基于安卓智能手機(jī)的車載診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

百合提努爾

【摘要】本文主要研究了基于安卓智能手機(jī)的汽車診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)帕薩特B5示教板進(jìn)行實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了對(duì)診斷數(shù)據(jù)的處理和管理的有效性，并實(shí)現(xiàn)了汽車故障代碼的讀取及汽車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】汽車診斷 OBD-Ⅱ 藍(lán)牙 安卓智能手機(jī)

【摘要】 In this paper study on the implementation of Android-based smart phones automotive diagnostic system， through PassatB5 teaching board actual test the validity of the diagnostic data processing and management， and to achieved the car fault codereader and vehicle real-time data monitoring.

【關(guān)鍵詞】 Vehicle Diagnosis OBD-Ⅱ Bluetooth Android Smart Phone

一、前言

在20世紀(jì)90年代人們認(rèn)識(shí)到，為了限制控制器和診斷檢測(cè)儀在接口方面的維護(hù)費(fèi)用，不僅要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸層，而且對(duì)應(yīng)用層也要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化的工作，促進(jìn)了法規(guī)的制定。尤其對(duì)于檢查汽車重要廢氣排放的系統(tǒng)功能，急需一種相對(duì)統(tǒng)一的OBD-Ⅱ（車載診斷系統(tǒng)）接口。另一方面，由于全球的汽車制造商之間日益增長(zhǎng)的合作，部分組件或整車由多個(gè)制造商共同研發(fā)和使用。但是由于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的過程太慢，導(dǎo)致出現(xiàn)許多的專種性和不兼容的個(gè)體性解決方案。

汽車的故障診斷由OBD-Ⅱ車載診斷系統(tǒng)收集的有關(guān)信息通過OBD-Ⅱ接口實(shí)現(xiàn)的。許多汽車要求使用外設(shè)來監(jiān)控汽車的運(yùn)行狀態(tài)。本文主要研究如何利用安卓智能手機(jī)與OBD-Ⅱ連接器進(jìn)行通信，并監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

二、汽車診斷

2.1 0BD- II硬件特點(diǎn)及系統(tǒng)檢測(cè)

我國(guó)已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)規(guī)定，出廠新車必須配備OBD-Ⅱ系統(tǒng)、否則不允許上牌。裝備OBD-Ⅱ的汽車具有如下基本特點(diǎn)：

（1）排氣管上安裝的氧傳感器檢測(cè)廢氣中氧的含量、也對(duì)催化轉(zhuǎn)換器的凈化率進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)對(duì)燃油控制進(jìn)行補(bǔ)償。

（2）具有32位（也有64位）處理器功能的動(dòng)力傳動(dòng)模塊，應(yīng)OBD-Ⅱ的需要，增加了上萬(wàn)個(gè)新的標(biāo)定常數(shù)。

（3）帶有EEPROM的控制器，使其中的軟件可重新編程，通過終端接口及外部計(jì)算機(jī)可對(duì)其重新寫入新的軟件。

（4）增強(qiáng)型的燃油蒸發(fā)系統(tǒng)，帶有一個(gè)排氣電磁閥、一個(gè)燃油箱壓力傳感器和一個(gè)診斷測(cè)試裝置。

（5）采用數(shù)據(jù)線和16端子的連接器。

通過這些新增的硬件以及汽車上的相關(guān)傳感器構(gòu)成眾多監(jiān)測(cè)器，如失火監(jiān)測(cè)器、燃油系統(tǒng)監(jiān)測(cè)器、組合元件監(jiān)測(cè)器、氧傳感器監(jiān)測(cè)器、EGR監(jiān)測(cè)器等，對(duì)汽車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

OBD-Ⅱ系統(tǒng)的控制模塊內(nèi)有監(jiān)測(cè)自適應(yīng)軟件，它通過上述的監(jiān)測(cè)器來完成故障自診斷，當(dāng)以上監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)到變異信號(hào)，立即點(diǎn)亮故障指示燈。

故障檢測(cè)儀器一般分為專用檢測(cè)儀和通用檢測(cè)儀。一般汽車制造廠家提供專用的檢測(cè)儀器，其檢測(cè)診斷功能非常好，但是比較昂貴。通用的檢測(cè)儀器采用標(biāo)準(zhǔn)化的代碼。

