CN101430557B - 用于汽车故障诊断的多协议数据转换器及诊断处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车故障诊断的多协议数据转换器，包括车辆连接接口和与微控制器连接的RS232接口，所述微控制器与车辆连接接口之间分别设置有转换器供电电路和K线信号调理电路、CAN信号调理电路和ALDL信号调理电路，所述微控制器与RS232接口之间设置有RS232信号调理电路，所述车辆连接接口采用符合ISO 15031-3和SAEJ1962规定的标准EOBD和OBDII连接器；所述微控制器中嵌入有车辆协议自动搜索模块和协议诊断模块；所述协议诊断模块包括ISO15765/SAE J1939协议的诊断处理子模块和SAE J1850/ISO 9141/ISO 14230/KW1281/ALDL协议的诊断处理子模块；所述微控制器与车辆连接接口之间还设置有用于实现J1850 VPW和J1850 PWM两种方式信号调理的SAEJ1850信号调理电路；所述微控制器和上述各信号调理电路之间的连接是通过微控制器接口电路实现的。同时，本发明中还公开了该数据转换器的诊断方法。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种汽车故障诊断的数据转换器，尤其涉及一种基于PC的车辆故障诊断***和手持车辆故障诊断设备开发中的用于汽车故障诊断的多协议数据转换器。
背景技术
从20世纪50年代开始，通过汽车技术与电子技术相结合，电子技术在汽车上的应用范围越来越广，并提供了速度快捷、功能强大、性能可靠、成本低廉的汽车电子控制***，极大地提高了汽车的动力性、经济性、安全性和舒适性。然而由于汽车控制的电子化导致汽车***前所未有的复杂性，给汽车维修工作带来了越来越多的困难。针对这种情况，到20世纪70年代末80年代初，世界大多数汽车制造商就开始使用电子手段来检测和诊断汽车发动机各部件以及其他电子控制***的功能和故障，实时监控汽车的各***工作状态，同时为维修人员提供诊断和排除故障提供依据，这就是OBD(On-Board Diagnostics)-车载诊断***。
另一方面，由于汽车已成为世界各地最大的大气污染源之一，目前许多国家都将控制车辆排放作为改善大气环境质量的重要工作，这直接导致了汽车排放相关的OBD***的快速发展。排放相关的OBD***利用车载诊断技术专门对车辆排放相关***进行监测和诊断的***。排放相关的OBD***并非立足于所需监测值的直接测量，而是需要通过间接算法充分可信的建立被监测信号与所要求的排放测量结果的相互对应关系，当信号发生异常变化时，对可能影响排放水平的潜在趋势作出准确判断并发出报警，从而达到减少排放的目的。实践经验证明，OBD技术是控制车辆排放的最有效技术手段之一，世界各国纷纷制定法规推广这一技术的应用，目前已形成了美国OBD(OBDII)、欧洲OBD(EOBD)和日本OBD(JOBD)三大种类的OBD技术体系。
美国是最早推动OBD技术进步的国家，1982年CARB(California Air Resources Board)美国加州大气资源局)制定自1988年开始所有在加州销售的车辆必须装备车载诊断***OBD，以用于控制排放***失效。由于早期的车载诊断***(现在称之为OBD I)存在缺陷，1988年CARB开始第二代的OBD***的标准研究，称之为OBD II***。在1994年以后，SAE还持续不断地对OBD II的相关内容进行不断的修正，颁布了SAE J1962、SAE J2012、SAE J1930、SAE J1978、SAE J1979和SAE J1850等系列标准。经环境保护机构(EPA)及美国加州资源协会(CARB)认证通过并要求各个汽车制造厂依照OBD-II的标准提供统一的诊断接口、通信方式和故障码。所以在2004年以后把经修正的OBD II***成为先进的OBD II***(Revised OBD II)。
在美国实施OBD-II之时，欧共体也相应要求欧洲各国汽车制造商生产的轿车都相应配置欧洲电控汽车微机故障诊断***，即EOBD(European On-board Diagnosis System)，并逐步颁布ISO 9141、ISO 14230、ISO 14229、ISO 15031、ISO 15765等相关标准。根据EU-Richtlinle1999/102/EG条文规定，2001年欧洲所有新生产的轿车(载重小于2.5吨)仅限于汽油发动机配置EOBD***，而对于柴油发动机轿车要求在2004年必须强制配置EOBD***。98/69/EC中规定了欧III及欧IV轻型车加装车载诊断(OBD)***的技术及试验要求。
在日本，如何应对汽车排放法规的强化趋势一直是汽车整车公司的重要课题。2003年9月20日日本国土交通省修订了乘用车、载货车及大客车的排放标准，制定了被称为世界上最为严格的“新长期排放法规”。该法规规定新车型自2005年10月1日开始，对已投产并继续生产的车型自2007年9月1日起实施新排放规定。由此相配套的“车载式故障诊断***”-OBD的作用比以前任何时候都要发挥更大的监视作用。于此同时，从车外部连接OBD***的“扫描诊断仪”(Scan Too1)的重要性也更为令人注目。看来，在日本“高度电子化维护保养时代”正在到来。为了配合1998年9月强化后的排放法规，强制实施安装OBD，并规定从2000年10月起从新型乘用车开始执行，接着，扩大到在用车辆。为了适应新排放法规，日本汽车界计划开发新一代的检测与监视排放降低装置的自诊断***。就是说，要求装用更为精确的OBD，以有效根据来自各种传感器的信息诊断排放气体的浓度，并且能确保提前检测故障。
