Studio, implementazione e test di un bridge LIN-RS485 per lo scambio di dati di misura

This thesis work describes the development and experimental validation of a bridge system designed to interface two distinct communication protocols: the LIN bus, used for the user interface, and the RS-485 bus, dedicated to controlling the power modules of an induction cooktop. The primary objective was to overcome the incompatibility between these two environments by designing a device capable of translating commands in real time, generating a 100Hz Heartbeat synchronization signal required to enable the power electronics, and implementing control logic not natively supported by the hardware components. The development followed a Hardware-in-the-Loop (HIL) approach. After an initial validation of the individual buses, the bridge was integrated as a LIN slave node. A routine for command parsing was implemented, as well as an asynchronous aggregation system for temperature and status data coming from the RS-485 power modules. The most complex technical challenges involved two main aspects: the management of hardware resources and UART peripherals, which was resolved by adopting an Arduino Portenta H7 platform, and the conversion of power setpoints between the LIN format (0-255) and the RS-485 standard (0-100%), which requires non-linear mapping. Finally, particular attention was devoted to system determinism: an asynchronous, non blocking polling algorithm was implemented for the RS-485 bus. This ensured that traffic management on the LIN bus—which has extremely strict timing requirements—was always given top priority, thereby preventing concurrency conflicts and undesirable latencies.

Questo lavoro di tesi descrive lo sviluppo e la validazione sperimentale di un sistema bridge capace di interfacciare due protocolli di comunicazione differenti: il bus LIN, utilizzato per l’interfaccia utente, e il bus RS-485, dedicato alla gestione dei moduli di potenza di un piano cottura a induzione. L’obiettivo principale è stato risolvere l’incompatibilità tra questi due mondi, progettando un dispositivo che traducesse i comandi in tempo reale, generasse il segnale di sincronismo (Heartbeat) a 100Hz necessario per abilitare i generatori e gestisse logiche di controllo non supportate nativamente dai componenti hardware. Lo sviluppo è avvenuto seguendo un approccio Hardware-in-the-Loop (HIL): dopo una validazione iniziale dei singoli bus, è stato integrato il bridge come nodo slave LIN, implementando una routine per il parsing dei comandi e un sistema di aggregazione asincrona dei dati di temperatura e stato provenienti dai moduli RS-485. Le sfide tecniche più complesse hanno riguardato due aspetti: la gestione delle risorse hardware e delle periferiche UART, risolta adottando una piattaforma Arduino Portenta H7, e la conversione dei setpoint di potenza tra il formato LIN (0-255) e quello RS-485 (0-100%), che richiede una mappatura non lineare. Particolare attenzione è stata infine dedicata al determinismo del sistema: è stato implementato un algoritmo di polling asincrono e non bloccante per l’RS-485, garantendo così che la gestione del traffico sul bus LIN, estremamente rigorosa nelle tempistiche, avesse sempre la massima priorità, evitando conflitti di concorrenza o latenze indesiderate.