【技术大神】将低成本LIN总线运用到智能家居中

2016-12-28 技术大神活动文章

LIN(Local Interconnect Network局域互联网络)是一种低成本的总线网络。它最开始出现于汽车行业,作为CAN的辅助总线,用于车身控制网络的低端(某些对通讯速率要求不高)场合,实现汽车车身网络的层次化,以降低汽车网络的复杂程度。笔者就曾针对某客户需求,使用LIN总线设计智能家居网络中的触控窗帘控制器。


图1:基于触控的窗帘控制器


目前,实现智能家居系统的有线传输方式包括LonWorks总线、CEBUS总线、RS485总线和CAN总线等,基于各个总线方案的技术特点,适用于对数据传输率和数据传输范围要求均不同的场合。当然,针对不同的应用场合,各个总线都有它的优势与劣势,例如LonWorks总线价格偏贵,且适合于智能楼宇控制而不适合于家庭使用;RS485总线只给出了总线标准而没有通信协议的定义;CEBUS接口技术复杂,价格也难以让人接受。与其他总线技术相比,LIN总线技术所具有接口方便突出优点,可以用普通的单片机以软件方式来实现LIN的协议,从而可大大降低智能家居系统的硬件成本。除此之外,LIN总线还具有以下特点。


LIN总线的特点:
采用单主/多从的通信模式,无需总线仲裁

基于通用UART/SCI接口的低成本硬件实现

12V供电,最高传输速率可达20kb/s

从机节点不需要晶振或陶瓷振荡器就可实现自同步

具有数据错误检测功能,以及对网络中故障节点的错误检测,保证数据传输的可靠性

总线允许挂载16个节点

具有进入睡眠状态和唤醒功能,可以降低系统功耗


触控窗帘控制器方案中,通讯过程主要是传输设备控制类的信号,即对家用电器的一些开关控制等。例如一些开关量和脉冲量,因此数据信息量小,传输速率较低;但实时性、可靠性要求较高,实现起来更是要求低功耗、低成本。因此信号的传递完全可以采用一些简单的数据传输协议来实现。

触控窗帘控制器主控目的在于接收单/多从机的状态改变需求,并通过组网方式与外部网络通讯。LIN通讯方式符合主机可挂载多从机机制,通过分配从机地址实现单主/多从的控制,因此满足触控窗帘控制器的设计需求。在家用器件上,除了实效性和可靠性,安全性也是重中之重,因此在该方案中我们选用了Melexis的总线收发器MLX80050来确保设计的安全性能。MLX80050具有5V到27V的宽电压范围及4.1V的电压阀值,当超过正常温度范围时会自动关机。另外它还具备VSUP低压检验测定功能、VCC欠压检测的保护功能和40V负载突降保护功能,保证了工作的安全性和稳定性。MLX80050波特率可高达20k波特,可实现低定速驱动模式和优化SAE J2602传输,具有高阻抗LIN引脚防止接地或电池损耗。以上使MLX80050帮助实现了低成本效益且安全可靠的LIN总线系统。


针对客户需求,主控器上需挂载两个从机(带动房间内帘、外帘电机),根据协议所有通讯都是由主机任务发起,从节点处接收标识符并滤波,激活相应的节点且使其开始本消息的应答传输,发回数据场和校验场。不同的从机,具有不同的标示符场和从机地址,因此在方案中我们自定义了两个从机触控标示符为0x25(从机1),0XA6(从机2)。图2是数据从主机到从机的通讯过程。


图2:数据由主机到从机通讯


触摸按键(从机1、2)未被触碰的情况下,主机发送具有固定标识符的报文头,识别了自己固定的标识符的LIN从机发送空的命令,即报文响应。在将触控摁下下帘动作的情况下,对应标识的LIN从机,响应自定协议的报文响应,成功控制电机带动窗帘动作。例如,在单从机模式下(只具有一个触控),可截取到整体报文帧数据为:

00 00 55 A6 00 02 0D 0A    F6 00


在双从机模式下(两个触控,同样适用于多从机),整体报文帧数据为:

00 00 55 25 00 01 0D 0A F7 00

00 00 55 A6 0F 02 0D 0A D7 00


利用LIN总线协议在智能家居系统中构建内部网络实现对各节点的控制,具有良好的扩展性。此外,根据LIN总线特性,从机节点不需要晶振或陶瓷振荡器就可实现自同步,且从节点可任意删减或添加,所以方案同样适用于其他家用器件需求,这就对开发的扩展和维护增加很多的有利条件,所以在同类产品中具有很多优势,将更为用户所接受。


作者:惠惠

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