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篇1：用于车身控制模块的单片机和本地互连网络的作用
用于车身控制模块的单片机和本地互连网络的作用
随着应用的不断扩展，今天和未来的单片机普及和车辆网络正在继续。单片机是车辆内各种电子控制模块的“大脑”，而网络则是“系统互连”。本地互连网络（LIN）是业界第一个提出车内Class A开放多路复用协议标准。它定义了一个支持车辆内分布式车身控制电子系统的低成本的串行通信系统。LIN补充了由CAN引导的汽车多路复用网络的现有产品线。工业分析家指出，据估计到每辆车将平均拥有20个LIN节点。车身控制应用代表了车辆中一个重要的领域，LIN有利于支持低成本子网络的简化，而不需要额外的带宽或产生复杂性。
通用的单片机，例如微芯科技的Flash PIC®单片机，其独特的程序存储器和外设的组合，非常适用于那些支持CAN和LIN标准的需要8位或16位单片机进行车身控制的应用。微芯科技提供的广泛的多样化产品可为嵌入控制设计人员提供不同价格和性能的多种选择，以满足他们当前的设计项目的要求。
推进车身控制电子产品是汽车制造商生产更加令人愉悦、更加可靠和安全、更为智能化的车辆能力的基本要素。车身控制电子产品可通过简化车辆的操作，并使司机从分心的次要行为中解脱出来，从而改善车辆的安全因素。每个这样的电子控制模块必须解决先进性能和车辆网络连通性与竞争性价位的问题。由单片机供应商，诸如微芯科技提供的先进外设的集成，可以使系统设计人员具备一种市场竞争优势，他们可以创建其采用基于RISC的PIC®架构。
LIN是车辆网络子总线的一个通信概念。该规范涉及协议和物理层的定义，以及开发工具和应用软件的接口定义。LIN可以实现车内开关、智能传感器和执行器等应用的具有成本效益的通信网络，在这方面并不需要CAN的带宽和多功能性。该通信协议基于SCI（UART）数据格式，这是一种单主/从概念，是一种单线12V总线和无需稳定时基的节点时钟同步。LIN联盟围绕串行低成本通信概念和开发环境开发了这个标准，这使汽车制造商及其供应商能够以一种非常成本有效的方式创建执行和处理复杂的分级多路复用系统的方法。
LIN的典型车身控制应用
车身控制电子可改善车辆驾驶者的舒适性和安全性。LIN总线的典型应用是气候控制、照明、雨水传感器、智能雨刷、智能发电机、开关面板或射频（RF）接收器方面的车门、方向盘、座椅、马达和传感器等总成单元。LIN节点可以容易地连接汽车网络并易于访问所有类型的诊断和服务。此外，通常使用的信号模拟编码可以由数字信号取代，从而得到一条优化的配线束。
车顶：雨水传感器、灯光传感器、灯光控制、天窗，等等
车门：反光镜、中控ECU、反光镜开关、车窗升降、座椅控制开关、门锁，等等
气候：小型电机、控制面板
方向盘：导航控制、雨刷、灯光调节，等等
可选件：气候控制、收音机、电话，等等
座椅：座椅位置电机、人员在场传感器、控制面板
引擎：传感器、小型电机
在集中式车身控制系统中，执行器和传感器是通过一个具有CAN连通性的电子控制部件（ECU）进行硬连线的。ECU通过CAN链接与其他主ECU进行信号交换。如果本地执行器和传感器需要高计算性能，就需要选择硬连线。在那些本地性能低的系统中，可能需要选择基于智能执行器和传感器的分布式系统。选择这种配置是为了采用普遍可用的元件实现一个可升级的系统架构。
这种架构是具有成本效益的，由于电子元件的品种更少，本地智能和网络的附加成本可以通过生产和开发成本的节省得到补偿。这种架构的关键方法是子总线LIN标准、低成本机电和装配和半导体集成。
在LIN的低端应用中有两个关键因素：（a）与CAN相比，每个节点必须是低通信成本；（b）不需要CAN的性能、带宽和多功能性。LIN相对于CAN的主要成本节省是由以下因素推动的：（1）单线传输；（2）低成本的硬件或芯片内软件实现；（3）在从节点不必使用晶体或压电陶瓷。这些优点包括更低的带宽和限制性的单主节点总线接入方法。LIN和CAN协议的主要特性如下所示。
LIN CAN
