一種適配obd接口和自適應(yīng)多種汽車總線和診斷協(xié)議的車輛數(shù)據(jù)采集設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種適配OBDII接口和自適應(yīng)多種汽車總線和診斷協(xié)議的車輛數(shù)據(jù)采集設(shè)備。包括：程控多路開關(guān)切換模塊、輔助分壓模塊、總線收發(fā)器模塊1、總線收發(fā)器模塊2、MCU微型控制單元、非易失性存儲(chǔ)器、GPS定位模塊，無線通訊模塊和電源轉(zhuǎn)換及控制模塊；所述程控多路開關(guān)切換模塊接收微型控制單元的指令，控制OBDII廠商自定義接口與微型控制單元管腳的選通；所述輔助分壓模塊為自定義接口與微型控制單元管腳提供適配電平；所述總線收發(fā)器模塊1和模塊2傳輸總線和診斷數(shù)據(jù)；所述MCU微型控制單元讀取總線及診斷數(shù)據(jù)，獲取位置數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)無線傳送，控制各模塊電源通斷；所述電源轉(zhuǎn)換及控制模塊為各功能模塊提供電源。
【專利說明】一種適配OBD接口和自適應(yīng)多種汽車總線和診斷協(xié)議的車 輛數(shù)據(jù)采集設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，尤其涉及一種適配〇BD II接口和各種汽車總 線和診斷協(xié)議的終端。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，家庭用車的不斷普及，汽車后生活的相關(guān)產(chǎn)品也形成 巨大市場。汽車故障診斷類產(chǎn)品作為汽車后生活相關(guān)產(chǎn)品的最重要組成部分，隨著汽車產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展而得到迅速普及。
[0003] 現(xiàn)有的汽車故障診斷類產(chǎn)品有兩大弱點(diǎn)：一是此類產(chǎn)品都是在已知OBD II接口 管腳定義的情況下才能使用；二是此類產(chǎn)品基本上只支持OBD II/E0BD協(xié)議的兼容車 型，針對不同車型的OBD II接口信號需要相應(yīng)修改接口電路，操作繁瑣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于對OBD II所有接口進(jìn)行有效性檢測，獲知OBD 1116個(gè)PIN上 的所有信號定義，從而對未知的總線接口可進(jìn)行汽車信息采集和診斷服務(wù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005] 下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案 簡單明了。
[0006] 圖1為本發(fā)明用于汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備的硬件模塊示意圖。
[0007] 圖2為確認(rèn)國標(biāo)定義管腳信號的流程示意圖。
[0008] 圖3為檢測自定義接口信號定義的流程示意圖。
[0009] 圖4為在自定義接口為總線接口情況下，進(jìn)一步確認(rèn)接口信號定義的流程圖。 [0010] 圖5為終端不同工作模式切換的示意圖。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 該汽車信息采集終端包括程控多路開關(guān)切換模塊（103)、輔助分壓模塊（108)、總線 收發(fā)器模塊1 (101)、總線收發(fā)器模塊2(102)、MCU微型控制單元（109)、非易失性存儲(chǔ)器 (110)、GPS定位模塊（111)，無線通訊模塊（112)及電源轉(zhuǎn)換及控制模塊（104)。
[0012] 本汽車信息采集設(shè)備中程控多路開關(guān)切換模塊（103)由CPLD、多路復(fù)用器和模擬 開關(guān)電路組成，CPLD控制模擬開關(guān)電路連接分壓電路的頂端，串聯(lián)電阻的抽頭可連接多路 復(fù)用器的輸入端，多路復(fù)用器輸出可連接微型控制單元（109)的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口和時(shí)間捕捉 端口，總線收發(fā)器模塊1(101)，可根據(jù)具體執(zhí)行流程，由程控多路開關(guān)（103)和輔助分壓模 塊（108)工作進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇，微型控制單元（109)發(fā)送指令至CPLD，且控制多路復(fù)用器選擇 不同分壓通道，進(jìn)而獲取未定義端口電平值。CPLD型號為EPM1270。
[0013] 本終端的輔助分壓模塊（108)由8個(gè)串聯(lián)的電阻對廠商自定義OBD II管腳信號 分壓，可適配MCU微型控制器（109)接口。
[0014] 本終端的總線收發(fā)器模塊1(101)包括高速CAN，低速/容錯(cuò)CAN總線收發(fā)器、 SCAN單線總線收發(fā)器、K/L總線收發(fā)器及PWM/VPW總線收發(fā)器，高速CAN收發(fā)器采用 NXP TJA1042,低速/容錯(cuò)CAN總線收發(fā)器采用NXP TJA1050，SCAN單線總線收發(fā)器采用 MCZ33897，K/L總線收發(fā)器及PWM/VPW總線收發(fā)器由分立元件構(gòu)成。
