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Sistema de multiplexado de datos "LIN-Bus"

Introducción
LIN es la abreviatura de Local Interconnect Network.
El LIN-Bus es una extensión del bus de datos CAN. A un máximo de 20 Kbit/s, su velocidad de transferencia de datos es muy inferior a la del sistema de bus CAN. El bus LIN conecta actuadores o sensores con las correspondientes unidades de control. Las órdenes se transmiten siempre en una sola dirección, desde la denominada unidad de control maestra al sensor o actuador conectados en sentido descendente, el "esclavo". El maestro puede transmitir órdenes hasta a 16 esclavos conectados en sentido descendente. Un ejemplo aplicación de LIN bus es el techo solar de cristal eléctrico, cuyo servomotor recibe sus órdenes desde la unidad de control de confort a través del bus LIN.

Local Interconnect significa en este caso, que todas las unidades de control están localizadas en una zona limitada (p. ej. en el techo). También se le da el nombre de «subsistema local».
El intercambio de datos entre los diferentes sistemas de LIN-Bus en un vehículo se realiza respectivamente por medio de una unidad de control a través del CAN-Bus de datos.
En el caso del LIN-Bus se trata de un bus monoalámbrico. El cable tiene el color básico violeta y un color de identificación. La sección del conductor es de 0,35 mm. No requiere
apantallado.
El sistema permite el intercambio de datos entre una unidad de control LIN maestra y hasta 16 unidades de control LIN esclavas.

Elementos del vehiculo que se pueden controlar a traves del LIN-Bus.

Ejemplo parcial de una instalacion de un bus LIN y su integracion en el bus CAN.

Unidad de control LIN "maestra"
La unidad de control que va conectada al CAN-Bus es la que ejecuta las funciones de maestra en el LIN-Bus.

Funciones asignadas:

• Controla la transmisión de datos y su velocidad. La unidad de control LIN maestra transmite el encabezamiento del mensaje.
• En el software se define un ciclo, según el cual se han de transmitir mensajes al LIN-Bus y se especifica cuáles.
• Asume la función de traducción entre las unidades de control LIN abonadas al sistema del LIN-Bus local y el CAN-Bus de datos. De esa forma es la única unidad de control del LIN-Bus que va conectada a su vez al CAN-Bus.
• La diagnosis de las unidades de control LIN esclavas que lleva conectadas se realiza a través de la unidad de control LIN maestra.

Unidades de control LIN "esclavas"
En un sistema de bus de datos LIN pueden funcionar como unidades de control LIN esclavas las unidades de control específicas, p. ej. la de la turbina de aire fresco o también pueden
funcionar como tales los sensores y actuadores, p. ej. el sensor inclinométrico o bien el sonorizador DWA.
Los sensores llevan integrada una parte electrónica que analiza los valores medidos.
La transmisión de estos valores se realiza entonces a través del LIN-Bus en forma de señales digitalizadas.
Para varios sensores y actuadores se necesita un solo pin en la hembrilla de la LIN maestra.

Los actuadores en el LIN-Bus son grupos componentes electrónicos o electromecánicos inteligentes, a los que se les pasan sus instrucciones en forma de las señales de datos LIN procedentes de la unidad de control LIN maestra. A través de sensores integrados se puede consultar el estado operativo efectivo de los actuadores a través de la UCE LIN maestra, de modo que sea posible efectuar la comparación de los estados teórico y efectivo.

Transmisión de datos
La velocidad de transmisión es de 1 - 20 kbit/s y viene determinada en el software de las unidades de control LIN. Equivale como máximo a una quinta parte de la velocidad de transmisión de los datos en el CAN Confort.

Señal

• Nivel recesivo
  Si a través del LIN-Bus no se transmite ningún mensaje o se transmite un bit recesivo, el cable del bus tiene aplicada una tensión equivalente prácticamente a la de batería.
  
  
• Nivel dominante
  Para transmitir un bit dominante sobre el LIN-Bus, un transceptor en la unidad de control que efectúa la transmisión conecta el cable del bus de datos a masa.

Seguridad de transmisión
Con la determinación de las tolerancias para la transmisión y recepción en la gama de los niveles recesivo y dominante se tiene dada una transmisión estable.

