CN105223944B - 一种用于汽车数据采集设备 - Google Patents
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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、总线收发器模块一、总线收发器模块二、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；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；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；总线收发器模块一和模块二传输总线和诊断数据；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；电源转换及控制模块为各功能模块提供电源。
Description
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OBDII接口和各种汽车总线和诊断协议的终端设备。
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OBDII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 OBDII/EOBD协议的兼容车型，针对不同车型的OBD接口信号来相应修改接口电路，操作繁琐。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，通过对OBDII所有接口进行识别信号定义的测试，最终获知OBDII 16个接口上的所有信号定义，从而对未知的总线接口可进行汽车信息采集和诊断服务。
根据本发明的一个主要方面，提供一种汽车数据采集设备，其包括：程控多路开关切换模块、辅助分压模块、总线收发器模块一、总线收发器模块二、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一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二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、总线收发器模块一、总线收发器模块二、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、总线收发器模块一、总线收发器模块二、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。
优选地，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。
优选地，所述总线收发器模块一集成有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。
优选地，所述总线收发器模块二集成有CAN高速总线收发器、K/L总线收发器及PWM/VPW总线收发器。
优选地，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。
优选地，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。
优选地，所述电源转换及控制模块的输入工作电压为12V。
优选地，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、总线收发器模块一、总线收发器模块二、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。
优选地，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。
优选地，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。
优选地，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。
优选地，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。
优选地，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。
优选地，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、总线收发器模块一、总线收发器模块二、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。
优选地，对ISO DIS 15031-3中定义用作通讯用的接口进行确认，对厂商自定义的接口进行智能检测，确定各接口的信号定义。
根据本发明的另一个主要方面，提供一种车载OBD终端自适配的方法，所述车载OBD终端包括MCU微型控制单元，还包括多个厂商自定义接口和多个国际标准接口，所述方法包括以下步骤：
(a)确定每个国际标准接口的信号有效性；
(b)以多种车规通信协议检测所述多个厂商自定义接口，以确定每个厂商自定义接口的定义；对于无法确定定义的厂商自定义接口，则确定为空接口。
优选地，以SAEJ1850 PWM通讯协议向所述多个国际标准接口中的一个或多个第一接口发送诊断命令，以确定该一个或多个第一接口是否是J1850 PWM 接口。
优选地，如果所述一个或多个第一接口不是J1850 PWM接口，则以 SAEJ1850 VPW通讯协议向所述一个或多个第一接口发送诊断命令，以确定该一个或多个第一接口是否是J1850 VPW接口。
优选地，将所述多个国际标准接口中的一个或多个第二接口经K/L总线收发器与MCU微型控制单元的串行外设接口连接，按ISO9141-2，ISO14230-4 通讯协议发送初始化命令，以确定该一个或多个第二接口是否是K/L总线接口。
优选地，通过所述MCU微型控制单元将所述多个国际标准接口中的一个或多个第三接口接入CAN高速收发器的CANH，CANL线，按ISO15765-4通讯协议设置所述MCU中的CAN控制模块为监听模式，以确定该一个或多个第三接口是否是高速CAN总线。
优选地，在以多种车规通信协议检测所述多个厂商自定义接口的步骤中，对每个厂商自定义接口采用循环轮询的方式进行测试，以确定其接口定义。
优选地，对每个厂商自定义接口采进行测试的步骤包括依次对每个所述厂商自定义接口进行模数转换扫描，以得到每个所述厂商自定义接口的电平变化数据。
优选地，根据每个所述厂商自定义接口的电平变化值来判断对应于该接口的可能的总线信号。
优选地，如果所述厂商自定义接口中检测到有J1850 PWM或J1850 VPW 的信号，则进一步确定信号真实性。
优选地，如果所述多个厂商自定义接口中存在一个或多个无电平变化的厂商自定义接口，则对该一个或多个无电平变化的厂商自定义接口进行K/L线总线的判断。
根据本发明的有一个主要方面，提供一种用于汽车数据采集设备，包括：程控多路开关切换模块、总线收发器模块一、总线收发器模块二、以及MCU 微型控制单元；所述总线收发器模块一和所述总线收发器模块二分别连接在所述程控多路开关切换模块与所述MCU微型控制单元之间；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；所述总线收发器模块一通过所述程控多路开关切换模块与OBD II接口中的厂商自定义接口连通，为所述MCU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二的接口与OBD II接口中的国际标准接口选通，为所述MCU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接口中的已确定定义的接口的总线数据及诊断数据，存储获取数据，控制程控多路开关切换模块、总线收发器模块一、总线收发器模块二的电源通断。
