基于OBDⅡ汽車(chē)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

引言
隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，以及現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多方面技術(shù)的不斷融入，汽車(chē)結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，自動(dòng)化程度越來(lái)越高。同時(shí)，用戶(hù)對(duì)汽車(chē)的安全性、舒適性的要求也日益提高。因此，需要及時(shí)準(zhǔn)確地掌握汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，以發(fā)現(xiàn)故障隱患。汽車(chē)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)利用汽車(chē)設(shè)備采集車(chē)輛運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)，再經(jīng)過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)互通，利用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心專(zhuān)家診斷系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)分析，并經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)反饋到車(chē)輛用戶(hù)。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好，故障分析準(zhǔn)確性強(qiáng)等特點(diǎn)。

OBDⅡ即車(chē)載診斷系統(tǒng)（On-Board DiagnosisⅡ），它集成在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)影響廢氣排放部件的工作狀態(tài)。OBDⅡ是一個(gè)復(fù)雜的自診斷系統(tǒng)，其作用是在車(chē)輛尾氣排放超標(biāo)或者出現(xiàn)故障時(shí)，向駕駛員報(bào)警，同時(shí)記錄一個(gè)故障代碼(DTC)。借助配套的診斷儀器，維修人員可以讀出OBDⅡ系統(tǒng)保存的故障代碼及其他車(chē)輛信息。通過(guò)檢索故障代碼表通常可以迅速判斷出故障的位置，為診斷故障節(jié)約大量的人力物力。OBDⅡ目前在車(chē)輛上已經(jīng)成為必備裝置。

因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將汽車(chē)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)建立在車(chē)輛的自診斷基礎(chǔ)之上。一方面通過(guò)OBDⅡ標(biāo)準(zhǔn)接口獲取有關(guān)排放、運(yùn)行等車(chē)輛自身已有的信息資源，以節(jié)約開(kāi)發(fā)和運(yùn)行成本；另一方面，對(duì)其他關(guān)鍵參數(shù)利用添加傳感器方式獲取。這不僅提高了系統(tǒng)的通用性，也增強(qiáng)了實(shí)用價(jià)值。

系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)目的在于監(jiān)測(cè)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)診斷出潛在故障或間歇性故障。涉及到電子技術(shù)、無(wú)線通訊、汽車(chē)診斷技術(shù)、計(jì)算機(jī)工程等多方面技術(shù)?？傮w方案設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。由于系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且車(chē)輛運(yùn)行中參數(shù)諸多，因此對(duì)處理器要求較高。本設(shè)計(jì)選用的是TI公司的TMS320F2812 DSP芯片。

該款DSP主要性能如下：高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，I/O電壓為3.3V，內(nèi)核電壓為1.8V，減小了控制器的功耗；最高CPU時(shí)鐘頻率150MHz，通過(guò)動(dòng)態(tài)改變鎖相環(huán)頻率得到，大大提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力；片內(nèi)具有128K×16位的FLASH存儲(chǔ)器，兩塊4K×16位的單口隨機(jī)存儲(chǔ)器SARAM；兩個(gè)事件管理器EVA、EVB；串行外圍接口SPI，兩個(gè)串行通信接口SCIA，SCIB，標(biāo)準(zhǔn)UART，改進(jìn)的局域網(wǎng)絡(luò)ECAN。多通道緩沖串行接口McBSP；16通道12位的A/D轉(zhuǎn)換模塊，具有兩個(gè)采樣保持器等。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要模塊包括電源電路、時(shí)鐘及復(fù)位電路、仿真接口、無(wú)線通訊模塊、CPLD時(shí)序電路與車(chē)載OBDⅡ通訊電路設(shè)計(jì)。在此僅介紹DSP通過(guò)專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)與車(chē)輛OBDⅡ通訊的方案。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

硬件部分設(shè)計(jì)

鑒于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的多樣性，不同汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)所采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具有靈活性和通用性，以適應(yīng)對(duì)不同車(chē)輛的信息提取。因此系統(tǒng)方案選擇基于專(zhuān)用協(xié)議芯片TL718與現(xiàn)有車(chē)輛的自診斷系統(tǒng)接口的方式，來(lái)采集車(chē)輛內(nèi)部參數(shù)信息。TL718與DSP硬件原理圖如圖2（限于篇幅，部分引腳略）。由于二者電平不匹配，所以解決方案采用74LVX4245電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)電路連接。對(duì)TL718的控制，選擇DSP的復(fù)用I/O口，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)控制。其中74LVX4245的T/R引腳通過(guò)電平高低的設(shè)置來(lái)控制信號(hào)傳輸方向。

圖2 DSP與TL718連接原理圖

OBDⅡ系統(tǒng)最大的一個(gè)特點(diǎn)就是統(tǒng)一了數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和診斷模式。但OBDⅡ標(biāo)準(zhǔn)中并不止規(guī)定一種通信協(xié)議，而是統(tǒng)一了應(yīng)用最廣泛的幾種協(xié)議。分別為：CAN，ISO9141，KWP2000，SAEJ1850 PWM和SAEJ1850 VPW。歐洲生產(chǎn)的汽車(chē)，以及大多數(shù)亞洲進(jìn)口的汽車(chē)大都使用ISO 9141-2通訊協(xié)議電路。而美國(guó)通用汽車(chē)(GM)公司生產(chǎn)的轎車(chē)及輕型卡車(chē)使用SAE J1850 VPW通訊協(xié)議電路，福特(FORD)汽車(chē)采用SAE J1850 PWM通訊協(xié)議電路。