在我国OBD领域的工作也尚处于起步阶段，根据《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》的有关要求，国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局2005年4月15日联合颁布了GB18352.3-2005《轻型车辆污染物排放限值及测量方法(中国III、IV阶段)》。2005年12月31日北京市开始提前实施国家第III阶段排放法规，并且要求新车型必须带有OBD***。2007年1月1日起，广州在其城市销售的车辆必须带有OBD***。2007年7月1日开始实施标准GB18352.3-2005《轻型车辆污染物排放限值及测量方法(中国III、IV阶段)》第III阶段。2008年7月1日起第一类汽油车(座位总数不超过六座，且最大总质量不超过2500kg的M1类车辆)要求装有OBD***，其中在生产车推迟一年执行，在用车符合性检查同步执行。到2010年7月1日起要求所有轻型车辆都要装配OBD***。
总而言之，在汽车电子技术发展和各国在汽车相关法规的推动下，目前，国内外生产的汽车广泛装备了OBD***。这一***是现代汽车故障诊断最重要手段之一，它包括了一段车辆各电子控制单元(ECUs)加入的专门为在线监控和诊断车辆各***故障及其零部件故障的自诊断程序，它具有识别可能存在故障的区域的功能，并以故障代码的方式将该信息储存在电控单元存储器内。同时为了诊断和维修的方便，还设置了专门诊断接口。利用外部的诊断设备，通过这一诊断接口可以读取车辆记录的故障信息或测试相关***及零部件的工作状态。
OBD***在各国在汽车相关法规的推动下已经逐步走向了标准化，但是由于历史的原因目前很将来很长的时间内依然不能达到完全统一，这些统一的内容尤其表现在使用的通信方式上。目前汽车OBD***在与外部诊断设备通信中使用的数据交换协议包括了各国OBD规范推荐使用的SAE J1850、ISO 9141、ISO 14230和ISO 15765及部分整车制造商自主使用协议，比如K1281和ALDL等。由于我国目前生产和销售的汽车品牌众多，装备的OBD***使用的通信协议也是各种各样，相互之间不能兼容通用。因此一般来说故障诊断仪都是诊断单一的车型开发的，是专业的车辆维修厂或4S店才可以配备的昂贵设备。
公开日2008年1月9日，公告号CN201004013的中国发明专利中公开了一种用于汽车电控单元的诊断***；该***的技术方案是包括USB诊断协议转换盒、连接USB诊断协议转换盒的计算机以及连接USB诊断协议转换盒和汽车诊断座的诊断电缆；所述USB诊断协议转换盒包括CAN总线接口单元和K总线接口单元；所述诊断电缆通过CAN总线接口单元或K总线接口单元与汽车诊断座相连；所述计算机包括诊断数据库和诊断单元。上述技术方案中的USB诊断协议转换盒只可以连接CAN总线或K总线两种形式，不能更好地适应车辆诊断通信形式多样性；当车辆与诊断设备之间的通信数据交流时，其USB诊断协议转换盒只能实现CAN总线或K总线数据流与USB总线数据流之间的转换，因此，相应的诊断设备必须具有CAN总线或K总线的网络层、数据链路层的协议处理功能，从而增加了诊断设备的复杂性。
发明内容
由于我国目前生产和销售的汽车品牌众多，装备的OBD***使用的通信协议也是各种各样，相互之间不能兼容通用。因此一般来说故障诊断仪都是诊断单一的车型开发的，是专业的车辆维修厂或4S店才可以配备的昂贵设备。本发明提供一种用于汽车故障诊断的多协议数据转换器，可以应用于各种车辆故障诊断***中，是一种兼容了目前汽车上使用的各种通信协议的数据转化装置，将上述用于汽车故障诊断的多协议数据转换器应用在基于PC的车辆故障诊断***和手持车辆故障诊断设备开发中，以使汽车诊断仪开发商专注于应用层的软件开发，从而可以大大缩短开发时间，减少开发成本。
为了解决上述技术问题，本发明用于汽车故障诊断的多协议数据转换器予以实现的技术方案是：包括车辆连接接口和与微控制器连接的RS232接口，所述微控制器与车辆连接接口之间分别设置有转换器供电电路和K线信号调理电路、CAN信号调理电路和ALDL信号调理电路，所述微控制器与RS232接口之间设置有RS232信号调理电路，所述车辆连接接口采用符合ISO 15031-3和SAE J1962规定的标准EOBD和OBDII通用连接器；所述微控制器中嵌入有车辆协议自动搜索模块和协议诊断模块；所述协议诊断模块包括ISO15765/SAE J1939协议的诊断处理子模块和SAE J1850/ISO 9141/ISO 14230/KW1281/ALDL协议的诊断处理子模块；所述微控制器与车辆连接接口之间还设置有用于实现J1850VPW和J1850PWM两种方式信号调理的SAE J1850信号调理电路；所述K线信号调理电路用于实现ISO 9141、ISO 14230和KW1281三种协议的信号调理；所述CAN信号调理电路由ISO15765和SAE J1939信号调理电路构成，用于实现符合ISO15765标准ID和扩展ID、ISO 14229协议的标准ID和扩展ID的CAN通信模式，以及SAE J1939方式的信号调理；所述微控制器和上述各信号调理电路之间的连接是通过微控制器接口电路实现的。