Para poder recibir señales válidas a pesar de existir interferencias parásitas se han configurado más extensas las gamas de tensiones admisibles por el lado de la recepción.

Mensajes

Mensaje con respuesta de esclava
La unidad de control LIN maestra exhorta en el encabezamiento a una unidad de control LIN esclava a que transmita información, p. ej. sobre condiciones de conmutadores o valores
de medición.
La unidad de control LIN esclava transmite la respuesta correspondiente.

Mensaje con mandato de maestro
Por medio del identificador en el encabezamiento, la unidad de control LIN maestra exhorta a las correspondientes unidades de control LIN esclavas a que utilicen los datos contenidos en la respuesta.
La respuesta es transmitida en este caso por la unidad de control LIN maestra.

Encabezamiento del mensaje (header)
El encabezamiento es transmitido de forma cíclica por la unidad de control LIN maestra.

Se divide en cuatro campos:

• Pausa de sincronización
• Limitación de la sincronización
• Campo de sincronización
• Campo del identificador
  

• La pausa de sincronización («synch break») tiene una longitud mínima de 13 tiempos por bit. Se transmite con nivel dominante.
  Resulta necesaria la longitud de 13 bit para indicar de forma inequívoca el comienzo de un mensaje a todas las unidades de control LIN esclavas.
  En las demás partes del mensaje se transiten como máximo 9 bits dominantes consecutivos.
  
  
• La limitación de la sincronización («synch delimiter») tiene una longitud mínima de 1 bit y es recesiva (˜Ubat.).
  
  
• El campo de sincronización («synch field») está compuesto por la cadena binaria 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1. Con esta secuencia de bits se pueden ajustar (sincronizar) todas las unidades
  de control LIN esclavas al ritmo del sistema de la unidad de control LIN maestra.
  La sincronización de todas las unidades de control resulta necesaria para disponer de un intercambio de datos exento de errores. Si se pierde la sincronización, los valores de los
  bits serían implantados en un sitio incorrecto del mensaje en el receptor, produciéndose errores en la transmisión de los datos.
  
  
• El campo del identificador tiene una longitud de 8 tiempos por bit. En los primeros 6 bits está contenida la identificación del mensaje y el número de campos de datos (ver página 14)
  que componen la respuesta.
  El número de campos de datos en la respuesta puede ser de entre 0 y 8.
  Los dos últimos bits reciben la suma de verificación de los 6 primeros bits, para la detección de errores de transmisión. La suma de verificación se necesita para evitar que se produzcan asignaciones a mensajes equivocados al haber errores de transmisión del identificador.

Contenido del mensaje (respuesta)
En el caso de un mensaje con respuesta de esclava, una unidad de control LIN esclava agrega información a la respuesta obedeciendo a lo especificado en el identificador.

Ejemplo en la figura inferior:

En un mensaje con solicitud de datos por parte de la UCE LIN maestra, ésta última es la que agrega la respuesta.
En función de lo especificado en el identificador, las unidades de control LIN esclavas procesan los datos y los utilizan para la ejecución de funciones.

Ejemplo en la figura inferior:

La respuesta consta de 1 a 8 campos de datos (data fields). Un campo de datos consta de 10 bits. Cada campo de datos está compuesto por un bit de arranque dominante, un byte de
datos que contiene la información y un bit de parada. Los bits de arranque y parada se utilizan para la resincronización y, por tanto, para evitar errores de transmisión.

Orden de los mensajes
Siguiendo el orden especificado en su software, la unidad de control LIN maestra transmite cíclicamente sobre el LIN-Bus los encabezamientos y, al tratarse de mensajes maestros, incluye las respuestas.
La información que se necesita con mayor frecuencia se transmite también más frecuentemente.
El orden de los mensajes puede variar en función de las condiciones dadas en el entorno de la unidad de control LIN maestra.

Ejemplos de condiciones del entorno:

• Encendido ON/OFF
• Diagnosis activa/inactiva
• Luz de población ON/OFF

Para reducir la cantidad de versiones de la unidad de control LIN maestra, ésta transmite sobre el LIN-Bus los encabezamientos destinados a las unidades de control de un vehículo con equipamiento completo.
Por la ausencia de unidades de control para equipamientos opcionales aparecen en la imagen del osciloscopio encabezamientos sin respuestas. Esto no influye sobre el funcionamiento del sistema.

