基于OBDⅡ汽車遠程監測系統的研究

引言
隨著汽車工業的發展，以及現代電子技術、通信技術、網絡技術等多方面技術的不斷融入，汽車結構變得越來越復雜，自動化程度越來越高。同時，用戶對汽車的安全性、舒適性的要求也日益提高。因此，需要及時準確地掌握汽車運行狀態，以發現故障隱患。汽車遠程監測系統通過利用汽車設備采集車輛運行關鍵參數，再經過無線網絡傳輸，可實現車輛與遠程監測中心數據互通，利用遠程監測中心專家診斷系統對車輛運行參數分析，并經無線網絡反饋到車輛用戶。該系統具有實時性好，故障分析準確性強等特點。

OBDⅡ即車載診斷系統（On-Board DiagnosisⅡ），它集成在發動機管理系統中能夠連續監測影響廢氣排放部件的工作狀態。OBDⅡ是一個復雜的自診斷系統，其作用是在車輛尾氣排放超標或者出現故障時，向駕駛員報警，同時記錄一個故障代碼(DTC)。借助配套的診斷儀器，維修人員可以讀出OBDⅡ系統保存的故障代碼及其他車輛信息。通過檢索故障代碼表通常可以迅速判斷出故障的位置，為診斷故障節約大量的人力物力。OBDⅡ目前在車輛上已經成為必備裝置。

因此，本系統設計將汽車的遠程監測建立在車輛的自診斷基礎之上。一方面通過OBDⅡ標準接口獲取有關排放、運行等車輛自身已有的信息資源，以節約開發和運行成本；另一方面，對其他關鍵參數利用添加傳感器方式獲取。這不僅提高了系統的通用性，也增強了實用價值。

系統總體方案

本系統目的在于監測車輛運行狀態，并及時診斷出潛在故障或間歇性故障。涉及到電子技術、無線通訊、汽車診斷技術、計算機工程等多方面技術。總體方案設計框圖如圖1所示。由于系統對車輛運行實時狀態進行監測，而且車輛運行中參數諸多，因此對處理器要求較高。本設計選用的是TI公司的TMS320F2812 DSP芯片。

該款DSP主要性能如下：高性能靜態CMOS技術，I/O電壓為3.3V，內核電壓為1.8V，減小了控制器的功耗；最高CPU時鐘頻率150MHz，通過動態改變鎖相環頻率得到，大大提高了控制器的實時控制能力；片內具有128K×16位的FLASH存儲器，兩塊4K×16位的單口隨機存儲器SARAM；兩個事件管理器EVA、EVB；串行外圍接口SPI，兩個串行通信接口SCIA，SCIB，標準UART，改進的局域網絡ECAN。多通道緩沖串行接口McBSP；16通道12位的A/D轉換模塊，具有兩個采樣保持器等。

系統設計的主要模塊包括電源電路、時鐘及復位電路、仿真接口、無線通訊模塊、CPLD時序電路與車載OBDⅡ通訊電路設計。在此僅介紹DSP通過專用芯片實現與車輛OBDⅡ通訊的方案。

圖1 系統總體框圖

硬件部分設計

鑒于車載網絡協議的多樣性，不同汽車生產企業所采用的協議標準也不盡相同，本系統設計應具有靈活性和通用性，以適應對不同車輛的信息提取。因此系統方案選擇基于專用協議芯片TL718與現有車輛的自診斷系統接口的方式，來采集車輛內部參數信息。TL718與DSP硬件原理圖如圖2（限于篇幅，部分引腳略）。由于二者電平不匹配，所以解決方案采用74LVX4245電平轉換芯片來實現電路連接。對TL718的控制，選擇DSP的復用I/O口，通過軟件編程實現控制。其中74LVX4245的T/R引腳通過電平高低的設置來控制信號傳輸方向。

圖2 DSP與TL718連接原理圖

OBDⅡ系統最大的一個特點就是統一了數據傳輸協議和診斷模式。但OBDⅡ標準中并不止規定一種通信協議，而是統一了應用最廣泛的幾種協議。分別為：CAN，ISO9141，KWP2000，SAEJ1850 PWM和SAEJ1850 VPW。歐洲生產的汽車，以及大多數亞洲進口的汽車大都使用ISO 9141-2通訊協議電路。而美國通用汽車(GM)公司生產的轎車及輕型卡車使用SAE J1850 VPW通訊協議電路，福特(FORD)汽車采用SAE J1850 PWM通訊協議電路。