利用上述用于汽车故障诊断的多协议数据转换器进行车辆协议自动搜索及诊断处理方法，包括以下步骤：
(1)上电的同时启动微控制器中的车辆协议自动搜索模块，从而进行搜索车辆所使用的通信协议，并记录车辆协议号DP_N，与所述DP_N值对应的协议关系如下：
DP_N＝0，该车辆使用的协议为转换器不支持的通信协议；
DP_N＝1，该车辆使用的协议为转换器支持的SAE J1850通信协议；
DP_N＝2，该车辆使用的协议为转换器支持的ISO9141通信协议；
DP_N＝3，该车辆使用的协议为转换器支持的ISO14230通信协议；
DP_N＝4，该车辆使用的协议为转换器支持的ISO15765通信协议；
DP_N＝5，该车辆使用的协议为转换器支持的SAE J1939通信协议；
DP_N＝6，该车辆使用的协议为转换器支持的ALDL通信协议；
DP_N＝7，该车辆使用的协议为转换器支持的KW1281通信协议；
(2)若记录的车辆协议号DP_N＝0，则同时闪烁与微控制器连接的VD2和VD3两个发光二级管，以警示操作者；
(3)若记录的车辆协议号DP_N不为0，则进入RS232信号条理电路等待接收诊断指令的状态；当RS232信号条理电路接收到指令或者数据时，先判断指令或者数据是否符合车辆连接接口的ISO14229、ISO15031-5或SAEJ1979规范；如果不符合上述ISO14229、ISO15031-5或SAEJ1979规范的其中之一，则反馈“请求指令不规范”信息，否则根据DP_N值调用相应的协议诊断模块进行诊断处理，有以下两种情形之一；
(3-1)若DP_N＝1、DP_N＝2、DP_N＝3、DP_N＝6或DP_N＝7，则嵌入在控制器中的SAE J1850/ISO 9141/ISO 14230/KW1281/ALDL协议的诊断处理子模块按照OSI开放互联模式进行如下诊断处理：首先，接收符合ISO14229、ISO 15031-5或SAE J1979规范的应用层数据UP_D格式的指令；然后，将接收到的UP_D格式指令转化成符合相应诊断协议链路层数据LP_D格式的数据发送给车辆OBD***；发送完指令后，等待接收车辆ECU响应的数据；每收到一个响应的LP_D格式的数据后直接转化为UP_D格式，并通过RS232发出响应数据；当等待时间溢出时，则退出上述诊断处理过程；
(3-2)若DP_N＝4或DP_N＝5，则嵌入在控制器中的ISO 15765/SAE J1939协议的诊断处理子模块按照OSI开放互联模式进行如下诊断处理：首先，接收符合ISO14229、ISO15031-5或SAE J1979规范的应用层数据UP_D格式的指令；然后，将接收到的UP_D格式指令转化成符合相应诊断协议链路层数据LP_D格式的数据发送给车辆OBD***；发送完指令后，等待接收车辆ECU响应的数据；如果是单帧的响应数据，则直接将响应的LP_D格式数据直接转化为UP_D格式，并通过RS232发出响应数据；如果是多帧响应数据，则先将其多帧响应数据按照ID整理后存储起来，待等到整个报文接收结束后再将响应的LP_D格式数据直接转化为UP_D格式，并通过RS232发出响应数据；当等待时间溢出时，退出上述诊断处理过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明用于汽车故障诊断的多协议数据转换器完全支持国III、EOBD和OBDII要求的汽车诊断通信协议，包括SAE J1850、ISO9141、ISO14230和ISO15765在此基础上还增加了非法规要求但是应用较广的SAE J1939、ALDL和KW1281。也就是说数据转换器总共支持七种种车载诊断通信协议，而这是目前在我国销售的绝大部分汽车使用的诊断通信协议。
(2)本发明用于汽车故障诊断的多协议数据转换器在上电时可以自动搜索车辆OBD***支持的诊断通信协议，然后根据搜索到的通信协议与上位诊断设备进行数据交换。
(3)本发明用于汽车故障诊断的多协议数据转换器在完成车辆与诊断设备之间的通信数据交流时已经完成了所支持的七种协议的数据链路层和网络层的处理，在通过RS232与上层的诊断设备进行交换的数据完全符合ISO 14229、ISO 15031-5和SAE J1979所规定的诊断服务和数据格式。因此利用本发明开发诊断设备时可以简化诊断软件，只需专注于诊断的应用层的开发，缩短开发的周期，减少开发成本。
(4)如图1所示，本发明用于汽车故障诊断的多协议数据转换器的一端与车辆诊断接口连接，其另一端是以RS232串口形式交换数据。该数据转换器与车辆的通信连接可兼容我国GB 18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》(中国III、IV阶段)所规定的所有通信连接方式，并在此方式上扩展了双K线和ALDL连接方式。RS232接***换的数据格式符合ISO 15031-5、SAE J1979以及ISO 14229所规定的数据格式和诊断服务。本发明主要应用在基于PC的车辆故障诊断***和手持车辆故障诊断设备开发中，可以大量缩短开发的时间，减少开发成本。
