汽車診斷系統的通訊開發與研究

喬美昀，王 印

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

現代汽車已進入一個電子化武裝的時代，汽車除了作為傳統的交通工具之功能外，更多地成為一個人們休閑和娛樂的空間，有著第二家庭的美譽。越來越多的電子設備裝備于汽車，使得診斷系統越來越復雜。隨著微機技術、可視化開發應用軟件的不斷發展，汽車診斷也逐步走向信息化。而串行通信正是是實現計算機和外部設備（單片機、PLC等）數據交換的一個簡捷又實用的方法。本文介紹了串行通訊的重要意義以及汽車故障診斷儀、ECU和計算機三者之間通訊的基本原理：多個電子控制單元（ECU），用于接收從安裝在車內的各種傳感器傳出的感知信號，并依據汽車各裝置的有無異常情況，產生與其對應的診斷代碼；VCI盒即故障診斷儀，通過上述電子控制單元接收與診斷對象項目相對應的故障代碼，并傳送到PC機上；PC機診斷軟件，用于分析和處理接收到的故障代碼，并把故障的詳細說明和應對措施等信息傳送到VCI盒至汽車終端。

1 串行通訊故障診斷

不同的獨立系統經由線路相互交換數據，即為通訊。通訊的目的就是數據交換。在電噴技術中，ECU電子控制單元起著關鍵性的核心作用，各種機械傳感器的工作參數，都是沿著線路傳輸到ECU中然后被保存起來，或者是作進一步的處理。而這種傳輸遵循著特定的協議，對于這種協議的獲取，可通過采用串行通信口到個人PC機上實現。要采集到ECU中的故障信息流數據，就有必要使用串行通信口進行數據流的采集，通過信號的轉換，從而實現數據形式的轉換。在汽車電腦ECU中的電壓為0～12V，而通用PC的標準電壓為0～5V，因此要進行相應的電平轉換，以此來使用RS-232-C標準，RS-232-C的標準電壓為3～15V，因此電平間的轉換是不可避免的。出于ECU中的數據流通過標準的OBDII標準接口，將數據流通過RS-232-C傳輸到診斷盒上，通過電路板硬件的轉換，將信號轉換為數字信號的形式，再通過RS-232-C傳入到通用PC上，即診斷儀在PC機上實現相應的處理。

1.1 串口初始化

串口初始化通過串口常規、串口事件控制、串口流控制、串口超時空置和串口監控控制共5個部分來實現。汽車故障診斷中，根據讀取ECU內部不同的信息，設定不同的數組進行接收，在初始化中，通過串口初始化功能函數來實現整個過程。

串口初始化流程圖見圖1，串口初始化窗口設計見圖2。

圖1 串口初始化流程圖

圖2 串口初始化界面

1.2 通訊初始化與串口的自動連接設置

ISO9141-2、ISO14230（kwp2000）kw1281協議要求，在通訊前進行總線初始化激活總線后，才能與ECU建立通訊，ISO9141kw1281只用低速的初始化模式，ISO14230用高速和低速兩種模式。專業診斷芯片自動進行總線初始化，它是在接收到第一個OBD命令時才開始初始化。一旦總線完成了初始化過程，就可與車輛進行數據通訊，但ISO9141、ISO14230、kw1281要求，在一定的時間內，數據總線上必須至少進行一次通訊，如果5s或更長時間沒有通訊，ECU將會退出診斷模式。必須重新進行初始化后才能通訊。

專業診斷芯片在初始化完成建立連接后，如果檢測到它與ECU已超過設定的時間沒有通訊，專業診斷芯片將自動為你發送一數據包到總線上，以保持連接。

為方便維修技術人員的診斷工作，本系統通過上位機程序設置實現了串口的自動連接設置，完成了串口的初始化。打開端口，對緩沖區進行清空并讀取數據，驗證回執命令是否正確，如果正確則端口連接成功，否則需延時重新連接。串口通訊自動連接流程圖如圖3所示。

圖3 串口通訊連接

1.3 串口通訊故障診斷設計原理

單片機與計算機之間采用RS232C標準進行點對點的通信連接，它們之間的通信采用“8位、無奇偶、波特率為38400bps”的方式。計算機作為上位機，定時對作為下位機的VCI盒“點名”，無“應答”就說明串口通信發生故障。

具體的方案：在程序運行過程中，計算機定時向VCI盒發一個控制代碼，當VCI盒接收到該代碼后，根據通信協議向計算機回傳一個代碼（該代碼通過程序產生）。計算機在一定時間內接收到VCI盒發送來的代碼，并與驅動程序識別代碼比較，如2個識別代碼相符，計算機驅動程序正常運行。若計算機在一定時內沒有收到識別代碼，或收到的識別代碼與驅動程序識別代碼不相符，計算機屏幕會出現消息框“請檢查通信線路”。

2 故障診斷整體通訊思路

計算機故障診斷通訊過程，是通過2個定時器控件（Timer）完成的。當一事件產生時，發送能使信號進入“指令識別子程序”的控制代碼中。當接收到數據后，回送一個“識別碼”。計算機若在指定的時間內接收到正確的“識別碼”程序，則正常運行；若在其時間內沒接收到正確的“識別碼”，此時通信中斷。通訊過程中，當VCI盒接收到從計算機傳送的指令后，將進行處理，轉換成協議的正確形式再傳送給ECU。ECU接收到指令后，與自己內部的指令進行比較，如正確，則將數據返回到診斷盒，經VCI盒處理，再發送到計算機上（如圖4所示）。

圖4 通訊中信號的傳遞

2.1 數據的發送與接收

當系統初始化完成后，開始故障診斷通訊，本系統利用RS-232通訊模式，通訊在數據的發送和接收過程中實現，圖5、圖6為數據發送和接收的流程圖。

2.2 數據處理

在故障診斷數據處理的理論分析方面，研究了粗糙集理論及基于粗糙集理論的決策系統約減方法，構建了最優決策系統，簡化了診斷結構，提高了診斷效率。該系統集各種數據處理功能于一身，包括階次分析結果及各種時頻信號特征值的存儲及讀取、診斷過程中所需各種ECU模塊參數的設置、階次分析各種參數的輸入與讀取、通過圖形顯示直觀明了地分析數據、修改及擬定診斷結果中對應的故障類型、生成故障報表及對診斷結果進行實時查詢等功能。在診斷通訊過程中，數據接收的過程，是一個數據處理的過程，根據ECU所對應的相應的協議，對其所接收到的數據作相應的處理。如圖7所示。

圖5 數據發送流程圖

圖6 接收命令流程

3 結束語

串口通訊的連接，是整個汽車故障診斷通訊的基礎，串口通訊對整個診斷系統的工作性能，甚至是整個機車的工作性能，都有著重要的影響。模塊化的構架理念，在整個通訊過程中具有重要的影響意義。本文利用串口通訊的強大功能，采用VB6.0程序編寫，實現了汽車ECU模塊與診斷盒及計算機之間的通訊。

[1]范逸之，陳立元.VisualBasic與RS232串行通信控制[M].北京：清華大學出版社，2002.

圖7 數據處理流程圖

[2]劉 暢，江道輝.利用SPComm控件實現PC機與單片機串口通訊[J].微計算機信息，2005，（12）：89-91.