2.2 0BD- lI通信協(xié)議

為了實(shí)現(xiàn)和汽車控制器的通信，首先應(yīng)該學(xué)習(xí)汽車OBD-Ⅱ系統(tǒng)所使用的協(xié)議，才能和它進(jìn)行自由的溝通。目前在汽車上使用的OBD協(xié)議很多，有標(biāo)準(zhǔn)的，也有非標(biāo)準(zhǔn)的。標(biāo)準(zhǔn)的有兩種，一種是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ ISO）開發(fā)的，另一種是由美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)（ SAE）制定的。現(xiàn)在最常見的三種通信方式：

1）K線通信方式，它使用的是IS0 9141和IS014230協(xié)議，它是一種面向字符的協(xié)議，它能與每個(gè)控制器和運(yùn)算器中的串行接口進(jìn)行連接，根據(jù)UART（通用異步中集器和收發(fā)器）完成簡(jiǎn)單的診斷任務(wù)。

2） VPW/PWM（可變脈寬調(diào)制/脈沖寬度調(diào)制）通信方式，它使用的是SAE J1850協(xié)議，是面向比特流的A/B級(jí)協(xié)議，用于在線和離線通信。經(jīng)過仔細(xì)的研究發(fā)現(xiàn)，其本質(zhì)是關(guān)于兩個(gè)在物理層和比特傳輸層彼此不兼容的總線系統(tǒng)，但是卻采用共同的數(shù)據(jù)鏈路層。

3） CAN-BUS通信方式，它使用的是IS0 15765-4協(xié)議，它是多路訪問、非破壞性、沖突檢測(cè)的競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議。節(jié)點(diǎn)尋址方式在協(xié)議中沒有具體規(guī)定。每個(gè)幀的標(biāo)識(shí)符（ ID）就表示報(bào)文，而它定義為應(yīng)用中生成的傳輸信息。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀有兩種格式，即標(biāo)準(zhǔn)格式（11位ID）和擴(kuò)展格式（11位的基本ID+18位的擴(kuò)展ID）。

雖然各個(gè)汽車廠商通常使用三種不同的通信協(xié)議，但給定的汽車將只使用一種協(xié)議，因此診斷設(shè)備必須兼容這三種協(xié)議。OBD-Ⅱ通信協(xié)議的報(bào)頭信息如表l所示。

2.3故障診斷模式

標(biāo)準(zhǔn)要求每一個(gè)傳遞給汽車的OBD命令或者請(qǐng)求必須遵循固定的格式。將要發(fā)送的第一字節(jié)（被稱為模式字節(jié)）表示請(qǐng)求的數(shù)據(jù)類型，第二個(gè)字節(jié)（也許是第三個(gè)或者第四個(gè)字節(jié)）才說明要求的實(shí)際信息。模式字節(jié)之后緊跟的字節(jié)叫做參數(shù)標(biāo)識(shí)或者PID數(shù)字字節(jié)。要使接收OBD請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，首先必須OBD-Ⅱ端口寫成如下格式：

在格式中XX表示請(qǐng)求的模式，YY表示請(qǐng)求的PID。例如：要想知道汽車進(jìn)氣溫度，那么請(qǐng)求的模式是1、請(qǐng)求的PID是OF，因此給OBD-Ⅱ端口發(fā)送OlOF。不同的模式如表2所示。

三、OBD- lI藍(lán)牙設(shè)備

藍(lán)牙是目前汽車上最受歡迎的無線通信技術(shù)，許多車用電子產(chǎn)品都引入藍(lán)牙技術(shù)，如耳機(jī)、免提電話等。本文采用ELM327藍(lán)牙設(shè)備。ELM327是屬于通用OBD解釋程序接口，用于標(biāo)準(zhǔn)OBD-Ⅱ協(xié)議的汽車。解釋程序以AT命令或者OBD命令進(jìn)行詢問的。AT命令是內(nèi)部命令，主要面向ELM327。OBD命令是經(jīng)網(wǎng)關(guān)至發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元或其他控制單元。endprint