附图说明
图1是本发明用于汽车故障诊断的多协议数据转换器与外设连接关系示意图；
图2是本发明数用于汽车故障诊断的多协议数据转换器硬件结构框图；
图3是图2中所示车辆连接接口引脚定义示意图；
图4是图2中所示SAE J1850信号调理电路图；
图5是图2中所示ISO 9141、ISO 14230和KW1281信号调理电路图；
图6是图2中所示ISO15765和SAE J1939信号调理电路图；
图7是图2中所示RS232和ALDL信号调理电路图；
图8是图2中所示RS232接口电路图；
图9是图2中所示微控制器的接口电路图；
图10是用于汽车故障诊断的多协议数据转换器嵌入式模块的总体结构框图；
图11是利用本发明数据转换器进行车辆协议自动搜索的程序流程图；
图12是本发明数据转换器进行SAE J1850/ISO 9141/ISO 14230/KW1281/ALDL协议诊断处理的流程图；
图13是本发明数据转换器进行ISO 15765/SAE J1939协议诊断处理的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明数据转换器与外设的连接关系
如图1所示，数据转换器由车辆连接接口、数据转换电路和RS232接口组成。数据转换器通过车辆连接接口与车辆OBD诊断接口连接，通过RS232与上层的诊断设备进行交换数据，数据转换电路主要完成两接口之间的数据格式的转换。
本发明用于汽车故障诊断的多协议数据转换器可以完成以下功能：
(1)转换器通过车辆连接接口由车辆电瓶对其进行供电，它可以兼容12V和24V车辆电瓶***，正常工作可承受供电范围为9到36V。
(2)数据转换器与车辆连接时支持SAE J1850、ISO9141、ISO14230、ISO15765、SAEJ1939、ALDL和KW1281五种车载诊断通信协议。
(3)数据转换器通过RS232与上层的诊断设备进行交换数据时支持ISO 14229、ISO15031-5和SAE J1979所规定的诊断服务和数据格式。
(4)数据转换器在上电时可以自动搜索车辆OBD***支持的诊断通信协议，然后根据搜索到的通信协议与上位诊断设备进行数据交换。
本发明用于汽车故障诊断的多协议数据转换器的硬件体系
数据转换器的硬件结构如图2所示，包括车辆连接接口和与微控制器连接的RS232接口，所述微控制器与车辆连接接口之间分别设置有转换器供电电路、用于实现J1850VPW和J1850PWM两种方式信号调理的SAE J1850信号调理电路；用于实现ISO 9141、ISO 14230和KW1281三种协议的信号调理的K线信号调理电路；由ISO15765和SAE J1939信号调理电路构成的、用于实现符合ISO15765标准ID和扩展ID、ISO 14229协议的标准ID和扩展ID的CAN通信模式，以及SAE J1939方式的信号调理的CAN信号调理电路；ALDL信号调理电路；所述微控制器与RS232接口之间设置有RS232信号调理电路，所述车辆连接接口采用符合ISO 15031-3和SAE J1962规定的标准EOBD和OBDII连接器；所述微控制器中嵌入有车辆协议自动搜索模块和协议诊断模块；所述协议诊断模块包括ISO15765/SAEJ1939协议的诊断处理子模块和SAE J1850/ISO 9141/ISO 14230/KW1281/ALDL协议的诊断处理子模块；所述微控制器和上述各信号调理电路之间的连接是通过微控制器的接口电路实现的。
其中，车辆连接接口的引脚定义如图3所示：2脚引线接SAE J1850+、4和5脚引线接地、6脚引线接CAN_H、7脚引线接K/K1、9脚引线接SAE 1850-、14脚引线接CAN_L、15脚引线接L/K2、16脚引线接VB。
车辆供电电路主要是通过车辆连接输入电瓶电压(12V或24V)经电源模块调压输出5V和8V电源供给转换器各部分电路使用。
SAE J1850信号调理电路包括J1850 VPW和J1850 PWM两种方式的信号调理，其电路如图4所示，TXPWM+引线通过一电阻连接到三极管Q3的基极，三极管Q3的集极分成两路，其中一路连接到车辆电源VB，另一路通过一电阻连接到SAE J1850-引线，三极管Q3的漏极通过一个二极管连接到SAE J1850+引线；RXPWM引线连接到运算放大器N4的输出端，运算放大器N4的电源端连接到车辆电源VB，接地端接地；运算放大器N4的正输入端通过一电阻连接到SAE J1850+引线，运算放大器N4的负输入端通过一电阻连接到SAEJ1850-引线；TXPWM-引线通过一电阻连接到三极管Q4的基极，三极管Q4的集极连接到SAE J1850-引线，三极管Q4的漏极分成两路，其中一路通过一个电阻连接到SAE J1850+引线，另一路连接到地；TXVPWM引线连接到运算放大器N4的正输入端，运算放大器N4的负输入端分成三路，其中一路通过一电阻连接到5伏电源Vcc，另一路通过一电阻连接到地，还有一路连接运算放大器N4的负输入端，运算放大器N4的输出端分成两路，其中，一路通过一电阻连接到8伏电源+8，另一路通过一电阻连接到三极管Q5的基极；三极管Q5的集极连接到8伏电源+8，漏极通过一个二极管连接到SAE J1850+引线；RXPWM引线连接到运算放大器N4的输出端，运算放大器N4的正输入端连接到SAE J1850+引线。
