CN104090565A - 一种适配obd接口和自适应多种汽车总线和诊断协议的车辆数据采集设备 - Google Patents

一种适配obd接口和自适应多种汽车总线和诊断协议的车辆数据采集设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适配OBDII接口和自适应多种汽车总线和诊断协议的车辆数据采集设备。包括：程控多路开关切换模块、辅助分压模块、总线收发器模块1、总线收发器模块2、MCU微型控制单元、非易失性存储器、GPS定位模块，无线通讯模块和电源转换及控制模块；所述程控多路开关切换模块接收微型控制单元的指令，控制OBDII厂商自定义接口与微型控制单元管脚的选通；所述辅助分压模块为自定义接口与微型控制单元管脚提供适配电平；所述总线收发器模块1和模块2传输总线和诊断数据；所述MCU微型控制单元读取总线及诊断数据，获取位置数据，控制数据无线传送，控制各模块电源通断；所述电源转换及控制模块为各功能模块提供电源。

Description

一种适配OBD接口和自适应多种汽车总线和诊断协议的车辆数据采集设备
技术领域
本发明涉及一种汽车数据采集设备，尤其涉及一种适配OBD II接口和各种汽车总线和诊断协议的终端。 
背景技术
随着汽车产业的高速发展，家庭用车的不断普及，汽车后生活的相关产品也形成巨大市场。汽车故障诊断类产品作为汽车后生活相关产品的最重要组成部分，随着汽车产业的发展而得到迅速普及。 
现有的汽车故障诊断类产品有两大弱点 ：一是此类产品都是在已知OBD II接口管脚定义的情况下才能使用；二是此类产品基本上只支持 OBD  II/EOBD 协议的兼容车型，针对不同车型的OBD II接口信号需要相应修改接口电路，操作繁琐。
发明内容
本发明的目的在于对OBD II所有接口进行有效性检测，获知OBD II16个PIN上的所有信号定义，从而对未知的总线接口可进行汽车信息采集和诊断服务。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案简单明了。
图1 为本发明用于汽车数据采集设备的硬件模块示意图。
图2 为确认国标定义管脚信号的流程示意图。
图3 为检测自定义接口信号定义的流程示意图。
图4 为在自定义接口为总线接口情况下，进一步确认接口信号定义的流程图。
图5 为终端不同工作模式切换的示意图。
本发明的技术方案如下：
该汽车信息采集终端包括程控多路开关切换模块(103)、辅助分压模块(108)、总线收发器模块1(101)、总线收发器模块2(102)、MCU微型控制单元(109)、非易失性存储器(110)、GPS定位模块(111)，无线通讯模块(112)及电源转换及控制模块(104)。
本汽车信息采集设备中程控多路开关切换模块(103)由CPLD、多路复用器和模拟开关电路组成，CPLD控制模拟开关电路连接分压电路的顶端，串联电阻的抽头可连接多路复用器的输入端，多路复用器输出可连接微型控制单元(109)的模数转换端口和时间捕捉端口，总线收发器模块1(101)，可根据具体执行流程，由程控多路开关(103)和辅助分压模块(108)工作进行动态选择，微型控制单元(109)发送指令至CPLD，且控制多路复用器选择不同分压通道，进而获取未定义端口电平值。CPLD型号为EPM1270。
本终端的辅助分压模块(108)由8个串联的电阻对厂商自定义OBD II管脚信号分压，可适配MCU微型控制器(109)接口。
本终端的总线收发器模块1(101)包括高速CAN，低速/容错CAN总线收发器、SCAN单线总线收发器、K/L 总线收发器及 PWM/VPW 总线收发器，高速CAN收发器采用NXP TJA1042，低速/容错CAN总线收发器采用NXP TJA1050，SCAN单线总线收发器采用MCZ33897，K/L 总线收发器及 PWM/VPW 总线收发器由分立元件构成。
本终端的总线收发器模块2(102)包括高速CAN， K/L 总线收发器及 PWM/VPW 总线收发器，高速CAN收发器采用NXP TJA1042，K/L 总线收发器及 PWM/VPW 总线收发器由分立元件构成。
本终端的MCU微型控制单元(109)采用NXP LPC17XX。
本终端确定所有端口信号定义的具体执行流程如下：
根据ISO DIS 15031-3中相关内容，1,3,8,9,11,12,13留给汽车厂商自定义， 2,6,7,10,14,15用作诊断通讯用。
以下对根据2,6,7,10,14,15用作诊断通讯的接口，确定其信号的有效性，见附件说明中图2。对1,3,8,9,11,12,13厂商自定义的接口，检测其接口特性，确定是否为总线接口，见附件说明中图3。
1.    MCU微型控制器单元(109)通过SPI接口指导程控多路开关切换模块(103)控制2,10管脚经总线收发器模块2(102)中J1850 PWM接口与MCU微型控制单元(109)的SPI模块连接，按SAE J1850 PWM通讯协议发送诊断命令，如有回复且符合通讯协议定义要求，可确定2,10为J1850 PWM接口。进入第3步，无回复进入第2步。
