車載防盜報警模塊設計應用

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車身上的電子控制單元也越來越多。傳統(tǒng)的車身線束不僅會增加制造成本，而且會降低系統(tǒng)的可靠性和可維護性。于是，汽車車身總線應運而生。采用車身總線設計不僅可以簡化線路、節(jié)約制造成本、提高可靠性，同時也節(jié)省了系統(tǒng)的維護成本。車載防盜報警模塊是車身控制單元(BCM)的一部分，由于其本身對總線通信的實時性和速率要求不高，所以將其接入低速總線LIN上。

LIN總線

LIN總線主要用于不需要CAN性能、速率和復雜性的低速系統(tǒng)，是一種低成本的串行通信網(wǎng)絡，采用一個主節(jié)點及若干從節(jié)點的結構，基于通用的UART/SCI的硬件接口，最高速率可以達到20kb/s。

LIN總線通過報文幀進行數(shù)據(jù)傳輸，一個完整的報文幀包括幀頭和信息響應。報文頭包括間隔場、同步場和標志符場。間隔場由至少13個位時的持續(xù)顯性電平(0)組成，標志著一次數(shù)據(jù)通信過程中報文幀的開始。同步場包含時鐘同步信息，其格式是0x55，所有從機節(jié)點在正確接收同步字節(jié)場后，準確計算出主機節(jié)點將要發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率，并以此波特率作為下一步要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的波特率設定值，從而實現(xiàn)從機節(jié)點與主機節(jié)點時鐘的同步。標志符場定義了信息的內(nèi)容和長度。報文響應由主機節(jié)點或從機節(jié)點根據(jù)標志符場的信息發(fā)出，由2、4或8字節(jié)長度的數(shù)據(jù)和1字節(jié)的校驗和構成。校驗通過計算數(shù)據(jù)的全部字節(jié)而得到，用于接收方驗證數(shù)據(jù)的正確性。

圖 1完整的LIN信息幀

功能描述

車載防盜報警模塊是車身控制模塊的一個從節(jié)點，主要功能有以下3點：一是與BCM之間保持通信聯(lián)系并上報防盜報警模塊的狀態(tài)信息;二是接收車身控制模塊的命令并驅動喇叭發(fā)出報警聲;三是監(jiān)測連接防盜報警模塊與BCM之間的電源線、地線和LIN線是否被割斷并發(fā)出報警聲。

實現(xiàn)方案

1 器件選擇

本系統(tǒng)的兩個主要器件為LIN收發(fā)器和微處理器。由于防盜報警模塊是電池供電的LIN節(jié)點，所以在器件選取時需要盡量考慮低功耗的器件。LIN收發(fā)器選取TJA1020，它是連接車身控制器與防盜報警模塊之間的物理媒體連接，也是LIN主/從機協(xié)議控制器和 LIN傳輸媒體之間的接口。協(xié)議控制器輸入引腳TXD的發(fā)送數(shù)據(jù)流被LIN收發(fā)器轉換為總線信號，而且電平翻轉速率和波形都受到限制，以減少電磁輻射。 TJA1020的接收器檢測到LIN總線上的數(shù)據(jù)流并通過RXD引腳將它傳送到協(xié)議控制器。TJA1020具備低功耗管理模式，它在睡眠模式中幾乎不消耗電流并在錯誤模式中減小功率消耗。所以，TJA1020非常適用于防盜報警模塊這種以電池供電的LIN節(jié)點。系統(tǒng)采用意法半導體的8位微處理器 STM8S105K4作為主控單片機，靠內(nèi)部128kHz時鐘驅動運行時，靜態(tài)功耗可以低至0.6mA。滿足系統(tǒng)對低功耗要求的同時具備LIN控制器與電池電量檢測10位ADC功能。

2 信息幀分類與系統(tǒng)狀態(tài)定義

對車身控制系統(tǒng)與防盜報警模塊之間的通信信息幀做了如下的定義：

喚醒命令用于將系統(tǒng)從睡眠狀態(tài)喚醒到未設防狀態(tài)，睡眠命令用于指令系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)。命令信息幀的內(nèi)容包含設防、解防、報警命令，以及對報警狀態(tài)如報警周期、次數(shù)等屬性的定義。系統(tǒng)的狀態(tài)轉換如圖2所示。

圖2 狀態(tài)轉換圖

3 基本框圖

系統(tǒng)基本框圖如圖3所示，系統(tǒng)與外部的接口有3個，LIN線、電源線和地線。車載蓄電池分別向可充電電池、TJA1020和MCU進行供電，其中可充電電池的作用是在汽車蓄電池電源被剪斷時向系統(tǒng)提供報警所需的電源。

圖3 系統(tǒng)基本框圖

初始情況，TJA1020處于休眠狀態(tài)并通過INH引腳切斷對MCU的供電，此時系統(tǒng)的狀態(tài)定義為睡眠狀態(tài)。連接汽車蓄電池相當于 TJA1020的NWAKE管腳產(chǎn)生電平變化，從而觸發(fā)TJA1020的外部中斷喚醒，同時TJA1020的Tx管腳會產(chǎn)生強下拉。當有遠程LIN信息幀喚醒TJA1020時，Tx管腳會產(chǎn)生弱下拉。TJA1020被喚醒后，會通過INH管腳打開對MCU的供電使MCU開始工作，系統(tǒng)進入未設防狀態(tài)。

在未設防狀態(tài)下，MCU通過GPA端口檢測是否存在汽車蓄電池供電信號，如果不存在供電信號，系統(tǒng)在一定時間后通過連接NSLP的GPB管腳令TJA1020進入休眠狀態(tài)，TJA1020則會通過INH管腳關閉MCU的電源供給，系統(tǒng)返回睡眠狀態(tài)。汽車蓄電池供電存在時，若收到LIN睡眠信息幀，系統(tǒng)也進入睡眠狀態(tài)。

系統(tǒng)在非睡眠狀態(tài)時可以通過接收BCM的LIN命令信息幀在未設防狀態(tài)、設防狀態(tài)和報警狀態(tài)之間進行轉換。系統(tǒng)處于設防狀態(tài)和報警狀態(tài)時，不會進入睡眠狀態(tài)。

4 軟件流程

系統(tǒng)的軟件主要包括實現(xiàn)單片機與LIN總線通信的程序以及單片機對防盜報警喇叭控制的主程序。為確保通信的實時性，系統(tǒng)采用了高優(yōu)先級中斷來接收LIN總線上的信號。為了保證系統(tǒng)的實時性，在中斷處理時除了進行一些簡單的判斷和數(shù)據(jù)接收外，其他部分都在主程序中處理。

圖 4主程序流程圖

一旦總線上出現(xiàn)有效的顯性電平，控制器立即轉入高優(yōu)先級中斷處理函數(shù)，首先判斷是否為主機節(jié)點發(fā)送的間隔場，如果是間隔場則接收同步場和標志符場，若不是同步場則退出等待下一次中斷。在接收到正確的標志符后，若標志符要求系統(tǒng)發(fā)送信息，系統(tǒng)則發(fā)送數(shù)據(jù)場及校驗和場,發(fā)送完成后又開始等待接收下一幀數(shù)據(jù)。若標志符不是要求本機進行數(shù)據(jù)發(fā)送，則接收隨后的數(shù)據(jù)場及校驗和場，在主程序中再根據(jù)標志符判斷所接收的數(shù)據(jù)是否對本機有效，有效的就進行相應的處理，無效就丟棄，處理完成后又開始等待接收下一幀數(shù)據(jù)。