K线信号调整电路包括ISO 9141、ISO 14230和KW1281三种协议的信号调理，其电路如图5所示，TXK引线通过一电阻连接到三极管Q1的基极，三极管Q1的集极分两路，其中一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路连接到三极管Q6的基极，三极管Q1的漏极接地连；三极管Q6的漏极接地连，三极管Q6的集极分成三路，其中一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路通过一电阻连接到运算放大器N3的正输入端，还有一路连接到K/K1引线；RXK引线连接到运算放大器N3的输出端，运算放大器N3的电源端连接到车辆电源VB，接地端接地；运算放大器N3的负输入端分成三路，其中，一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路通过一电阻连接到地，还有一路连接到运算放大器N3的负输入端；RXL引线通过一电阻连接到运算放大器N3的输出端；运算放大器N3的正输入端通过一电阻后分成三路，其中一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路连接到L/K2引线，还有一路连接到三级管Q7的集极；TXL引线通过一电阻连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的集极分两路，其中，一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路连接到三极管Q7的基极，三极管Q2的漏极接地连；三极管Q7的漏极接地。
如图6所示，CAN信号调理电路是：CAN收发器D3的发送数据输出端连接到CANTX引线，接地端接地，电源端分成两路，其中一路连接到5伏电源Vcc，另一路通过一个电容连接到地，数据接收输入端连接到CANRX引线，低电平CAN总线端分成两路，其中一路连接到CANL引线，另一路顺次经过一个电阻和一个电容连接到地，高电平CAN总线端分成两路，其中，一路连接到CANH引线，另一路顺次经过一个电阻和一个电容连接到地，高速/静音模式选择端通过一电阻连接到地。
如图7所示，所述ALDL和RS232信号调整电路是：RS232收发器电荷泵1正端通过一个电容连接到RS232收发器电荷泵1负端，RS232收发器电源端通过一个电容连接到5伏电源Vcc，RS232收发器电荷泵2正端通过一个电容连接到RS232收发器电荷泵2负端，RS232收发器接地端通过一个电容连接到地，RS232收发器第一通道R232总线输出端连接到RS232TX引线，RS232收发器第一通道R232总线输入端连接到RS232RX引线，RS232收发器第一通道数据接收输出端连接到TX引线，RS232收发器第一通道数据发送输出端连接到RX引线，RS232收发器第二通道数据发送输出端连接到ALDLOUT引线，RS232收发器第二通道数据接收输出端连接到ALDLIN引线，RS232收发器第二通道R232总线输入端通过一个电阻连接到ALDL引线，RS232收发器第二通道R232总线输出端通过一个二极管连接到ALDL引线，RS232收发器接地端分成两路，其中一路连接到地，另一路通过一个电容连接到5伏电源Vcc，RS232收发器电源端连接到5伏电源Vcc。
如图8所示，RS232接口电路为：所述的RS232接口的电路是：该RS232接口的第2引脚连接到RS232RX引线，第3引脚连接到RS232TX引线，第5引脚接地。
如图9所示，本发明的数据转换器的微控制器的接口电路是：所述微控制器的接口电路为：微控制器的参考电压端分成两路，其中，一路通过一个电阻连接到5伏电源Vcc，另一路通过一个电阻连接到地RA1输出/输入端连接到TXPWM+引线，RA2输出/输入端连接到TXVPWM引线，RA3输出/输入端连接到RXL引线，时钟振荡电路输入/输出1端分成两路，其中，一路通过一个电容连接到地，另一路则通过另一个电容连接到晶体，时钟振荡电路输入/输出2端分成两路，其中，一路通过一个电容连接到地，另一路则通过另一电容连接到晶体，RC0输出/输入端连接到RXVPWM引线，RC1输出/输入端连接到RXK引线，RC2输出/输入端连接到RXPWM引线，RC3输出/输入端连接到TXVPWM-引线，RC4输出/输入端连接到地，RC4输出/输入端连接到地，数据发送输出端连接到TX引线，数据接收输入端连接到RX引线，接地端连接到地，电源端分成两路，其中一路连接到5伏电源Vcc，另一路通过一个电容连接到地，RB0输出/输入端连接到TXL引线，RB1输出/输入端连接到TXK引线，CAN总线数据发送输出端连接到CANRX引线，CAN总线数据接收输入端连接到CANTX引线，RB4输出/输入端连接到ALDLOUT引线，RB5输出/输入端连接到ALDLIN引线，RB6输出/输入端顺次通过一个电阻和一个发光二极管连接到5伏电源Vcc，RB7输出/输入端顺次通过一个电阻和一个发光二极管连接到5伏电源Vcc。
