004网络与通信p65.pdf

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1、信息化纵横 2009年第10期37网络与通信 Network and Communication随着汽车应用的发展和普及，因长时间驾驶和乘坐汽车给人体带来的腰、背部疲劳和疾病逐渐上升，汽车座椅的舒适和保健性能逐渐受到人们的重视。近年来，在高档豪华轿车中开始采用按摩座椅，能达到调节位姿、推压肌肉、促进血液循环、减轻疲劳和防止乘车疾病的功效。目前该座椅已在一些豪华轿车上应用(例如凯迪拉克、奔驰、凌志、蒙迪欧等)，而且在豪华旅游客车上也逐渐采用，具有很好的发展应用前景。1 LIN 总线技术SAE(汽车工程师协会)出版了一系列文件用来描述汽车网络的推荐使用规程，并根据数据传输速率正式对汽车网络进行了分

2、类。其中 A 类网络通信标准的数据传输速率在 1 kb/s10 kb/s 之间。A 类网络通信标准繁杂，未能得到有效的统一。但是这一状况随着 LIN(Lo calInterconnect Network)总线的推出而得到解决。LIN 是一种面向低端通信的多路复用串行协议，主要应用在速率要求不高的场合，例如车身电控单元的集成、智能执行器和传感器到车身主体网络的连接，以及汽车中的分布式电子系统控制1。LIN 的单总线方式可大大减少线束，降低车内布线的复杂性，这也是其应用的潜力所在。LIN 属低端网络，同 CAN 相结合可构成汽车车身分层网络结构，其主干网络由 CAN 来构筑，而用 LIN 担任局部

3、的通信任务2。2 系统总体结构设计该座椅按摩系统由终端执行元件（8 个充放气气囊）顺序周期性充放气动作实现。8 个气囊分别与 3 个三通阀模块连接，三通阀每一路都由 Alfmeier 公司专利产品形状记忆合金阀门制动器实现，阀门开合过程由 Atmel 公司的基于 LIN 总线的 ATA6602 进行控制。系统总体结构图如图 1 所示3。3 系统功能设计3.1 开关信号的输入和输出本系统主要的开关信号输入是 1 个四键按键模块，此模块占用 ATA6602 上的 PC0PC3 端口。开发要求为识别此四键模块不同的按键信号，并作出响应。按键识别可采用 I/O 中断响应或键盘端口扫描式。由于主程序时序

4、响应要求不高，因此可采用端口扫描式，每隔一定时间读取 PC 端口值，获取响应键盘序号4。本系统主要的输出信号是控制三通阀的 6 路信号(PB0PB5)和 30 V 电源供电信号，此电源分别作为泵(PD3)基于LIN总线的汽车按摩椅控制系统研究沈斌，彭程(同济大学 西门子信息技术基金实验室，上海 200092)摘要：LIN 总线是一种低成本的串行通信网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制，为现有汽车网络(例如 CAN 总线)提供辅助功能。详细介绍了 LIN 总线在座椅按摩系统中的应用，通过数据准确、可靠、实时地进行传输，实现了豪华汽车车椅按摩功能。关键词：LIN 总线；汽车按摩椅；控制系统中图

5、分类号：TP393文献标识码：AResearch of car massage armchair control system based on LIN-busSHEN Bin，PENG Cheng(Siemens Information Technology Funding Laboratory，TongJi University,Shanghai 200092，China)Abstract：LIN-bus is a low-cost serial communication network for the realization of controlling distributed aut

6、omotive electronic systems.Itprovides auxiliary functions for the existing automobile network(CAN bus).This paper describes how to apply Lin-bus to the seat massage system.Through accurate，reliable and real-time transmission of data,this system can realize the luxury vehicle Seat massage function.Ke

7、y words：local interconnect network bus；car massage armchair；control system38信息化纵横 2009年第10期网络与通信 Network and Communication和三通阀(PD4)的电源。系统开发要求按照一定时序对此8 路 I/O 输出进行一定控制，以完成气囊的充放气控制。3.2 基于 LIN 总线的数据传递和接收本系统共有 8 个气囊，8 个气囊分别由 1 个主机和2 个从机控制，主从机之间采用 LIN 总线进行通信。因此，该座椅按摩系统是 1 个主机任务模块和 2 个从机任务模块组成的 LIN 网络。从通信协

8、议的角度来看，1 个 LIN 网络由 1 个主机任务模块(Master Task)和若干个从机任务模块(Slave Task)组成。主机节点中既有主机任务模块又有从机任务模块；其他节点中只有从机任务模块5。4 系统硬件电路设计本系统选用 Atmel 公司的 ATA6602 作为 LIN 节点的MCU。ATA6602 多芯片模组为汽车舒适性应用(例如车窗升降器、反光镜和座椅调节器)和动力系统常见的制动器装置而设计。ATA6602 体积小巧，还适合于传感器节点的应用，例如控制面板、空调、下雨/日晒传感器等。通过多芯片模组的方式，ATA6602 将微控制器(8 位 AVR)和 LIN 系统基础芯片(