Proteccion antirrobo
La transmisión de datos en el sistema de bus LIN únicamente se lleva a cabo si la unidad de control LIN maestra transmite un encabezamiento con un identificador correspondiente.
Las posibles manipulaciones en un cable LIN situado fuera de la lámina exterior del vehículo se imposibilitan a base de que la unidad de control LIN maestra efectúe una verificación
completa de todos los mensajes.
La unidad de control LIN esclava sólo puede responder. De esta forma, por ejemplo, no es posible desbloquear las puertas a través del LIN-Bus.
Estos nexos permiten incorporar unidades de control LIN esclavas en la zona exterior del vehículo (p. ej. la unidad de control para el abrepuerta del garaje, situada en el paragolpes
delantero).

Diagnosis
La diagnosis de los sistemas de LIN-Bus se realizan a través del código de dirección correspondiente a la unidad de control LIN maestra.
La transmisión de los datos de diagnosis por parte de las unidades de control LIN esclavas hacia la UCE LIN maestra se efectúa a través del LIN-Bus.

Ejemplo practico de la aplicación del LIN-Bus

En el vehículo de la marca Seat modelo Altea se amplia de forma considerable el número de líneas de CAN-Bus y se introducen nuevas lineas de LIN-Bus (ver esquema figura inferior).

Las actuales líneas de CAN-Bus son las siguientes:

• de tracción,
• de confort.
• de infotenimiento (información y entretenimiento),
• de cuadro
• y de diagnosis.

Así como las diferentes de LIN-Bus:

• mandos del volante,
• limpiaparabrisas
• y alarma.
  

El diagnóstico se realiza a través del CAN-Bus, lo que aumenta la velocidad de transmisión y la cantidad de datos.

La velocidad de transmisión del CAN-Bus de tracción, cuadro y diagnosis es de 500 kbit/s mientras que el de infotenimiento y confort trabajan a una velocidad de 100 kbit/s.
En todos los casos, a excepción del CAN-Bus del cuadro, el cable "1ow" es de color naranja/marrón, y el cable "high" varía según la línea de CAN-Bus que se trate. Para tracción es naranja/negro, para confort naranja/verde, en infotenirniento naranja/lila, y para diagnosis naranja/negro.
En el cableado de CAN-Bus del cuadro el "high" es amarillo y el "low" es marrón.
Todas las líneas de CAN-Bus quedan comunicadas a través del gateway.

En el modelo Altea existen tres lineas de LIN-Bus:

• la primera, entre la unidad de control central de confort y la unidad de control para el motor lirnpiaparabrisas.
• la segunda, entre la unidad de control para la electrónica de la columna de dirección y la unidad de mandos en el volante
• y la tercera, entre la red de a bordo y la bocina de alarma y el sensor para protección antirrobo en el habitáculo.

Todas las lineas de LIN-Bus en altea, quedan comunicadas al CAN-Bus con las respectivas unidades maestras. La diagnosis de los sistemas LIN-Bus se realiza a través de la unidad de control maestra. La transmisión de los datos de diagnosis por parte de las unidades esclavas hacia la maestra se realiza a través del LIN-Bus.

Unidad maestra
La unidad de control que van conectada al CAN-Bus es la que realiza las funciones de maestra en el LIN-Bus.

Las funciones que tiene asignadas son:

• el control de la transmisión de datos y su velocidad,
• en el programa de la unidad se define un ciclo, según el cual se han de transmitir mensajes al LIN-Bus y se especifica cuales,
• asume la función de traducción entre las unidades de control abonadas a LIN y el CAN-Bus de datos. De esta forma es la única que esta conectada a su vez al CAN-Bus,
• y la diagnosis de las unidades de control LIN.

Unidad esclava
En un sistema de bus de datos LIN, la función de esclava la pueden realizar, tanto una unida de control como diferentes sensores o actuadores, por ejemplo el sensor volumétrico de la alarma antirrobo.
Los sensores llevan integrada una parte electrónica que analiza los valores medidos por el propio sensor. La transmisión de estos valores se realiza entonces a través del LIN-Bus en forma de señales digitalizadas.
Varias unidades esclavas se pueden conectar a un solo terminal de la unidad de control maestra del LIN-Bus.