使用本发明用于汽车故障诊断的多协议数据转换器实现车辆协议自动搜索及故障诊断处理的过程
如图10和图11所示，在上电时，数据转换器先启动车辆协议自动搜索程序搜索车辆使用的通信协议，并记录车辆协议号DP_N。记录的DP_N值如表1所示。如果车辆使用的通信协议不在本转换器支持的范围，即DP_N＝0，那么同时闪烁OBDLED和RS232LED警示操作者：转换器不支持车辆使用的通信协议。如果DP_N不为零，则进入RS232等待接收诊断指令的状态。当RS232接收到指令(或者数据)时，先判断指令(或者数据)是否符合ISO14229、ISO 15031-5或SAE J1979规范。
表1 车辆协议号DP_N的值对应的协议
| DP_N | 对应的协议 |
| 0 | 转换器不支持车辆使用的通信协议 |
| 1 | 转换器支持SAE J1850协议 |
| 2 | 转换器支持ISO9141协议 |
| 3 | 转换器支持ISO14230协议 |
| 4 | 转换器支持ISO15765协议 |
| 5 | 转换器支持SAE J1939协议 |
| 6 | 转换器支持ALDL协议 |
| 7 | 转换器支持KW1281协议 |
如果不符合上述ISO14229、ISO15031-5或SAEJ1979规范的其中之一，则反馈“请求指令不规范”信息，否则根据DP_N值调用相应的协议诊断模块进行诊断处理，有以下两种情形之一；
(1)若DP_N＝1、DP_N＝2、DP_N＝3、DP_N＝6或DP_N＝7，则嵌入在控制器中的SAEJ1850/ISO9141/ISO14230/KW1281/ALDL协议的诊断处理子模块进行如下诊断处理：
按照OSI开放互联模式，SAE J1850/ISO 9141/ISO 14230/KW1281/ALDL协议的特点是只有物理层和数据链路层，其对应的应用层为符合ISO14229、ISO 15031-5、SAE J1979规范。同时这五种通信协议的都支持请求的多ECU响应，都不支持同一ECU的多帧响应。因此虽然他们的数据格式不相同，但是数据流的方式是一致的因此在此一起说明它们的诊断处理流程，SAE J1850/ISO 9141/ISO 14230/KW1281/ALDL协议的诊断处理流程如图12所示。其中首先接收UP_D(应用层数据)格式的指令，也就是符合ISO14229、ISO 15031-5或SAE J1979规范的指令，然后诊断处理程序将接收到的UP_D格式指令转化成符合相应诊断协议的LP_D(链路层数据格式)格式发送给车辆OBD***。发送完指令后等待接收车辆ECU响应的数据。因为没有一个ECU的多帧响应格式，所以每收到一个响应的LP_D格式数据可以直接转化为UP_D格式，通过RS232发出响应数据。当等待时间溢出时退出诊断处理程序。
(2)若DP_N＝4或DP_N＝5，则嵌入在控制器中的ISO 15765/SAE J1939协议的诊断处理子模块进行如下诊断处理：
按照OSI开放互联模式，ISO 15765/SAE J1939协议的都包括物理层、数据链路层和网络层，其中ISO 15765对应的应用层为ISO14229、ISO 15031-5、SAE J1979规范，而SAE J1939自身已经包含了应用层的内容。这两种种通信协议的都是CAN通信的具体实现规范，其中SAE J1939只支持29位ID的扩展帧，而ISO 15765包括了11位的标准帧和29位ID的扩展帧。但是两种种通信协议都支持请求的多ECU响应和同一ECU的多帧响应，因此虽然他们的数据流的方式是一致，诊断处理流程如图13所示。其中首先接收UP_D(应用层数据)格式的指令，也就是符合ISO14229、ISO 15031-5或SAE J1979规范的指令，然后诊断处理程序将接收到的UP_D格式指令转化成符合相应诊断协议的LP_D(链路层数据格式)格式发送给车辆OBD***。发送完指令后等待接收车辆ECU响应的数据。如果是单帧的响应数据，直接将响应的LP_D格式数据可以直接转化为UP_D格式，通过RS232发出响应数据。如果是多帧响应数据，先将其按照ID整理并存储起来，等到整个报文接收结束后再将响应的LP_D格式数据可以直接转化为UP_D格式，通过RS232发出响应数据。当等待时间溢出时退出诊断处理程序。
尽管结合附图对本发明进行了上述描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之列。
Claims (7)
1.一种用于汽车故障诊断的多协议数据转换器，包括车辆连接接口和与微控制器连接的RS232接口，所述微控制器与车辆连接接口之间分别设置有转换器供电电路和K线信号调理电路、CAN信号调理电路和ALDL信号调理电路，所述微控制器与RS232接口之间设置有RS232信号调理电路，所述车辆连接接口采用符合ISO 15031-3和SAE J1962规定的标准EOBD和OBDII通用连接器；其特征在于：
所述微控制器中嵌入有车辆协议自动搜索模块和协议诊断模块；所述协议诊断模块包括ISO15765/SAE J1939协议的诊断处理子模块和SAE J1850/ISO 9141/ISO 14230/KW1281/ALDL协议的诊断处理子模块；