3.1 AT命令

ELM327藍(lán)牙設(shè)備能識(shí)別每一個(gè)“AT”開頭的和（＼n）結(jié)束的AT命令。如果命令能順利調(diào)整特性，會(huì)發(fā)送“OK”來應(yīng)答。有些命令以自變量的方式請(qǐng)求數(shù)字。這些數(shù)字一般要用成對(duì)地寫成十六進(jìn)制。通常與汽車通信連接之前，不要改變AT命令。

3.2 0BD-Ⅱ命令

凡是沒有“AT”兩個(gè)字開頭的所有命令可以被認(rèn)為汽車OBD命令。如果被測(cè)試的每一對(duì)字節(jié)確實(shí)是十六進(jìn)制數(shù)字就會(huì)發(fā)送。OBD命令先打成數(shù)據(jù)包，然后發(fā)送給汽車各系統(tǒng)。許多標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求的三個(gè)字節(jié)的報(bào)頭和字節(jié)錯(cuò)誤（檢驗(yàn)和）與報(bào)文格式一樣的。

ELM327藍(lán)牙設(shè)備接受來自安卓手機(jī)的AT命令和OBD命令，同時(shí)它能回答AT命令，也能發(fā)送OBD命令（圖1）。

如果OBD命令以控制字符結(jié)束時(shí)，ELM327藍(lán)牙設(shè)備不時(shí)地保持重復(fù)命令和向安卓手機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。在圖2所示的232接口可以是串行USB或者藍(lán)牙接口。當(dāng)設(shè)備插入時(shí)，LED指示燈發(fā)光并已準(zhǔn)備接收命令。它有一個(gè)小的內(nèi)存從而保存了像正在使用的協(xié)議、查詢時(shí)間等數(shù)據(jù)。

圖2 0BD-Ⅱ方塊圖

四、安卓手機(jī)

安卓手機(jī)基本上是使用藍(lán)牙ELM327設(shè)備進(jìn)行通信。它開始發(fā)送AT命令，然后從ELM327設(shè)備接收數(shù)據(jù)并顯示在屏幕上。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、車速、油門和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等數(shù)據(jù)。安卓手機(jī)用軟件是JAVA程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)開發(fā)的。JAVA語(yǔ)言是一種面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言。

五、汽車診斷實(shí)現(xiàn)

本研究用試驗(yàn)設(shè)備采用帕薩特B5示教板，實(shí)物元件主要包括有發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、防抱死制動(dòng)控制單元、自動(dòng)變速器控制單元、曲軸位置傳感器、霍爾傳感器、組合儀表（網(wǎng)關(guān)）、OBD診斷座、點(diǎn)火線圈、火花塞、轉(zhuǎn)向燈、舒適控制單元、左前門窗控制單元、左后門窗控制單元、右后門窗控制單元、左前門鎖、右前門鎖、左后門鎖、右后門鎖、組合開關(guān)等組成。試驗(yàn)?zāi)K如圖3所示?？刂茊卧筛咚倌K和低速模塊組成。高速模塊要求連續(xù)監(jiān)控、低速模塊要求斷續(xù)監(jiān)控。

圖3試驗(yàn)?zāi)K

六、結(jié)論

（1）文中深入研究分析了OBD通信協(xié)議、OBD命令以及故障診斷模式等，尤其是故障模式對(duì)汽車實(shí)時(shí)診斷極為重要。

（2）基于安卓智能手機(jī)的車載診斷系統(tǒng)能對(duì)帕薩特B5示教板中一些重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并相關(guān)的故障信息顯示在手機(jī)上。

（3）利用這種OBD-Ⅱ藍(lán)牙設(shè)備技術(shù)，可以方便地進(jìn)行汽車工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，方便地進(jìn)行車輛的實(shí)時(shí)診斷，極大地提高了對(duì)汽車的監(jiān)控、維護(hù)和管理水平。

參 考 文 獻(xiàn)[1]胡杰，盛詳政，李洪飛，曾愷，顏伏伍.基于智能手機(jī)的汽車故障診斷系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].汽車技術(shù)，2011.9[2]蔡黎，代妮娜，鄧明.基于OBD協(xié)議的Android平臺(tái)汽車虛擬儀表設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2011.12[3]ELM Electronics： ELM327 0BD to RS232 InterpreLer Datasheet， [online] 2012.04.21[4]Available online： .endprint