基于OBDⅡ汽车远程监测系统的研究

引言
随着汽车工业的发展，以及现代电子技术、通信技术、网络技术等多方面技术的不断融入，汽车结构变得越来越复杂，自动化程度越来越高。同时，用户对汽车的安全性、舒适性的要求也日益提高。因此，需要及时准确地掌握汽车运行状态，以发现故障隐患。汽车远程监测系统通过利用汽车设备采集车辆运行关键参数，再经过无线网络传输，可实现车辆与远程监测中心数据互通，利用远程监测中心专家诊断系统对车辆运行参数分析，并经无线网络反馈到车辆用户。该系统具有实时性好，故障分析准确性强等特点。

OBDⅡ即车载诊断系统（On-Board DiagnosisⅡ），它集成在发动机管理系统中能够连续监测影响废气排放部件的工作状态。OBDⅡ是一个复杂的自诊断系统，其作用是在车辆尾气排放超标或者出现故障时，向驾驶员报警，同时记录一个故障代码(DTC)。借助配套的诊断仪器，维修人员可以读出OBDⅡ系统保存的故障代码及其他车辆信息。通过检索故障代码表通常可以迅速判断出故障的位置，为诊断故障节约大量的人力物力。OBDⅡ目前在车辆上已经成为必备装置。

因此，本系统设计将汽车的远程监测建立在车辆的自诊断基础之上。一方面通过OBDⅡ标准接口获取有关排放、运行等车辆自身已有的信息资源，以节约开发和运行成本；另一方面，对其他关键参数利用添加传感器方式获取。这不仅提高了系统的通用性，也增强了实用价值。

系统总体方案

本系统目的在于监测车辆运行状态，并及时诊断出潜在故障或间歇性故障。涉及到电子技术、无线通讯、汽车诊断技术、计算机工程等多方面技术。总体方案设计框图如图1所示。由于系统对车辆运行实时状态进行监测，而且车辆运行中参数诸多，因此对处理器要求较高。本设计选用的是TI公司的TMS320F2812 DSP芯片。

该款DSP主要性能如下：高性能静态CMOS技术，I/O电压为3.3V，内核电压为1.8V，减小了控制器的功耗；最高CPU时钟频率150MHz，通过动态改变锁相环频率得到，大大提高了控制器的实时控制能力；片内具有128K×16位的FLASH存储器，两块4K×16位的单口随机存储器SARAM；两个事件管理器EVA、EVB；串行外围接口SPI，两个串行通信接口SCIA，SCIB，标准UART，改进的局域网络ECAN。多通道缓冲串行接口McBSP；16通道12位的A/D转换模块，具有两个采样保持器等。

系统设计的主要模块包括电源电路、时钟及复位电路、仿真接口、无线通讯模块、CPLD时序电路与车载OBDⅡ通讯电路设计。在此仅介绍DSP通过专用芯片实现与车辆OBDⅡ通讯的方案。

图1 系统总体框图

硬件部分设计

鉴于车载网络协议的多样性，不同汽车生产企业所采用的协议标准也不尽相同，本系统设计应具有灵活性和通用性，以适应对不同车辆的信息提取。因此系统方案选择基于专用协议芯片TL718与现有车辆的自诊断系统接口的方式，来采集车辆内部参数信息。TL718与DSP硬件原理图如图2（限于篇幅，部分引脚略）。由于二者电平不匹配，所以解决方案采用74LVX4245电平转换芯片来实现电路连接。对TL718的控制，选择DSP的复用I/O口，通过软件编程实现控制。其中74LVX4245的T/R引脚通过电平高低的设置来控制信号传输方向。

图2 DSP与TL718连接原理图

OBDⅡ系统最大的一个特点就是统一了数据传输协议和诊断模式。但OBDⅡ标准中并不止规定一种通信协议，而是统一了应用最广泛的几种协议。分别为：CAN，ISO9141，KWP2000，SAEJ1850 PWM和SAEJ1850 VPW。欧洲生产的汽车，以及大多数亚洲进口的汽车大都使用ISO 9141-2通讯协议电路。而美国通用汽车(GM)公司生产的轿车及轻型卡车使用SAE J1850 VPW通讯协议电路，福特(FORD)汽车采用SAE J1850 PWM通讯协议电路。

这里以SJ1850（PWM和VPW）协议通讯为例，其辅助电路连接如图3。

图3 SJ1850协议通讯辅助电路

由于SAEJ1850的两种不同协议需要两种不同的电压（VPW需要8V，PWM需要5V）。因此，采用输出可调的电压调整芯片LM317T。LM317T的输出电压由TL718的引脚J1850 Volts 控制。当引脚J1850 Volts输出高电平时，在LM317T的输出引脚上便可以得到8V的电压；当引脚J1850 Volts输出低电平时，在LM317的输出端得到5V的电压。

1)在使用J1850PWM协议时采用双线制，从J1850 BUS+和J1850 BUS-上接收到的信号经过比较器LM339A的处理，传输到TL718的PWM in。需要注意的是，由于LM339A为开漏输出，因此，要在比较器的输出端得到+5.0V的高电平，需在该引脚添加上拉电阻R40。R46和R51为限流电阻，保护比较器不会因过流而损坏。

J1850信号的发送由TL718的4引脚 （对应于图中J1850+） 和14引脚 （对应于图中J1850-）完成。在没有信号输出的情况下，总线上保持隐性位。J1850+应保持低电平，此时晶体管Q4总是截止的，J1850 BUS+通过R38拉低，J1850 BUS+线处于隐性状态。而J1850-应保持高电平，此时晶体管Q6导通，J1850 BUS-通过R42拉高，J1850 BUS-线也处于隐性状态。此时，J1850 BUS+和J1850 BUS-上的差模电压为-5V，经比较器输入低电平到PWM in引脚。

反之，J1850+和J1850-都处于显性时，J1850 BUS+和J1850 BUS-上的差模电压为+5V，经比较器输入高电平到PWM in引脚。

2) J1850VPW采用一线制。LM339A(U16C)的反向输入端通过电阻R62和R64分压，并保持在3.9V。在使用J1850 VPW协议的情况下，当J1850+输出高电平时，晶体管Q4导通，Q3也导通，传输线J1850 BUS+上的电压便被拉升到约8V，总线便处于显性位。反之，J1850+输出低电平时，总线处于隐性位。本系统接口设计选择标准接口，相关诊断接口请参考ISO/DIS 15031–3。

图4 DSP与TL718通信流程图 

系统软件设计介绍

该系统采用XDS510-USB 2.0仿真器，它可以通过USB接口与PC机相连，在CCS集成开发环境下通过JTAG仿真接口调试、烧写程序。其中，DSP对专用芯片TL718的控制程序流程如图4所示。

TL718的16引脚BUSY指示当前状态，如果当前状态空闲，输出为低电平，表示可接收新的命令。如果忙则输出高电平。此外，TL718的15引脚RTS为输入引脚，其低电平有效，当想要中断当前正在处理的OBD命令时，可在该引脚上给低电平指令，同时检查BUSY引脚状态，直到指示TL718已经空闲。

结论

汽车远程监测系统是涉及多学科的综合性技术，针对汽车数量多、移动性强等特点，本系统主要通过高性能DSP对某些关键参数实施传感器采集、与车载自诊断系统通讯相结合的方法，来实现对车辆运行参数的采集。该开发方案不仅具有适应多种协议车辆的灵活性和通用性，而且降低了开发成本，具有较高的经济性。此外，其存储参数也可以为汽车生产企业、维修服务企业提供资料参考。