摘要：目前，OBD主要應(yīng)用于汽車(chē)維修，使用一臺(tái)儀器通過(guò)有線的方式對(duì)汽車(chē)進(jìn)行檢測(cè)，給汽車(chē)的維修提供了極大的方便，但是這種方法需要人主動(dòng)去檢測(cè)，往往都是汽車(chē)已經(jīng)出現(xiàn)問(wèn)題司機(jī)才去檢測(cè)，這樣對(duì)汽車(chē)安全造成了一定的隱患。文章介紹了一種智能檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控汽車(chē)的異常情況，可以根據(jù)需要把檢測(cè)報(bào)告通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給車(chē)主。

關(guān)鍵詞：GPRS；OBD；車(chē)載故障診斷系統(tǒng)；故障碼；ECU；KWP2000；控制單元編碼

中圖分類(lèi)號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）06-0115-03

一、OBD-Ⅱ系統(tǒng)協(xié)議及接口簡(jiǎn)介

故障數(shù)據(jù)采集是通過(guò)OBD-Ⅱ接口，OBD-Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)是在20世紀(jì)90年代中期產(chǎn)生，目前已經(jīng)形成了一套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。它能夠提供一些對(duì)用戶(hù)有用的數(shù)據(jù)，比如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、自動(dòng)變速箱系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)等數(shù)據(jù)。OBD-Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)主要有以下標(biāo)準(zhǔn)接口：SAE J1850、ISO/9141-2（KWP2000）、CAN接口。下面針對(duì)這些協(xié)議作簡(jiǎn)單

介紹。

（一）SAE J1850

J1850屬于B級(jí)(Class B)的總線，主要用途為車(chē)用信息中心、儀表顯示、故障檢測(cè)診斷等。J1850有不同的物理層，一種是以脈寬調(diào)變(PWM)方式傳送，運(yùn)用2條線路以差動(dòng)方式進(jìn)行傳輸，最高速率為41.6kbps；另一種是可變脈寬(VPW)方式，此方式僅使用1條線路就可傳輸，最高速率為10.4kbps。在通信協(xié)議上主要分三層（圖1）：應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。

圖1汽車(chē)總線網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)

1．應(yīng)用層。應(yīng)用層在不同的輸入和輸出設(shè)備之間建立連接，由于汽車(chē)各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一般只定義OSI結(jié)構(gòu)中的底層協(xié)議，這里對(duì)應(yīng)用層不再介紹。

2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層。主要定義了尋址方式、信息幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編碼規(guī)則、通信優(yōu)先權(quán)、通信格式、通信要求、總線仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)及處理等。

3．物理層。定義了通信速率、同一網(wǎng)絡(luò)連線上最大子系統(tǒng)數(shù)、最大傳輸線長(zhǎng)度及總線的電氣連接特性等。物理層有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口：脈沖寬度（VPW）信號(hào)和脈沖寬度調(diào)節(jié)（PWM）。

（二）ISO/9141-2

ISO/9141-2是大多數(shù)的歐系、日系車(chē)所遵循的標(biāo)準(zhǔn)。KWP2000是ISO/9141-2升級(jí)的一個(gè)協(xié)議，該協(xié)議實(shí)現(xiàn)了一套完整的車(chē)載診斷服務(wù)。是基于K線的診斷協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路層和SAE J1850一樣，物理層采用K線或者L線進(jìn)行通信的。

（三）CAN接口

CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。CAN是目前總線規(guī)范中唯一取得國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的，隨著CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被越來(lái)越多的廠家認(rèn)可和掌握，這一技術(shù)在我國(guó)已被廣泛推廣和使用。

CAN遵循的是SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，SAEJ1939網(wǎng)絡(luò)遵循7層OSI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖2OSI七層模型

CAN物理層要求：CAN一般采用雙絞線，雙絞線特性阻抗為120Ω，信號(hào)使用差分電壓傳送，CAN的物理層規(guī)定了邏輯狀態(tài)、總線電氣性能。

CAN總線除了能夠采集故障診斷數(shù)據(jù)以外，還能夠獲取車(chē)身儀表數(shù)據(jù)、車(chē)身控制、汽車(chē)斷油斷電、中控開(kāi)關(guān)鎖等。CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，為車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中汽車(chē)行使數(shù)據(jù)的采集提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