2.    MCU微型控制单元(109)将2经SAE J1850 VPW接口与MCU微型控制单元(109)的SPI连接，按SAE J1850 VPW通讯协议发送诊断命令，如有回复且符合通讯协议定义要求，可确定2为J1850 VPW接口，无回复2为无定义接口。进入第3步。
3.    MCU微型控制单元(109)将7，10经K/L总线收发器与MCU微型控制单元(109)的SPI连接，按ISO9141-2，ISO14230-4通讯协议发送初始化命令，如有回复且符合通讯协议定义要求，可确定7,10为K/L总线接口，无回复7,10为无定义接口。进入第4步。
4.    MCU微型控制器单元(109)将6,14接入CAN高速收发器CANH，CANL线，按ISO15765-4通讯协议设置MCU中CAN控制模块为监听模式，波特率从1M开始递减，当进入CAN接收中断时记录当前设置波特率，确认为高速CAN总线。波特率遍历后未能进入CAN接收中断，6,14不是CAN总线。
5.    完成对2,6,7,10,14,15接口的信号定义确认工作。
6.    对厂商自定义的接口进行检测，确定其接口信号定义。检测过程如下：
在检测自定义接口电平的过程中，MCU微型控制单元(109)向程控多路开关切换模块(103)发送控制指令，连接OBD II的PIN3至分压电路的头部，分压电路尾部接地，选择分压最低点作为抽头连接至MCU微型控制单元(109)的模数转换接口，连续对接口扫描数秒钟，如有电平变化，利用模数转换结果和分压比计算且记录下电平最大值和最小值，无电平变化同样记录。依次对自定义的端口进行同样的模数转换扫描。按相同方法依次扫描自定义的端口，得到各端口的电平变化数据。根据各端口的电平变化值可预判各端口可能的总线信号。见附图图4，分别对高速CAN总线电压，低速/容错CAN总线电压，单线CAN总线电压做了示意。另，J1850 PWM的高电位为5V，低电位为0V，J1850 VPW的高电位为12V，低电位为0V。因K/L线需要在总线上发送初始化命令后，通讯才可进行，故暂不考虑。
7.     在完成第6步后，使用MCU微型控制单元(109)中定时器和数模转换模块协同工作，可找出已有电平变化端口间的配对关系。例如，根据已知的端口电压值，MCU微型控制单元(109)控制辅助分压模块(108)将端口电压调整至适当值接MCU控制单元(109)的模数转换接口和定时器捕捉端口，端口信号的跳变沿触发定时器统计高低电平的持续时间，同时，信号跳变边沿可触发模数转换功能，针对高速CAN总线，低速/容错CAN总线，J1850 PWM总线三类协议确定端口之间的匹配关系。
8.    完成第7步后，按第4步的方法，需确定高速CAN总线，低速/容错CAN总线，单线CAN总线的波特率，配置CAN功能模块呢为监听模式，微型控制单元(109)控制程控多路开关模块(103)连通相应端口，波特率从1Mbit/s递减，成功进入接收中断时记录当前波特率。
9.    如厂商自定义接口中检测到有J1850 PWM或J1850 VPW的信号端口，微型控制单元(109)对程控多路开关模块(103)发送控制命令，连通J1850 PWM或J1850 VPW的信号端口，总线收发器模块1(101)和微型控制单元(109)的相应接口，按照第1步和第2步的方式，确定J1850 PWM或J1850 VPW的端口信号真实性。
10. 对厂商自定义接口中无电平变化的端口进行K/L线总线的判断，微型控制单元(109)对程控多路开关(103)模块发送控制命令，连通无电平变化的信号端口，总线收发器模块1(101)和微型控制单元(109)的相应接口，按照第3步的方式，确定未分配端口中是否存在K/L总线。
11. 对OBD II所有端口信号确认结束后，进行数据采集和诊断服务。见附图图5,根据OBD IIPIN16电源电平值和所有端口总线信号的状态，当满足图5中模式转换的各项条件时，终端的工作模式切换，动态调节自身的功耗。正常模式：所有电子模块正常工作。异常电压模式：MCU微型控制单元(109)监控电源，总线采集与诊断服务停止工作，GPS模块(111)，无线通信模块(112)正常工作，上报异常电压情况。总线休眠模式：MCU微型控制单元(109)进入休眠准备模式，总线采集与诊断服务停止工作，GPS模块(111)，无线通信模块(112)正常工作，上报位置信息。睡眠模式：MCU微型控制单元(109)进入睡眠模式，总线采集与诊断服务停止工作，GPS模块(111)，无线通信模块(112)停止工作，MCU微型控制单元(109)可有总线信号唤醒或自动周期性唤醒，采集端口总线信号，监测电压值，并上报一次数据。深度睡眠：在睡眠模式下周期性唤醒时监测电压下降到限定值，MCU进入深度休眠模式，并周期性唤醒，仅监测电压值。终端关闭：电压值低于限定值，整个终端停止工作。
12. 终端在总线采集与诊断服务的同时，可通过特殊的诊断指令对整车电子控制模块发送控制命令，对车辆进行反向控制，如远程启动，解锁，落锁和开关车窗等。