[0015] 本終端的總線收發(fā)器模塊2 (102)包括高速CAN，K/L總線收發(fā)器及PWM/VPW總 線收發(fā)器，高速CAN收發(fā)器采用NXP TJA1042，K/L總線收發(fā)器及PWM/VPW總線收發(fā)器由 分立元件構(gòu)成。
[0016] 本終端的MCU微型控制單元（109)采用NXP LPC17XX。
[0017] 本終端確定所有端口信號定義的具體執(zhí)行流程如下： 根據(jù)ISO DIS 15031-3中相關(guān)內(nèi)容，1，3, 8, 9, 11，12, 13留給汽車廠商自定義， 2, 6, 7, 10, 14, 15用作診斷通訊用。
[0018] 以下對根據(jù)2, 6, 7, 10, 14, 15用作診斷通訊的接口，確定其信號的有效性，見附件 說明中圖2。對1，3, 8, 9, 11，12, 13廠商自定義的接口，檢測其接口特性，確定是否為總線接 口，見附件說明中圖3。
[0019] 1. MCU微型控制器單元（109)通過SPI接口指導(dǎo)程控多路開關(guān)切換模塊（103)控 制2, 10管腳經(jīng)總線收發(fā)器模塊2(102)中J1850 PWM接口與MCU微型控制單元（109)的 SPI模塊連接，按SAE J1850 PWM通訊協(xié)議發(fā)送診斷命令，如有回復(fù)且符合通訊協(xié)議定義要 求，可確定2, 10為J1850 PWM接口。進(jìn)入第3步，無回復(fù)進(jìn)入第2步。
[0020] 2.MCU微型控制單元（109)將2經(jīng)SAE J1850 VPW接口與MCU微型控制單元（109) 的SPI連接，按SAE J1850 VPW通訊協(xié)議發(fā)送診斷命令，如有回復(fù)且符合通訊協(xié)議定義要 求，可確定2為J1850 VPW接口，無回復(fù)2為無定義接口。進(jìn)入第3步。
[0021] 3. MCU微型控制單元（109)將7,10經(jīng)K/L總線收發(fā)器與MCU微型控制單元（109) 的SPI連接，按IS09141-2, IS014230-4通訊協(xié)議發(fā)送初始化命令，如有回復(fù)且符合通訊協(xié) 議定義要求，可確定7, 10為K/L總線接口，無回復(fù)7, 10為無定義接口。進(jìn)入第4步。
[0022] 4. MCU微型控制器單元（109)將6, 14接入CAN高速收發(fā)器CANH，CANL線，按 IS015765-4通訊協(xié)議設(shè)置MCU中CAN控制模塊為監(jiān)聽模式，波特率從1M開始遞減，當(dāng)進(jìn)入 CAN接收中斷時(shí)記錄當(dāng)前設(shè)置波特率，確認(rèn)為高速CAN總線。波特率遍歷后未能進(jìn)入CAN接 收中斷，6, 14不是CAN總線。
[0023] 5.完成對2, 6, 7, 10, 14, 15接口的信號定義確認(rèn)工作。
[0024] 6.對廠商自定義的接口進(jìn)行檢測，確定其接口信號定義。檢測過程如下： 在檢測自定義接口電平的過程中，MCU微型控制單元（109)向程控多路開關(guān)切換模塊 (103)發(fā)送控制指令，連接OBD II的PIN3至分壓電路的頭部，分壓電路尾部接地，選擇分 壓最低點(diǎn)作為抽頭連接至MCU微型控制單元（109)的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，連續(xù)對接口掃描數(shù)秒 鐘，如有電平變化，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果和分壓比計(jì)算且記錄下電平最大值和最小值，無電平 變化同樣記錄。依次對自定義的端口進(jìn)行同樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換掃描。按相同方法依次掃描自定 義的端口，得到各端口的電平變化數(shù)據(jù)。根據(jù)各端口的電平變化值可預(yù)判各端口可能的總 線信號。見附圖圖4,分別對高速CAN總線電壓，低速/容錯(cuò)CAN總線電壓，單線CAN總線電 壓做了示意。另，J1850 PWM的高電位為5V，低電位為0V，J1850 VPW的高電位為12V，低電 位為OV。因 K/L線需要在總線上發(fā)送初始化命令后，通訊才可進(jìn)行，故暫不考慮。
[0025] 7.在完成第6步后，使用MCU微型控制單元（109)中定時(shí)器和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊協(xié)同 工作，可找出已有電平變化端口間的配對關(guān)系。例如，根據(jù)已知的端口電壓值，MCU微型控制 單元（109)控制輔助分壓模塊（108)將端口電壓調(diào)整至適當(dāng)值接MCU控制單元（109)的模 數(shù)轉(zhuǎn)換接口和定時(shí)器捕捉端口，端口信號的跳變沿觸發(fā)定時(shí)器統(tǒng)計(jì)高低電平的持續(xù)時(shí)間， 同時(shí)，信號跳變邊沿可觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，針對高速CAN總線，低速/容錯(cuò)CAN總線，J1850 PWM總線三類協(xié)議確定端口之間的匹配關(guān)系。