9、LIN SBC)集成为 1 个封装(SiP 片内系统)，而无需外部连线。因而 ATA6602/ATA6603 可以提供最高的集成度，包括微控制器、电压调节器、LIN 转发器和看门狗，包含了 LIN 节点所需的所有基本功能。ATA6602 集成了汽车级的 ATmega88，内嵌 8 KB Flash 存储器的 AVR Flash MCU。系统电路图如图 2 所示。硬件采用模块化设计，在主机单元硬件框图中，单片机接收数字信号、开关信号，经过 ECU 进行处理，送给收发器转换成 LIN 信号到总线上，如图 3 所示。图 3 主机控制单元硬件框图从机通过 LIN 总线把数据经过 MCU 处理后，再驱动

10、终端，控制车灯的状态。它可以把车灯的状态反馈给控制器，反映执行情况及错误处理，如图 4 所示。图 4 从机控制单元硬件框图5 系统软件设计LIN 节点是通过应用程序主机任务和从机任务来实现 LIN 网络通信的。主机节点包涵主机任务和从机任务。主机任务流程图如图 5 所示。图 5 主机任务流程图从机任务模块主要任务为接收主机通过 LIN 总线发送的信号并对气囊做出相应的控制，从机任务流程图如图 6 所示。图 1 系统结构图图 2 系统电路图(下转第41页)信息化纵横 2009年第10期41网络与通信 Network and Communication单片机是难以实现网络通信的。为满足系统的通信要

11、求，针对 TCP/IP 协议的不同层次的特点，选择实现的网络协议有 ARP 应答协议、IP 协议、ICMP 协议、PING 应答协议、TCP 协议和 HTTP1.0，结构如图 5 所示。经过精简后的 TCP/IP 协议嵌入单片机使其对信息进行 TCP/IP协议处理变成可在 Internet 上传输的 IP 数据包67，最终系统采集的实时信息、历史环境信息及报警情况以网页的形式呈现在浏览器上。系统的 IP 地址可在系统程序中设定或更改。图 5 TCP/IP 协议结构图4 系统功能调试经测试，该系统已实现对环境信息(温湿度)的多点采集，可同时监测 2 个相距 2 m 以上的点。系统有本地和远程网页

12、 2 种显示方式，本地 LCD 显示实时数据，远程网页上显示实时数据和历史的近 1 小时、1 天、1 月和1 年的平均数据及超温报警情况(本地为蜂鸣器)，如图 6所示。历史的统计数据长期保存，掉电不会丢失，系统可供 10 台远程 PC 机同时访问。本设计在环境信息采集系统的基础上，成功地将精简 TCP/IP 协议嵌入到 MSP430 单片机中，使其具备远程监测的功能。数据通过网络传输成本低，传输范围广。系统在单片机剩余端口可设计实现对更多环境信息参数的监测，可扩展性强，应用面广。嵌入式 Web 服务器能够连接到 Internet，可以方便、低廉地将信息传送到世界上的任何一个地方。参考文献1 T

13、exas Instruments MSP430 x41x mixed signal microcontrollerMUSA：Texas Instruments，20042 Sensirion SHT10-digital humidity sensor(RH&T)M Switzerland：Sensirion，20053 Cirrus Logic CS8900A product data sheetM USA：Cirrus Logic，20044 葛辛欣.基于CS8900A的嵌入式网络接口模块设计J.北京工商大学学报(自然科学版)，2008,26(3):5 王怀德，郭文川.嵌入式Web服务器的研

14、究与设计J.计算机工程与设计，2008,29(10):6 鲁丽.RTU Internet网络接口技术研究D.南京：河海大学，2007.7 季琦，金小辉.嵌入式TCP/IP协议栈的设计与实现J.电子元器件应用，2008,10(8):(收稿日期：2009-02-17)图 6 从机任务流程图根据按摩要求制定准确的任务时序，控制程序最后要求实现如图 7 所示的控制时序。此时序要求具有一定的时间准确性。故可采用系统内部时钟控制时间，误差基本控制在 ms 级水平。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

15、是这样可能会造成浪费。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，在其他领域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 Bosch.CAN Specification(Version 2.0).2 Motorola Inc.Local interconnect network demonstration Z.2000.3 LIN Consortium.LIN specification package(Rev 1.3)S.2002.4 佟为明，孙凡金，赵志衡.LIN总线技术 J.低压电器，2004(2):5 ATA6602 datasheet.(收稿日期：2009-02-17)（上接第38页）图 6 网页显示数据和报警