所述微控制器与车辆连接接口之间还设置有用于实现J1850VPW和J1850PWM两种方式信号调理的SAE J1850信号调理电路；
所述K线信号调理电路用于实现ISO 9141、ISO 14230和KW1281三种协议的信号调理；
所述CAN信号调理电路由ISO15765和SAE J1939信号调理电路构成，用于实现符合ISO15765标准ID和扩展ID、ISO 14229协议的标准ID和扩展ID的CAN通信模式，以及SAE J1939方式的信号调理；
所述微控制器和上述各信号调理电路之间的连接是通过微控制器接口电路实现的。
2.根据权利要求1所述的用于汽车故障诊断的多协议数据转换器，其特征在于：所述SAE J1850信号调理电路的构成是：
TXPWM+引线通过一电阻连接到三极管Q3的基极，三极管Q3的集极分成两路，其中一路连接到车辆电源VB，另一路通过一电阻连接到SAE J1850+引线，三极管Q3的漏极通过一个二极管连接到SAE J1850+引线；
RXPWM引线连接到运算放大器N4A的输出端，运算放大器N4A的电源端连接到车辆电源VB，接地端接地；运算放大器N4A的正输入端通过一电阻连接到SAE J1850+引线，运算放大器N4A的负输入端通过一电阻连接到SAE J1850-引线；
TXPWM-引线通过一电阻连接到三极管Q4的基极，三极管Q4的集极连接到SAE J1850-引线，三极管Q4的漏极分成两路，其中一路通过一个电阻连接到SAE J1850+引线，另一路连接到地；
TXVPWM引线连接到运算放大器N4B的正输入端，运算放大器N4B的负输入端分成三路，其中一路通过一电阻连接到5伏电源Vcc，另一路通过一电阻连接到地，还有一路连接运算放大器N4C的负输入端，运算放大器N4B的输出端分成两路，其中，一路通过一电阻连接到8伏电源+8，另一路通过一电阻连接到三极管Q5的基极；三极管Q5的集极连接到8伏电源+8，漏极通过一个二极管连接到SAE J1850+引线；
RXVPWM引线连接到运算放大器N4C的输出端，运算放大器N4C的正输入端连接到SAE J1850+引线。
3.根据权利要求1所述的用于汽车故障诊断的多协议数据转换器，其特征在于：所述K线信号调理电路的构成是：
TXK引线通过一电阻连接到三极管Q1的基极，三极管Q1的集极分两路，其中一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路连接到三极管Q6的基极，三极管Q1的漏极接地连；三极管Q6的漏极接地连，三极管Q6的集极分成三路，其中一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路通过一电阻连接到运算放大器N3A的正输入端，还有一路连接到K/K1引线；
RXK引线连接到运算放大器N3A的输出端，运算放大器N3A的电源端连接到车辆电源VB，接地端接地；运算放大器N3A的负输入端分成三路，其中，一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路通过一电阻连接到地，还有一路连接到运算放大器N3B的负输入端；
RXL引线通过一电阻连接到运算放大器N3B的输出端；运算放大器N3B的正输入端通过一电阻后分成三路，其中一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路连接到L/K2引线，还有一路连接到三级管Q7的集极；
TXL引线通过一电阻连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的集极分两路，其中，一路通过一电阻连接到车辆电源VB，另一路连接到三极管Q7的基极，三极管Q2的漏极接地连；三极管Q7的漏极接地。
4.根据权利要求1所述的用于汽车故障诊断的多协议数据转换器，其特征在于：所述CAN信号调理电路的构成是：CAN收发器D3的发送数据输出端连接到CANTX引线，接地端接地，电源端分成两路，其中一路连接到5伏电源Vcc，另一路通过一个电容连接到地，数据接收输入端连接到CANRX引线，低电平CAN总线端分成两路，其中一路连接到CANL引线，另一路顺次经过一个电阻和一个电容连接到地，高电平CAN总线端分成两路，其中，一路连接到CANH引线，另一路顺次经过一个电阻和一个电容连接到地，高速/静音模式选择端通过一电阻连接到地。
5.根据权利要求1所述的用于汽车故障诊断的多协议数据转换器，其特征在于：所述ALDL和RS232信号调理电路的构成是：RS232收发器电荷泵1正端通过一个电容连接到RS232收发器电荷泵1负端，RS232收发器电源端通过一个电容连接到5伏电源Vcc，RS232收发器电荷泵2正端通过一个电容连接到RS232收发器电荷泵2负端，RS232收发器接地端通过一个电容连接到地，RS232收发器第一通道R232总线输出端连接到RS232TX引线，RS232收发器第一通道R232总线输入端连接到RS232RX引线，RS232收发器第一通道数据接收输出端连接到TX引线，RS232收发器第一通道数据发送输出端连接到RX引线，RS232收发器第二通道数据发送输出端连接到ALDLOUT引线，RS232收发器第二通道数据接收输出端连接到ALDLIN引线，RS232收发器第二通道R232总线输入端通过一个电阻连接到ALDL引线，RS232收发器第二通道R232总线输出端通过一个二极管连接到ALDL引线，RS232 收发器接地端分成两路，其中一路连接到地，另一路通过一个电容连接到5伏电源Vcc，RS232收发器电源端连接到5伏电源Vcc。
