基于Android手機的車輛故障碼診斷系統

胡正凱

摘 要：隨著我國小型汽車數量的持續增長，隨之而來的是頻發的交通事故，而這其中很大一部分是由于汽車發生故障而無法正常行駛造成。本設計基于C/S架構使用藍牙ELM327作為與OBD通信的協議翻譯器，通過Andorid手機藍牙與ELM 327獲取ECU的故障碼信息顯示給車主，起到早期預警的作用，提醒車主潛在的車輛維修需要，減少了汽車由于故障發生交通事故的危險。

關鍵詞：ELM327；Android；Java；OBD-II；ECU模擬器

中圖分類號：TP206 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0073-02

1 概 述

2015年我國私家車已達1.24億輛，巨大的汽車數量也帶來了越來越多的交通事故。如果車主能夠自行檢查汽車狀態，消除汽車故障，這將會顯著地降低交通事故發生的可能性。然而隨著現代電子控制技術在汽車工業的發展和應用，自動化程度越來越高，但隨之而來的汽車結構變得越來越復雜，能熟練掌握和維修汽車領域技術的專家和維修人員也越來越少，從而使得汽車維修行業經常無法快速、經濟地解決汽車故障，這就需要用戶能夠自行地排查車輛狀態，及時地去專業維修店清除故障，改善車況。

汽車廠商大量的采用電子控制單元ECU（Electronic Control Unit）來作為控制器，我們可以使用汽車故障診斷系統OBD-II來獲取車輛的故障診斷信息。OBD接口模塊的主要功能是使整個硬件系統通過CAN總線與汽車的OBD接口相連接，使之成為汽車電控系統的一個CAN節點，并通過網關和汽車的其它CAN節點進行通訊，進而可以采集到汽車運行時的各種數據，同時還能作為車載電源與電源模塊的連接通道，整個汽車終端也是通過該接口模塊與汽車實現硬件上的連接[1]。

如今OBD技術受到了廣泛的關注，我國出臺了一系列政策來推廣OBD技術，現如今90﹪的汽車都具備OBD-II接口，以OBD技術為基礎的車聯網系統[2]更是各大科技公司當下的研究熱點。

根據谷歌發布的報告顯示，自2014年5月以來Android操作系統的用戶增加了4億，用戶總數已達14億，平均5部手機中大約4部安裝了安卓系統。

而且Android又是開源操作系統，其靈活性、開放性比其他專有軟件產品具有更大的自由和個性化，同時價格更低廉。Android應用使用Java語言開發，Java語言的開發者又是最多的，這使的Android應用的開發短期大大的縮短、可維護性增強。

OBD技術和Android操作系統的廣泛應用，使我們結合兩者開發的應用、系統能夠被大多數用戶所使用、操作。

2 系統整體設計

2.1 系統原理

該診斷系統主要分成上位機和下位機兩部分，系統框圖，如圖1所示。上位機是客戶端，基于Android系統；下位機即CAN轉藍牙控制器模塊（即藍牙ELM 327），通過OBD接口（CAN 總線）和汽車ECU（電子控制單元）通信，讀取來自ECU的報文信息[3]，并轉換成藍牙串行數據格式，發送給上位機。

2.2 硬件選擇

根據我國的法律政策規定，除極個別車型外，所有的汽車必須提供一個可以用于測試設備獲取診斷信息的接口。這個接口上的數據傳輸協議并不能直接與其他設備兼容，這時就需要一個器件能夠把車輛CAN協議轉換成串口通信協議。

埃爾姆公司生產的ELM327芯片加入了CAN、ISO 9141-2、SAE J1850等七種通信協議，可以自動檢測車輛通信協議并設置成與車輛一致的協議。藍牙實現了點對點傳輸，傳輸保密性好，是目前最受歡迎的無線通信技術，許多車載產品都使用藍牙進行通信。

Android在android.bluetooth包封裝了對藍牙通信的功能豐富的類，例如BluetoothAdapter、BluetoothDevice、BluetoothServer