媒介接入控制 单主节点 多主节点
典型总线速度 2.4至19.6kbd 62.5至500kbd
多点发送信息路由 6位标识符 11/29位标识符
节点编码 NRZ 8N1（USART） 位填充NRZ
每帧数据位 2、4、8字节 0至8字节
所需传输时间 20kbd时为3.5ms 125kbd时为0.8ms
4个数据位错误检测 8位校验和 15位CRC
物理层 单线，Vbat 双绞线，5V
时钟生成 主节点：晶体，从节点：RC/压电陶瓷 晶体
每节点相关成本 0.5 1
LIN协议
LIN是一个基于通用SCI（UART）字节词接口的单线串行通信协议。LIN也可以用软件等效代码或纯状态机执行。LIN网络中的媒介接入是由主节点控制的，这样就不需要从节点仲裁或冲突管理，从而保证了信号传输（参见图2）没有最糟情况的延迟时间。
LIN的主要特性包括：
--低成本单线执行
-- 基于VBAT的增强型ISO 9141
--速度高达20Kbps（由于EMC的限制）
--单主节点和多从节点概念
--没有仲裁需求
--基于通用UART/SCI接口硬件的低成本硅实现
--从节点自行同步，无需晶体或压电陶瓷
--显著减少了硬件平台的成本
--保证信号传输的延迟时间
--可预知的系统
LIN的一个特殊特性是同步机制，它允许由从节点进行时钟恢复，而无需晶体或压电陶瓷。线驱动器和接收器的规范遵循某种增强的ISO 9141单线标准。最高传输速度是20kbps，这是电磁兼容性（EMC）和时钟同步要求所致。
除了主节点的命名外，LIN网络中的节点不使用任何与系统配置有关的信息。节点可以增加到LIN网络中，而无需改变其他从节点的硬件或软件。LIN网络的典型大小为12个节点（尽管这是不受限制的），这是由于少量的64个标识符和比较低的传输速度所致。时钟同步、UART通信的简单和单线媒介是LIN具有成本效益的主要因素。
通信概念
LIN网络由一个主节点和一个或更多的从节点组成。所有节点都包括一个分为发送和接收任务的从节点通信任务，而主节点包括一个附加的主节点发送任务。主动LIN网络中的通信总是由主节点任务开始的。
主节点发送一个由同步中断、同步字节和信息标识符组成的信息报头。正好一个从任务在接收和过滤标识符时被激活，然后开始传输信息响应。该响应包括两个、四个或八个数据字节和一个校验和字节。报头和响应部分形成一个信息帧。
信息标识符表示信息的内容，而不是目的文件。这个通信概念可以实现各种方法的'数据交换：从主节点（使用其从任务）到个一个或更多从节点，从一个从节点到主节点和/或其他从节点。直接在从节点开始将信号发送到从节点，而无需通过主节点进行路由是可能的，或从主节点将信息广播到网络中的所有节点。信息帧的顺序是由主节点控制的。主节点时序帧中的信息数目、顺序和频率是与波特率、系统响应时间和时间行为一起确定的。统的设计必须仔细，因为如果主节点错过了一个从节点的信息，由于主从的概念，这条信息将在下一个时序最先到达主节点。
LIN协议提供了一个启动每个信息帧的专用同步模式，可使从节点在无需晶体或压电陶瓷的条件下，使其本地时基与主节点的时基保持同步。
LIN物理层
LIN总线是由一个正电池节点Vbat的终止电阻器终端匹配电阻供电的单线总线。该总线的线收发器是一个ISO 9141标准的增强型工具。总线可以采用两个补充的逻辑水平：代表一个逻辑‘0’的具有接近接地电气电压的显性值，以及代表逻辑‘1’的具有接入电池供电电压的电气电压隐性值。
该总线利用一个主节点的1Ω上拉电阻和从节点上的30Ω电阻进行终端匹配。从节点终端匹配电容的典型值为220pF。主节点的电容比较高，是为了使整个线电容不依赖于从节点的数目。
LIN物理层的主要电气参数在以下列出：
参数 典型值
通信速度 9.6kbd，19.2kdb
电压水平 13.5V
信号回转率 2V/μs
终端匹配电阻器 主节点：1kΩ
从节点：30kΩ
终端匹配电容器 主节点：220pF
从节点：2.2nF
线电容 100？150pF/m
