信号，接收的允许电压值要稍高一些发送信号电压必须满足显性电平小于电源电压的20%发送信号电压必须满足隐性电平大于电源电压的80%接收信号电压必须满足显性电平小于电源电压的40%接收信号电压必须满足隐性电平大于电源电压的60%4.LIN总线的信息格式报文帧——起始报文（信息标题）和应答（回应/信息内容）两部分构成。起始报文（信息标题）——由LIN主节点（主控制单元）发送，LIN总线的通信由此引起应答（回应/信息内容）——由LIN主节点（主控制单元）或从节点（从控制单元）发送（1）起始报文（信息标题）——由LIN主控制单元按周期发送，由同步暂停区、同步分界区、同步区、识别区构成同步暂停区——至少为13位的显性位。同步分界区——至少为一位隐性位。同步区——由0101010101这个二进制位序构成，所有的LIN从控制单元通过这个二进制位序来与LIN主控制单元进行匹配（同步）。识别区——识别区的长度为8位（二进制的），头6位是回应信息识别码和数据区的个数。后两位是校验位，用于检查数据传递是否有错误。标识符（6位）—给出的是这个信息的意义或特征，而不是这个信息传送的地址。（2）应答（回应/信息内容）——由LIN主节点（主控制单元）或从节点（从控制单元）发送，由数据场和校验场组成数据场——由2B、4B或8B的数据组成。每个数据区是10个二进制位，其中一位是显性起始位，一个是包含信息的字节和一个隐性停止位。起始位和停止位是用于再同步，从而避免传递错误的。校验场——1个字节，由数据场的数据求和取反码生成①带有从控制单元回应的信息：该回应由LIN从控制单元来发送。LIN主控制单元通过信息标题内的标志符要求LIN从控制单元发送数据。②带有主控制单元命令的信息：该回应由LIN主控制单元来发送。LIN主控制单元通过信息标题内的标志符要求LIN从控制单元使用包含在回应内的数据。两种信息：5.LIN总线的数据传输过程LIN总线的数据传递流程一个LIN总线的子系统总是由主系统发送相应的信息标题要求时，它才向LIN总线发送数据。所发送的数据可供每个LIN数据总线控制单元接收。LIN-信息1表示主系统要求子系统1提供数据；LIN-信息2表示主系统要求子系统2提供数据；LIN—信息3表示主系统为子系统发送数据，比如主系统向子系统2发送数据。5.LIN总线的数据传输过程奥迪A6轿车空调系统的LIN系统框图（1）带有子反馈的空调装置LIN信息传递流程——从控制单元向LIN总线反馈温度信号和鼓风机实际转速信号从控制单元向LIN总线反馈温度信号和鼓风机实际转速信号带有从控制单元回应的信息，LIN从控制单元会根据识别码给这个回应提供信息①空调装置在LIN总线系统上发送信息标题——查询制冷剂温度和鼓风机实转速②传感器G395读取标题，检修转换，然后将当时的制冷剂温度值放到LI系统上。③制冷剂温度和鼓风机实际转速被空调装置识别。（2）带有主反馈的空调装置LIN信息传递流程——主控制单元向LIN总线系统发送鼓风机转速信号主控单元向LIN总线系统发送鼓风机转速信号带有主控制单元命令的信息，LIN主控制单元会提供回应。根据识别码的情况，相应的LIN从控制单元会使用这些数据去执行各种功能。①空调装置在LIN总线系统上发送信息标题——调节新鲜空气鼓风机的等级。②空调装置发送所希望的鼓风机等级。③新鲜空气鼓风机读取信息，相应地控制鼓风机。6.LIN总线的数据传输方式（1）主一从方式——由主节点到一个或多个从节点；由一个从节点到主节点或到主节点再到其他从节点。①主一从通信模式将大部分调度操作转移到主节点上，从而简化其他节点操作。②LIN从节点硬件大幅减少，甚至可能减少为单个状态设备。③主节点能够同时与所有节点通信，信息和要求的ID数量都大大减少④这种通信方法速度缓慢，LIN节点很难及时地接收和处理数据，并选择性地将它传输给其他节点。（2）从一从方式——通信信号在从节点之间传播，而不经过主节点或者通过主节点广播消息到网络中的所有的从节点。①响应速度提高②各个从节点的时钟源未知，因此，从节点将数据传输到网络时，数据可能发生漂移③主节点不显示从一从通信已经失效7.LIN总线数据传输的顺序（1）LIN主控制单元的软件内已设定了一个顺序，LIN主控制单元就按这个顺序将信息标题发送至LIN总线上（2）常用的信息会多次传递。（3）LIN主控制单元的环境条件可能会改变信息的顺序。如：点火开关接通/关闭；自诊断已激活/未激活；停车灯接通/关闭。三、LIN总线在实车上的应用1.在奥迪A6L轿车上的应用奥迪A6L防盗系统中的LIN总线系统2.在丰田卡罗拉轿车上的应用认证ECU总线车门总线空调总线在卡罗拉轿车上，多路通信系统（LIN）用来控制车身系统ECU之间的通信，主要包括车门系统LIN通信系统、认证系统LIN通信系统、空调LIN通信系统。对于卡罗拉LIN总线故障，可以按下面的流程图进行故障排除。ECU端子的检查诊断故障码表LIN通信总线故障车辆送入修理车间检查蓄电池电压（标准电压：11～14V）提示：如果电压低于11V，在继续操作前，对蓄电池充电或换蓄电池使用智能检测仪，检查CAN通信功能以确保通信系统无故障是否输出DTC码（是否出现LIN通信故障）输出DTC根据诊断故障表进行故障排除未输出DTC（未出现LIN通信故障）检查CAN通信系统的通信功能总体分析和故障排除：1、数据表/主动测试；2、ECU端子检查。未输出DTC（出现LIN通信故障）根据故障症状表进行故障排除提示：使用智能检测仪。（1）LIN总线故障排除流程当主车身ECU和认证ECU之间存在断路、短路或ECU通信故障时，会输出DTC码B2287，其故障部位主要在于认证ECU、主车身ECU、线束或连接器。相关电路如图4-30所示。图4-30注意：点火开关置于OFF位置，使用智能检测仪进行故障排除时，将智能检测仪连接至车辆，以1.5秒钟的间隔打开和关闭门控灯开关，直到检测仪和车辆之间开始通信。诊故障码表（3）LIN主单元故障的排除方法