[0026] 8.完成第7步后，按第4步的方法，需確定高速CAN總線，低速/容錯(cuò)CAN總線，單 線CAN總線的波特率，配置CAN功能模塊呢為監(jiān)聽模式，微型控制單元（109)控制程控多路 開關(guān)模塊（103)連通相應(yīng)端口，波特率從IMbit/s遞減，成功進(jìn)入接收中斷時(shí)記錄當(dāng)前波特 率。
[0027] 9.如廠商自定義接口中檢測到有J1850 PWM或J1850 VPW的信號端口，微型控制 單元（109)對程控多路開關(guān)模塊（103)發(fā)送控制命令，連通J1850 PWM或J1850 VPW的信 號端口，總線收發(fā)器模塊1 (101)和微型控制單元（109)的相應(yīng)接口，按照第1步和第2步 的方式，確定J1850 PWM或J1850 VPW的端口信號真實(shí)性。
[0028] 10.對廠商自定義接口中無電平變化的端口進(jìn)行K/L線總線的判斷，微型控制單 元（109)對程控多路開關(guān)（103)模塊發(fā)送控制命令，連通無電平變化的信號端口，總線收發(fā) 器模塊1 (101)和微型控制單元（109)的相應(yīng)接口，按照第3步的方式，確定未分配端口中 是否存在K/L總線。
[0029] 11.對OBD II所有端口信號確認(rèn)結(jié)束后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和診斷服務(wù)。見附圖圖5， 根據(jù)OBD IIPIN16電源電平值和所有端口總線信號的狀態(tài)，當(dāng)滿足圖5中模式轉(zhuǎn)換的各項(xiàng) 條件時(shí)，終端的工作模式切換，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)自身的功耗。正常模式：所有電子模塊正常工作。 異常電壓模式：MCU微型控制單元（109)監(jiān)控電源，總線采集與診斷服務(wù)停止工作，GPS模 塊（111)，無線通信模塊（112)正常工作，上報(bào)異常電壓情況?？偩€休眠模式：MCU微型控制 單元（109)進(jìn)入休眠準(zhǔn)備模式，總線采集與診斷服務(wù)停止工作，GPS模塊（111)，無線通信模 塊（112)正常工作，上報(bào)位置信息。睡眠模式：MCU微型控制單元（109)進(jìn)入睡眠模式，總 線采集與診斷服務(wù)停止工作，GPS模塊（111)，無線通信模塊（112)停止工作，MCU微型控制 單元（109)可有總線信號喚醒或自動(dòng)周期性喚醒，采集端口總線信號，監(jiān)測電壓值，并上報(bào) 一次數(shù)據(jù)。深度睡眠：在睡眠模式下周期性喚醒時(shí)監(jiān)測電壓下降到限定值，MCU進(jìn)入深度休 眠模式，并周期性喚醒，僅監(jiān)測電壓值。終端關(guān)閉：電壓值低于限定值，整個(gè)終端停止工作。
[0030] 12.終端在總線采集與診斷服務(wù)的同時(shí)，可通過特殊的診斷指令對整車電子控制 模塊發(fā)送控制命令，對車輛進(jìn)行反向控制，如遠(yuǎn)程啟動(dòng)，解鎖，落鎖和開關(guān)車窗等。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，包括：程控多路開關(guān)切換模塊、輔助分壓 模塊、總線收發(fā)器模塊1、總線收發(fā)器模塊2、MCU微型控制單元、非易失性存儲(chǔ)器、GPS定位 模塊，無線通訊模塊和電源轉(zhuǎn)換及控制模塊；所述程控多路開關(guān)切換模塊用于接收微型控 制單元所發(fā)出的開關(guān)切換指令，并根據(jù)該開關(guān)切換指令指導(dǎo)輔助分壓模塊控制OBD II廠商 自定義接口與MCU微型控制單元管腳的選通，以及總線收發(fā)器模塊接口 2與OBD II已定義 接口的選通，實(shí)現(xiàn)微型控制單元讀取實(shí)時(shí)總線數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)的功能；所述總線收發(fā)器模 塊1為微型控制單元傳輸實(shí)時(shí)總線數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)；所述總線收發(fā)器模塊2為微型控制單 元傳輸實(shí)時(shí)總線數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)；所述微型控制單元用于控制程控多路切換開關(guān)，讀取OBD II已定義接口的總線數(shù)據(jù)及診斷數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)獲取數(shù)據(jù)，控制通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸，控 制定位模塊獲取位置數(shù)據(jù)，控制程控多路開關(guān)切換模塊、總線收發(fā)器模塊1、總線收發(fā)器模 塊2、非易失性存儲(chǔ)器、GPS定位模塊，無線通訊模塊的電源通斷；所述電源轉(zhuǎn)換及控制模塊 為程控多路開關(guān)切換模塊、總線收發(fā)器模塊1、總線收發(fā)器模塊2、MCU微型控制單元、非易 失性存儲(chǔ)器、GPS定位模塊，無線通訊模塊提供工作電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述輔助分壓模塊對未知接 口進(jìn)行適當(dāng)分壓，為MCU微型控制單元判斷總線類型提供適配電平。
3. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述總線收發(fā)器模塊1集成 有CAN高速，低速/容錯(cuò)總線收發(fā)器、SCAN單線總線收發(fā)器、K/L總線收發(fā)器及PWM/VPW總 線收發(fā)器。
4. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述總線收發(fā)器模塊2集成 有CAN高速總線收發(fā)器、K/L總線收發(fā)器及PWM/VPW總線收發(fā)器。
5. 如權(quán)利要求3、4所述的總線收發(fā)器模塊1，總線收發(fā)器模塊2,其特征在于，所述 K/L總線收發(fā)器集成有邏輯電平切換與正負(fù)邏輯切換電路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)K/L總線收發(fā)器的 電平邏輯切換。
6. 如權(quán)利要求3、4所述的總線收發(fā)器模塊1，總線收發(fā)器模塊2,其特征在于，所述CAN 高速、低速/容錯(cuò)總線收發(fā)器、SCAN單線總線收發(fā)器能支持總線單雙工收發(fā)功能，微型控制 單元通過CAN總線收發(fā)器發(fā)送反向控制命令，要求部分電子模塊執(zhí)行控制功能。
7. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換及控制模塊的 輸入工作電壓為12V。
8. 如權(quán)利要求7所述的電源轉(zhuǎn)換及控制模塊，其特征在于，其中電源轉(zhuǎn)換部分通過該 低壓差線性穩(wěn)壓器對輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而為程控多路開關(guān)切換模塊、總線收發(fā)器模塊 1、總線收發(fā)器模塊2、MCU微型控制單元、非易失性存儲(chǔ)器、GPS定位模塊，無線通訊模塊提 供工作電壓。另控制模塊與微型控制單元配合工作，進(jìn)而控制以上各模塊工作電源的通斷。
9. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述程控多路開關(guān)切換模塊 采用SPI 口制式通信方式，該程控多路開關(guān)切換模塊的輸入數(shù)據(jù)速率為IMb/s。
10. 如權(quán)利要求9所述的程控多路開關(guān)切換模塊，其特征在于，所述程控多路開關(guān)切 換模塊包括數(shù)個(gè)模擬開關(guān)陣列，每個(gè)模擬開關(guān)都包括數(shù)個(gè)引腳，所述程控多路開關(guān)切換模 塊根據(jù)微型控制器輸入控制指令的譯碼結(jié)果控制該些模擬開關(guān)各引腳與所述汽車診斷接 口的選通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)總線傳輸器、總線接口電路與汽車診斷接口的通訊連接。
11. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備 用于存儲(chǔ)未能及時(shí)上傳服務(wù)器的總線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)。
12. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述無線通訊模塊用于將 總線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
13. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述定位模塊提供車輛的 實(shí)時(shí)位置信息，微型控制器獲取此信息并通過無線通訊模塊上傳至服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
14. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述微型控制器控制通訊 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸，控制定位模塊獲取位置數(shù)據(jù)，并根據(jù)總線實(shí)際狀態(tài)和電源電平值 進(jìn)行終端工作模式的自我管理，在不同的工作模式下可分別控制程控多路開關(guān)切換模塊、 總線收發(fā)器模塊1、總線收發(fā)器模塊2、非易失性存儲(chǔ)器、GPS定位模塊，無線通訊模塊的電 源通斷，進(jìn)而降低特殊應(yīng)用下的靜態(tài)功耗。
15. 如權(quán)利要求1所述的汽車數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，能夠?qū)SO DIS 15031-3中 定義用作通訊用2, 6, 7, 10, 14, 15接口進(jìn)行確認(rèn)，對廠商自定義的1，3, 8, 9, 11，12, 13進(jìn)行 智能檢測，確定各接口的信號定義。
【文檔編號】G05B23/02GK104090565SQ201410318408
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】林晨, 楊振業(yè), 郭瀟, 李守毅, 鄧偉偉 申請人:聯(lián)車（上海）信息科技有限公司