Socket、BluetoothSocket等。

我們不需要外加其他設備，利用Android手機自帶的藍牙API接口，通過APP客戶端，就能實現手機與ELM327的通信。

2.3 軟件設計

2.3.1 命令形式

我們需要在手機端發送指令給ELM 327，然后ELM 327解析命令，把命令傳送給ECU。ELM 327能夠解析兩種命令形式：AT命令和OBD命令。AT命令又叫內部命令以“AT”開頭，因為這是ELM 327內部使用的命令，即不會與ECU進行通信，用于對ELM 327進行設置操作。

凡是沒有以“AT”兩個字開頭的所有命令都會被認為是汽車OBD命令，OBD命令的格式是固定的，第一個字節是請求的數據類型，第二個字節是請求的實際信息，必須使用十六進制數進行表示，見表1。

例如獲取發動機冷卻液溫度，模式是01，PID是05，因此我們的請求指令應該是0105。

2.3.2 代碼解析

我們使用Eclipse結合ADT（Android Developer Tools）進行Android開發，通過BluetoothServerSocket的accept（）方法獲取BluetoothSocket對象。

當Android的content中的設備連接正常后，通過BluetoothSocket采用串行數據通信實現與CAN轉藍牙控制器模塊的交互[4]。與ELM327的連接代碼需要執行在線程里面，使用InputStream讀取ELM 327發送過來的數據。

由于ELM 327發送的數據流中，夾雜著回車符，所以我們應該去掉回車符，把真正有意義的數據組合在一起，當ELM 327發送了“>”時，就說明這條回應信息結束，退出循環。

由于InputStream的read方法是阻塞式方法，所以當我們讀取到回應信息的末尾，退出while循環的時候就會一直在read方法這里等待ELM 327發送的新消息。

3 實驗驗證

我們使用ECU模擬器進行程序調試以及故障碼的獲取。在車輛越來越趨于網絡化的趨勢下，ECU模擬器是汽車產品開發、調試、生產必備的工具，能為為開發人員節省大量的時間。

當前車輛上的總線設備越來越多，有的高端車上甚至多到有上百個ECU，而車輛ECU之間通過總線交換數據信息，目前有關車聯網系統的開發越來越多，而車聯網設備獲取車輛信息的接口全部采用的是OBD通用接口，對于產品的調試，都要進行實車的對接測試，但是有時候又找不到各種協議的車輛，或者是每次測試都要啟動車輛，去車輛狹小的空間進行操作，很是不方便，ECU模擬器可以解決這些問題。

ECU模擬器可以模擬車輛OBD接口的大部分協議，由于車輛系統是各個品牌國家獨立，所以協議從最早期有很多不同種類的協議，互相不兼容，主要是幾大類，基于K線的，基于CAN線的，還有一種是J1850（主要是早期的美國部分車輛使用），目前市面上大部分的是基于K線和CAN線的，大約占有90%多的車輛保有量。通過Android手機發送PID為03的請求指令，故障碼信息，如圖2所示。

得到所有的故障碼數據，需要故障碼庫進行比對，得到具體的故障碼含義。

4 結 語

本設計通過藍牙ELM 327獲取OBD-II故障碼，顯示在Android應用上，使車主能夠及時了解汽車的各項數據和故障，減少因汽車故障發生的交通事故。

所有的驗證都是基于KWP 2000 5BPS初始化協議進行的，以后的工作就是完整各個協議的數據獲取，并且把數據發給服務器進行數據的集中儲存，便于用戶及車企在瀏覽器也可以查看數據并進行大數據分析。

參考文獻：

[1] 謝富強，唐耀庚，曹云建.基于單片機的汽車遠程監測車載終端硬件設 計[J].微機與應用，2014，6：22-25.

[2] 李松，王齡.發達國家IVHS研究與發展[J].國外公路，1998（4）：19-22.

[3] 羅峰，孫澤昌.汽車CAN總線系統原理、設計與應用[M].北京：電子工業 出版社，2010.

[4] 李寧.Android/Ophone開發完全講義[M].北京：中國水利水電出版社，

2010.