LIN物理层的规范对收发器出了高性能的要求.收发器交换不应该干扰其他电子元件。特别需要注意的是必须满足汽车制造商的EMC要求。利用波形成形或边缘圆化，可以最大限度地减少收发器的传导发射。
LIN总线系统实例：车门和反光镜模块
汽车车门中电子功能增加的数目是LIN总线用法的一个很好的例子。在进行保养时，可以增加或减少功能，而不会影响原来的系统设计，也不会影响其余从节点的硬件和软件。在开发过程中需要增加功能或选项，以及在车辆的LIN装配结束时，都可以对预先装配、预先测的试模块进行集成。车门LIN功能集群包括：
·车窗升降，有/无防夹控制
·马达PWM控制、车窗位置监控
·门锁执行器控制，包括马达控制（锁死）和车门开关控制
·开关面板控制
·开关照明
反光镜功能可以在更多的LIN从节点上进行集成，这取决于OEM为用户提供的可选功能计划的灵活性。这些反光镜功能包括反光镜上/下、进/出马达控制、加热、水坑灯、转向指示灯、减光（电镀反光镜）电动折叠。
总结
车身控制功能的持续进步，以及单片机和LIN协议是降低系统成本的关键因素。若干因素已在促进LIN作为一种“通用子总线网络标准”的扩展，其中包括：
·LIN的引进发生在车内电子控制模块经历戏剧性增长的时刻。今天的许多汽车方面的创新都是通过采用先进的电子概念实现的。用户追求车辆具有更多的舒适性与安全性为这个市场的开发添加了燃料。监管规范准则促进了这一趋势的发展。与此同时，汽车制造商需要从他们的供应商手中得到具有成本效益的实现方法。
·LIN是车内子网络具有成本效益的总线概念。它有助于优化系统成本和增加系统效率。在全球整个汽车工业中LIN概念不断找许多支持者。即使LIN联盟是由一个OEM、工具制造商和半导体厂商小组发起的，这个具有成本效益的通信开放串行总线标准已在保证统一的工具概念和适当的软件接口方面显示出了同时可用性。
作为用于实现分级车辆网络的驱动因素之一，LIN标准为涵盖了传输协议、传输媒介、开发工具之间的接口和软件编程界面等规范。LIN从硬件和软件的角度保证了网络节点的协同工作能力，并可预知EMC行为。LIN总线可满足车身控制应用在性能和成本方面的要求。它支持执行器和传感器设计的标准化和再用性。
车身控制应用受益于具有广泛存储器、外设和封装组合的基于闪存的单片机的持续进展，以及LIN作为一个低端多路复用解决方案标准的全球性支持。PIC单片机是通用的构建模块，有助于开发应对复杂的车身控制应用挑战的有效的解决方案，并且加快了汽车电子控制模块开发商的产品上市时间。
篇2：LON现场控制网络到以太网互连适配器的设计
LON现场控制网络到以太网互连适配器的设计
摘要：以51单片机为核心连接LON现场控制网络与以太网互连适配器的设计方案，描述了神经元芯片使用并行I／O模式与51单片机通信的方法，介绍了51单片机控制以太网控制芯片8019as的方法。并采用C51语言实现UDP传输，完成了系统的调试与验证。关键词：Lonworks 以太网 RTL8019as 80C51单片机
随着互联网的发展，在使用计算机进行互联的同时，各种智能家电、工业控制、智能仪器仪表、数据采集都在逐步趋向网络化。但由于以太网在实时性和可靠性的先天不足，各种现场总线技术应运而生；更因为其彻底的开放性、分散性和完全可互操作性等特点，正成为未来新型工业控制系统的发展方向。以太网以其应用的广泛性和技术的先进性，逐渐垄断了商用计算机的通信领域和过程控制领域的上层信息管理与通信。为实现上层管理网络与下层控制网络的集成，在实际中必须实现现场总线与以太网互联。
Lonworks现场总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络。Lonworks现场总线在网络通信方面具有突出优点，如网络物理层支持多种通信介质，支持多种网络拓扑结构等。目前使用Lonworks技术的产品广泛应用于工业、楼宇、家庭、能源等自动化领域。本文提出的适配器连接方案，能将LON控制网与以太网无缝连接，实现透明传输。
图1 互连适配器的电路框图
1 互连适配器硬件电路设计