优选地，所述设备还包括辅助分压模块，其连接在所述程控多路开关切换模块与所述MCU微型控制单元之间，所述程控多路开关切换模块根据所述开关切换指令指导辅助分压模块控制OBD II接口中的厂商自定义接口与MCU 微型控制单元管脚的选通。
优选地，所述辅助分压模块对OBD II接口中的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。
优选地，所述总线收发器模块一集成有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。
优选地，所述总线收发器模块二集成有CAN高速总线收发器、K/L总线收发器及PWM/VPW总线收发器。
优选地，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。
优选地，所述CAN高速、低速/容错总线收发器、SCAN单线总线收发器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。
优选地，所述程控多路开关切换模块采用SPI口制式通信方式。
优选地，所述程控多路开关切换模块的输入数据速率为1Mb/s。
优选地，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。
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。需要注意，下列的描述是示例性的，而不对本发明构成限制。
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。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的优选实施方式进行描述。这些实施方式是用来解释本发明的，而非本发明构成限制。
根据本发明的一个实施方式，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、总线收发器模块一101、总线收发器模块二102、 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，总线收发器模块一101，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由八个串联的电阻对厂商自定义OBDI I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一101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NXPTJA1042，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二102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 DIS15031-3中相关内容，1,3,8,9,11,12,13留给汽车厂商自定义，2,6,7,10,14,15一般为国际标准接口，也可用作诊断通讯。
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二102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。具体内容见下。
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OBDII的第3接口至分压电路的头部，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，总线收发器模块一101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J1850PWM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，总线收发器模块一101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。
对OBDII所有端口信号确认结束后，进行数据采集和诊断服务。根据OBDII 第16接口的电源电平值和所有端口总线信号的状态，当满足各项切换条件时，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。
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，开关门和窗等。
需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于汽车数据采集设备，包括：
程控多路开关切换模块、总线收发器模块一、总线收发器模块二、以及MCU微型控制单元；所述总线收发器模块一和所述总线收发器模块二分别连接在所述程控多路开关切换模块与所述MCU微型控制单元之间；
所述程控多路开关切换模块用于接收所述MCU微型控制单元所发出的开关切换指令；
所述总线收发器模块一通过所述程控多路开关切换模块与OBD II接口中的厂商自定义接口连通，为所述MCU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二的接口与OBD II接口中的国标定义接口选通，为所述MCU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所述程控多路开关切换模块，读取OBD II接口中的已确定定义的接口的总线数据及诊断数据，存储获取数据，控制程控多路开关切换模块、总线收发器模块一、总线收发器模块二的电源通断；
所述设备还包括辅助分压模块，其连接在所述程控多路开关切换模块与所述MCU微型控制单元之间，所述程控多路开关切换模块根据所述开关切换指令指导辅助分压模块控制OBD II接口中的厂商自定义接口与MCU微型控制单元管脚的选通；
所述辅助分压模块对OBD II接口中的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；而所述MCU微型控制单元向所述程控多路开关切换模块发送控制指令，用于计算且记录下电平最大值和最小值；其中，所述OBDII接口连接至所述辅助分压模块的分压电路的头部，所述分压电路尾部接地，而分压最低点连接至所述MCU微型控制单元的模数转换接口；
所述MCU微型控制单元还控制所述辅助分压模块将端口电压调整至适当值，并连接所述MCU控制单元的模数转换接口和定时器捕捉端口，用于统计高低电平的持续时间，并针对总线协议确定端口之间的匹配关系。
2.如权利要求1所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述总线收发器模块一集成有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。
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二集成有CAN高速总线收发器、K/L总线收发器及PWM/VPW总线收发器。
4.如权利要求2所述的汽车数据采集设备，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。
5.如权利要求2所述的汽车数据采集设备，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。
6.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。
7.如权利要求1所述的汽车数据采集设备，其特征在于，所述程控多路开关切换模块的输入数据速率为1Mb/s。
8.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这些模拟开关各引脚与汽车诊断接口的选通，进而实现总线传输器、总线接口电路与所述汽车诊断接口的通讯连接。
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