Claims (15)

1.一种用于汽车数据采集设备，其特征在于，包括 ：程控多路开关切换模块、辅助分压模块、总线收发器模块1、总线收发器模块2、MCU微型控制单元、非易失性存储器、GPS定位模块，无线通讯模块和电源转换及控制模块；所述程控多路开关切换模块用于接收微型控制单元所发出的开关切换指令，并根据该开关切换指令指导辅助分压模块控制OBD II厂商自定义接口与MCU微型控制单元管脚的选通，以及总线收发器模块接口2与OBD II已定义接口的选通，实现微型控制单元读取实时总线数据和诊断数据的功能；所述总线收发器模块1为微型控制单元传输实时总线数据和诊断数据；所述总线收发器模块2为微型控制单元传输实时总线数据和诊断数据；所述微型控制单元用于控制程控多路切换开关，读取OBD II已定义接口的总线数据及诊断数据，存储获取数据，控制通讯模块进行数据无线传输，控制定位模块获取位置数据，控制程控多路开关切换模块、总线收发器模块1、总线收发器模块2、非易失性存储器、GPS定位模块，无线通讯模块的电源通断；所述电源转换及控制模块为程控多路开关切换模块、总线收发器模块1、总线收发器模块2、MCU微型控制单元、非易失性存储器、GPS定位模块，无线通讯模块提供工作电压。
2.如权利要求1所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述辅助分压模块对未知接口进行适当分压，为MCU微型控制单元判断总线类型提供适配电平。
3.如权利要求 1 所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述总线收发器模块1集成有CAN高速，低速/容错总线收发器、SCAN单线总线收发器、K/L 总线收发器及 PWM/VPW 总线收发器。
4.如权利要求 1 所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述总线收发器模块2集成有CAN高速总线收发器、K/L 总线收发器及 PWM/VPW 总线收发器。
5.如权利要求 3、4 所述的总线收发器模块1，总线收发器模块2，其特征在于，所述 K/L 总线收发器集成有逻辑电平切换与正负逻辑切换电路，进而实现 K/L 总线收发器的电平逻辑切换。
6.如权利要求3、4所述的总线收发器模块1，总线收发器模块2，其特征在于，所述CAN高速、低速/容错总线收发器、SCAN单线总线收发器能支持总线单双工收发功能，微型控制单元通过CAN总线收发器发送反向控制命令，要求部分电子模块执行控制功能。
7.如权利要求 1 所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述电源转换及控制模块的输入工作电压为 12V。
8.如权利要求 7 所述的电源转换及控制模块，其特征在于，其中电源转换部分通过该低压差线性稳压器对输入电压进行调节，进而为程控多路开关切换模块、总线收发器模块1、总线收发器模块2、MCU微型控制单元、非易失性存储器、GPS定位模块，无线通讯模块提供工作电压。另控制模块与微型控制单元配合工作，进而控制以上各模块工作电源的通断。
9.如权利要求 1 所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述程控多路开关切换模块采用 SPI 口制式通信方式，该程控多路开关切换模块的输入数据速率为1Mb/s。
10.如权利要求 9所述的程控多路开关切换模块，其特征在于，所述程控多路开关切换模块包括数个模拟开关阵列，每个模拟开关都包括数个引脚，所述程控多路开关切换模块根据微型控制器输入控制指令的译码结果控制该些模拟开关各引脚与所述汽车诊断接口的选通，进而实现总线传输器、总线接口电路与汽车诊断接口的通讯连接。
11.如权利要求 1 所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述非易失性存储器设备用于存储未能及时上传服务器的总线实时数据和诊断数据。
12.如权利要求 1 所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述无线通讯模块用于将总线实时数据和诊断数据上传至服务器进行数据分析。
13.如权利要求 1 所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述定位模块提供车辆的实时位置信息，微型控制器获取此信息并通过无线通讯模块上传至服务器进行数据分析。
14.如权利要求 1 所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述微型控制器控制通讯模块进行数据无线传输，控制定位模块获取位置数据，并根据总线实际状态和电源电平值进行终端工作模式的自我管理，在不同的工作模式下可分别控制程控多路开关切换模块、总线收发器模块1、总线收发器模块2、非易失性存储器、GPS定位模块，无线通讯模块的电源通断，进而降低特殊应用下的静态功耗。
15.如权利要求1所述的汽车数据采集设备，其特征在于，能够对ISO DIS 15031-3中定义用作通讯用2,6,7,10,14,15接口进行确认，对厂商自定义的 1,3,8,9,11,12,13进行智能检测，确定各接口的信号定义。
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