适配器使用的主要芯片为神经元芯片TMPN3150、51单片机89C51RD和以太网控制器RTL8019as。主要分为Lonworks控制模块、协议转换模块和以太网通信模块。其中，协议转换由单片机内部软件完成。
1．1 Lonworks控制模块
Lonworks控制模块主要完成对LON网数据的管理并向单片机传输数据，其核心是神经元芯片。神经元芯片与其他设备的互连是通过其11个I／O口，编程人员可以定义多个引脚为输入／输出对象。用户程序可通过io＿in和io＿out（）访问这些I／O对象，并在程序执行期间完成输入／输出操作。本文设计的适配器采用Neuron芯片预定义的并行I／O对象，实现了高数据速率和全双工工作方式。
并行I／O对象利用Neuron的11个I／O口进行通信。其中IO0～IO7为双向数据线，IO8～IO10为控制信号线。借助令牌传递握手协议，并行I／O口可外接处理器，实现Neuron芯片与外接各类微处理器之间的双向数据通信。并行口的速率可达3．3Mbps，工作方式有三种，即主模式、从A模式和从B模式。不同的模式下，IO8～IO10这三根控制信号线的意义不同。本文应用从A模式?与单片机连接如表1所示。
表1 Neuron芯片与单片机的连接
IO8片选信号线（CS）接P2.5IO9读写信号线（R/W）接P3.6IO10握手信号线（HS）接P1.0IO0～IO7数据总线接P0.0～P0.7从A模式中，Neuron芯片为从机，51单片机为主机。主机与从机间的.数据传输通过虚拟的写令牌传递协议（Virtual Write Token－Passing Protocol）实现。主机和从机交替地获得写令牌，只有拥有写令牌的一方可以写数据（不超过255字节），或者不写任何数据传送一个空令牌。传送的数据要遵从一定的格式，即在要传送的数据前面加上命令码和传送的数据长度。命令码有CMD＿XFER（写数据）、CMD＿NULL（传递空令牌）、CMD＿RESYNC（要求从机同步）、CMD＿ACKSYNC（确认同步）四种，最后以EOM字节结束。写数据和传递空令牌的格式分别如表2、表3所示。
表2 写数据的格式
CMD_XFERLengthDataEOM表3 传递空令牌的格式
CMD_NULLEOM1．2 以太网通信模块
以太网通信模块由51单片机和RTL8019as组成。以太网控制器RTL8019as由台湾Realtek公司生产，100脚PQFP封装。它支持8／16位数据总线及16个I／O基地址选择，使用Ne2000兼容的寄存器结构。它有一块16K字节的RAM，地址为0x4000～0x7fff。实际上它是双端口RAM，可以同时被网卡读／写和用户读／写，相互之间不影响。网卡读写比用户读写的优先级高。RAM分页存储，每256字节称为一页。将前12页作为发送缓冲区（0x4000～0x4bff），后52页作为接收缓冲区（0x4c00～0x7fff）。
以太网的介质访问控制、CRC校验及数据帧的接收和发送都由网卡自动完成，只需将IP包加上目的MAC地址和源地址，再通过远端DMA接口对RTL8019as内部RAM进行读写即可。网卡的地址线共20根。用到的网卡地址为十六进制的0240H～025FH，基地址为0240H，从地址240H～25FH。地址线的A19～A5是固定的000000000010010，只需5根地址线即可。所以RTL8019as输入输出地址共32个，地址偏移量为00H～1FH（对应于240H～25FH）。对于8位操作方式，32个地址中只有18个有用：00H～0FH共16个寄存器地址，10H为DMA地址，1FH为复位地址。本适配器采用轮询方式，不使用中断。故RTL8019as与单片机的连接如表4所示。
表4 RTL8019as单片的连接
IORB读信号，接P3.6IOWB写信号，接P3.7RSTDRV复位信号，P3.4AEN地址信号，接地IOCS16接下拉电阻，选择8位模式S0～S7数据总线，接单片机P0口A19～A10，A6地址线接地A9，A5接P2.5（高电平时选中）A4～A0接单片机P2.0×P2.4表5 单片机发往RTL8019as的数据格式