二、故障診斷接口設(shè)計(jì)

故障診斷接口包括SAEJ1850接口、ISO 9141 K線接口、CAN接口。通過(guò)圖4可以明顯地看出故障診斷模組在整個(gè)系統(tǒng)的位置。

（一）SAE J1850 接口電路

圖3實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)SAE J1850 VPW協(xié)議電平和PWM協(xié)議電平的轉(zhuǎn)換。

圖3SAE J1850接口電路

（二）ISO 9141 K線接口電路

圖4完成ISO 9141 K線信號(hào)電平到串行通信接口的轉(zhuǎn)換。

圖4ISO 9141 K線接口電路

（三）CAN 總線接口設(shè)計(jì)

圖5實(shí)現(xiàn)了CAN總線接口設(shè)計(jì)，芯片U101是SPI接口的CAN控制器，U102是CAN接口的收發(fā)器。

圖5CAN接口電路

三、診斷數(shù)據(jù)采集方案

智能檢測(cè)系統(tǒng)包括診斷數(shù)據(jù)的采集、解碼、處理、傳輸、報(bào)警、顯示等過(guò)程。圖6是整個(gè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)系統(tǒng)分成車(chē)載終端和監(jiān)控中心兩部分。

圖6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

車(chē)載終端采用汽車(chē)電源供電，其中無(wú)線傳輸模塊、CPU處理、數(shù)據(jù)采集、解碼、顯示都是集成在車(chē)載終端里。監(jiān)控中心指車(chē)輛的管理中心。

1．?dāng)?shù)據(jù)采集模塊：采集接口是OBD-Ⅱ的標(biāo)準(zhǔn)接口。電路上需要做PWM、VPW、K線、CAN等接口的轉(zhuǎn)換。終端對(duì)故障診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。

2．軟件解碼：數(shù)據(jù)采集下來(lái)以后，根據(jù)協(xié)議解出故障碼。

3．無(wú)線發(fā)送：終端CPU對(duì)解析出的故障碼進(jìn)行以下處理：通過(guò)GPRS模塊發(fā)送到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心處理。

4．顯示屏：終端對(duì)故障碼自行處理，發(fā)送到本機(jī)顯示屏顯示出故障碼，車(chē)主可查看本車(chē)的診斷故障碼。

5．參數(shù)設(shè)置：車(chē)載終端或監(jiān)控中心均提供參數(shù)設(shè)置，可設(shè)置故障報(bào)警電話，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)自動(dòng)把情況通過(guò)短信報(bào)告到車(chē)主手機(jī)上。

（一）故障數(shù)據(jù)采集及處理

故障數(shù)據(jù)通過(guò)OBD-Ⅱ接口進(jìn)行采集后，需要提取故障碼進(jìn)行分析，故障碼請(qǐng)求采用請(qǐng)求應(yīng)答的方式，由終端發(fā)送故障請(qǐng)求，ECU進(jìn)行相應(yīng)的故障碼應(yīng)答。

SAE J2010規(guī)定了一個(gè)5位標(biāo)準(zhǔn)故障代碼，第1位是字母，后面4位是數(shù)字。如“PO125”、“PO204”，分別代表有轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)5min內(nèi)沒(méi)達(dá)到10℃和4號(hào)噴油嘴輸出驅(qū)動(dòng)器不正確地響應(yīng)控制信號(hào)。

故障代碼的首位字母表示設(shè)置故障碼的系統(tǒng)。

P=Powertrain動(dòng)力系統(tǒng)

B=Body車(chē)身

第2位字符是0，1：

0=Generic(通用故障碼)

1=Enhanced(汽車(chē)廠家自定義的故障碼)

第3位字符表示出故障的系統(tǒng)：

1=Emission Management(Fuel or Air——燃油或空氣計(jì)量故障)

2=Injector Circuit(Fuel or Air——燃油或空氣計(jì)量故障)

3=Ignition or Misfire——點(diǎn)火故障或發(fā)動(dòng)機(jī)缺火

……

最后兩位字符表示觸發(fā)故障碼的條件。詳細(xì)的故障碼這里就不在列出。

（二）故障數(shù)據(jù)傳輸

故障數(shù)據(jù)是采用GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)或短信的方式傳輸，其中主要還是采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)?，短信通道主要是作為?shù)據(jù)傳輸?shù)膫浞萃ǖ纴?lái)用，當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)不同或者信號(hào)不好時(shí)，啟動(dòng)短信通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