6.根据权利要求1所述的用于汽车故障诊断的多协议数据转换器，其特征在于：所述微控制器的接口电路为：微控制器的参考电压端分成两路，其中，一路通过一个电阻连接到5伏电源Vcc，另一路通过一个电阻连接到地，RA1输出/输入端连接到TXPWM+引线，RA2输出/输入端连接到TXVPWM引线，RA3输出/输入端连接到RXL引线，时钟振荡电路输入/输出1端分成两路，其中，一路通过一个电容连接到地，另一路则通过另一个电容连接到晶体，时钟振荡电路输入/输出2端分成两路，其中，一路通过一个电容连接到地，另一路则通过另一电容连接到晶体，RCO输出/输入端连接到RXVPWM引线，RC1输出/输入端连接到RXK引线，RC2输出/输入端连接到RXPWM引线，RC3输出/输入端连接到TXVPWM-引线，RC4输出/输入端连接到地，RC4输出/输入端连接到地，数据发送输出端连接到TX引线，数据接收输入端连接到RX引线，接地端连接到地，电源端分成两路，其中一路连接到5伏电源Vcc，另一路通过一个电容连接到地，RBO输出/输入端连接到TXL引线，RB1输出/输入端连接到TXK引线，CAN总线数据发送输出端连接到CANRX引线，CAN总线数据接收输入端连接到CANTX引线，RB4输出/输入端连接到ALDLOUT引线，RB5输出/输入端连接到ALDLIN引线，RB6输出/输入端顺次通过一个电阻和一个发光二极管连接到5伏电源Vcc，RB7输出/输入端顺次通过一个电阻和一个发光二极管连接到5伏电源Vcc。
7.一种利用如权利要求1所述的用于汽车故障诊断的多协议数据转换器进行车辆协议自动搜索及诊断处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)上电的同时启动微控制器中的车辆协议自动搜索模块，从而进行搜索车辆所使用的通信协议，并记录车辆协议号DP_N，与所述DP_N值对应的协议关系如下：
DP_N＝0，该车辆使用的协议为转换器不支持的通信协议；
DP_N＝1，该车辆使用的协议为转换器支持的SAE J1850通信协议；
DP_N＝2，该车辆使用的协议为转换器支持的ISO9141通信协议；
DP_N＝3，该车辆使用的协议为转换器支持的ISO14230通信协议；
DP_N＝4，该车辆使用的协议为转换器支持的ISO15765通信协议；
DP_N＝5，该车辆使用的协议为转换器支持的SAE J1939通信协议；
DP_N＝6，该车辆使用的协议为转换器支持的ALDL通信协议；
DP_N＝7，该车辆使用的协议为转换器支持的KW1281通信协议；
(2)若记录的车辆协议号DP_N＝0，则同时闪烁与微控制器连接的VD2和VD3两个发光二级管，以警示操作者；
(3)若记录的车辆协议号DP_N不为0，则进入RS232信号调理电路等待接收诊断指令的状态；当RS232信号调理电路接收到指令或者数据时，先判断指令或者数据是否符合车辆连接接口的ISO14229、ISO15031-5或SAEJ1979规范；如果不符合上述ISO14229、 ISO15031-5或SAEJ1979规范的其中之一，则反馈“请求指令不规范”信息，否则根据DP_N值调用相应的协议诊断模块进行诊断处理，有以下两种情形之一；
(3-1)若DP_N＝1、DP_N＝2、DP_N＝3、DP_N＝6或DP_N＝7，则嵌入在控制器中的SAE J1850/ISO 9141/ISO 14230/KW1281/ALDL协议的诊断处理子模块按照OSI开放互联模式进行如下诊断处理：
首先，接收符合ISO14229、ISO 15031-5或SAE J1979规范的应用层数据UP_D格式的指令；
然后，将接收到的UP_D格式指令转化成符合相应诊断协议链路层数据LP_D格式的数据发送给车辆OBD***；
发送完指令后，等待接收车辆ECU响应的数据；每收到一个响应的LP_D格式的数据后直接转化为UP_D格式，并通过RS232发出响应数据；
当等待时间溢出时，则退出上述诊断处理过程；
(3-2)若DP_N＝4或DP_N＝5，则嵌入在控制器中的ISO 15765/SAE J1939协议的诊断处理子模块按照OSI开放互联模式进行如下诊断处理：
首先，接收符合ISO14229、ISO 15031-5或SAE J1979规范的应用层数据UP_D格式的指令；
然后，将接收到的UP_D格式指令转化成符合相应诊断协议链路层数据LP_D格式的数据发送给车辆OBD***；
发送完指令后，等待接收车辆ECU响应的数据；如果是单帧的响应数据，则直接将响应的LP_D格式数据直接转化为UP_D格式，并通过RS232发出响应数据；如果是多帧响应数据，则先将其多帧响应数据按照ID整理后存储起来，待等到整个报文接收结束后再将响应的LP_D格式数据直接转化为UP_D格式，并通过RS232发出响应数据；
当等待时间溢出时，退出上述诊断处理过程。
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