以太网首部IP首部UDP首部数据14字节20字节20字节128×n字节本适配器使用UDP传送数据，同时支持ICMP的回应应答和回应请求报文（Ping命令），单片机发往RTL8019as的数据帧格式如表5所示。
用单片机实现UDP协议要作一些简化，不考虑数据分片和优先权。因此，在IP首部中不讨论服务类型和标志偏移域，只需填“0”即可。
1．3 互连适配器的硬件电路设计
由于P89C51RD2只有四个8位I／O口，无法同时与RTL8019as 和TMPN3150通信，故使用P0口作为数据总线。P2．5作为片选信号，高电平为RTL8019as，低电平为TMPN3150。图1给出了互连适配器的电路框图。其中3150和RTL8019as复用同一条8位数据线，依靠P2．5进行片选。当P2．5高电平时，RTL8019as地址（1XXXXX）有效，被选中。Max232作为单片机的下载线，互联适配器也可使用RS232口与计算机通信。
图2 适配器工作流程图
2 互连适配器的软件设计
适配器的软件编写包括两部分：一部分是TMPN3150上用Neuron C语言编写；另一部分是在P89C51上用C51语言开发TCP／IP协议栈和与TMPN3150、RTL8019as的通信软件，可读性强，可方便地移植到其他51核心单片机上。
2．1 适配器的初始化
P89C51单片机和TMPN3150之间先建立握手信号，即HS信号有效（由TMPN3150的固件自动实现）；然后，主机发送一个CMD＿RESYNC命令，要求从机同步，而从机接收到这个信号后，则发送CMD＿ACKSYNC，表示已同步，可以通信了。RTL8019在通信前要先读取93C46的内容并设置内部寄存器的值（配置寄存器CONFIG1～4，网络节点地址），再由89C51对RTL8019的页0与页1相关寄存器进行初始化，即可正常工作。
2．2 适配器工作流程
考虑到LON网主要作为监控网络，特别在楼宇自动化中的监控，由LON网发往以太网的数据较多，应首先保证其优先权。且89C51RD只有1024字节的内存，无法处理大的以太网帧。经过实验比较，在最后具体实现时，选择LON最大为每帧64字节，尽量做到每收10个LON帧，发一个以太网帧，流程如图2所示。
(本网网收集整理)
2．3 服务器监控软件的设计
Lonworks现场总线使用网络变量的方式传送数据。一个网络变量是Lonworks网络节点的一个对象，各个节点之间的联系通过网络变量实现。当一个网络变量在一个节点中被应用程序改变时，LonTalk协议自动将新值构成隐式消息透明地发往可与之共享的其他节点，而应用程序则不必考虑发送、接收和寻址的问题。安装在服务器上的监控软件将需要改变的网络变量数据利用UDP通过以太网发往指定IP地址的适配器，适配器将自动完成各个数据向相应设备的传输。同样，适配器也将设备发来的网络变量使用UDP发往指定IP的服务器。使用Delphi6．0编写了一个简单的设备监控软件。实验中，它能同时管理16路的数据采集和控制，适配器达到了12kbps的峰值速率。实验模型如图3所示。
篇3：RBF网络用于边界层转捩中抽吸流优化控制
RBF网络用于边界层转捩中抽吸流优化控制
在抽吸气流控制边界层转捩问题中,将径向基神经网络用于抽吸流速与转捩位置间的函数关系建模,构造了网络结构,利用一组两通道抽吸流控制转捩的'实验数据训练网络,获得了优化的网络参数.在此基础上,利用训练网络所获得的输入/输出关系模型求解了最优抽吸流速.结果表明,RBF网络可有效地应用于边界层转捩主动控制中的系统函数关系建模.
作 者：侯宏 杨建华 作者单位：侯宏(西北工业大学,应用物理系,陕西,西安,710072)杨建华(西北工业大学,自动控制系,陕西,西安,710072)
刊 名：航空学报 ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICA 年，卷(期)：2002 23(6) 分类号：O357.4+1 关键词：抽吸气流 转捩 径向基网络★ 本地民风民俗作文
用于车身控制模块的单片机和本地互连网络的作用（合集3篇）