之所以采用GPRS作為主傳輸，短信作為輔助傳輸，是基于以下幾點(diǎn)考慮：

1．GPRS是采用分組交換技術(shù)，傳輸效率高。

2．傳輸速度。GPRS支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供9.05～171.2kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率(每用戶(hù))。

3．GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)、IP網(wǎng)的無(wú)縫連接。

4．資費(fèi)問(wèn)題。故障碼的數(shù)據(jù)量不大，GPRS網(wǎng)絡(luò)完成能夠滿(mǎn)足要求，而目前GPRS的資費(fèi)相對(duì)于短信來(lái)說(shuō)，低得多。

5．GPRS傳輸需要信號(hào)強(qiáng)度比較大，而短信則需要比較弱的信號(hào)強(qiáng)度，在某些信號(hào)強(qiáng)度不是很好的地方，無(wú)線數(shù)據(jù)只能采用短信進(jìn)行傳輸。

綜上所述幾個(gè)特點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS作為主傳輸，短信作為輔助傳輸。

（三）GPRS無(wú)線通信流程

GPRS模塊對(duì)外提供了控制系統(tǒng)操作的AT指令集，通過(guò)接收來(lái)自UART的AT指令，執(zhí)行相應(yīng)操作，實(shí)現(xiàn)無(wú)線Modem的相應(yīng)功能。GPRS是走TCP/IP協(xié)議的，而GPRS模塊是內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧的。

由于GPRS的AT指令集比較多，只列出進(jìn)行TCP傳輸用到的主要AT指令：

AT+CGREG=1；//設(shè)置GPRS注冊(cè)狀態(tài)

AT+CGATT=l；//GPRS網(wǎng)絡(luò)附著

AT#APNSERV=“CMNET”；//設(shè)置GPRS接入點(diǎn)

AT# ConnectionStart；//連接CPRS網(wǎng)登錄Internet，成功返回動(dòng)態(tài)分配的IP地址。

AT#TCPSERV=″202.112.135.203″：//設(shè)置服務(wù)器IP地址，即監(jiān)控中心的IP地址。

AT#TCPPORT=″6000″：//設(shè)置服務(wù)器與客戶(hù)端通信的Socket端口：

AT#otcp；//打開(kāi)與遠(yuǎn)程服務(wù)器的TCP連接

TCP連接成功后，GPRS模塊進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)，這時(shí)就可向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心也能向模塊發(fā)送回應(yīng)數(shù)據(jù)。圖7是采集系統(tǒng)處理流程圖：

圖7采集系統(tǒng)處理流程圖

目前無(wú)線3G網(wǎng)絡(luò)也發(fā)展的比較成熟了，對(duì)于有大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用，則在設(shè)計(jì)中，可把GPRS模塊換成3G

模塊。

四、結(jié)語(yǔ)

目前，行車(chē)安全和防盜越來(lái)越得到車(chē)主的重視，本文采用一種智能的故障診斷技術(shù)，同時(shí)診斷信息能夠智能地展現(xiàn)在車(chē)主的面前，為車(chē)主提供便捷服務(wù)。隨著無(wú)線信息技術(shù)的發(fā)展，這種服務(wù)越來(lái)越受到車(chē)主的青睞，在未來(lái)必將普及開(kāi)來(lái)。

參考文獻(xiàn)

[1]信息技術(shù)軟件工程術(shù)語(yǔ)（GB/T 11457-2006）[S]．

[2]孫孺石．GSM數(shù)字移動(dòng)通信工程[M]．北京：人民郵電出版社，1996．

[3]栗大超．GPRS的通訊技術(shù)及其在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制，2001，（2）．

[4]劉威．無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2012．

[5]徐靜．一種汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)車(chē)載終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．合肥學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，（2）．

[6]梁宏偉．發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中OBD—Ⅱ技術(shù)研究[J]．車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，2002，（3）．

作者簡(jiǎn)介：湯益明（1978-），男，福建廈門(mén)人，廈門(mén)雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司研發(fā)部副經(jīng)理，中級(jí)工程師。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）