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。

电感器的测量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，不同汽车扁平型电感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，IS功率电感O9141，KWP2000，SA电感生产厂家EJ1850 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的引电感器厂家脚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。