第３５卷第１期 ２０１５年１月 杭州电子科技大学学报（自然科学版） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＮＣＺＨ０Ｕ ＤＩＡＮＺＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｖ０１．３５ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１５ ＤＯＩ：１０．１３９５４／ｊ．ｃｎｋｉ．Ｍｕ．２０１５．０１．００８ 基于ＯＢＤ的汽车数据采集及捕获系统设计 潘益斌，张海峰 （杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州３１００１８） 摘要：通过车载诊断系统（０ＢＤ）连接汽车的ＣＡＮ总线，采集车辆实时数据，同时捕获总线传输的 报文数据。采用ＭＣＰ２５１５和ＴＪＡ１０５０搭建两路ＣＡＮ模块电路，一路ＣＡＮ节点发送汽车状态信息 请求，并通过ＯＢＤ接口接收汽车返回的信息；另一路ＣＡＮ节点处于接收模式，识别数据帧格式，接 收所有ＣＡＮ总线上传输的数据。该系统扩展了车载诊断系统接口的外部应用。应用的汽车协议 为支持ＯＢＤＩＩ ＣＡＮ的ＩＳＯ１５７６５－４。两模块由ＭＣＵ控制，收发的数据通过外接ＲＳ２３２串口显示。 结果显示，系统实现了汽车数据的采集及捕获。 关键词：车载诊断系统；汽车ＣＡＮ总线；采集；捕获；ＩＳＯ１５７６５—４ 中图分类号：ＴＰ２７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—９１４６（２０１５）０１—００４１—０４ ０ 引 言 目前车载诊断系统（Ｏｎ—Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ，ＯＢＤ）发展迅猛，国外基于车辆自生成数据交换协议已经 实现ＯＢＤ远程检测¨ ，也开发出了ＯＢＤ检测器，采用回收机制减少车辆能量的损耗 ，同时，ＯＢＤ大 型数据采集系统可进行大数据处理 Ｊ。国内大量的汽车软件开发设计商、车载电子生产商及运营商积 极投入到ＯＢＤ的应用领域的研发，通过ＯＢＤ接口获取“瞬时油耗”、“汽车故障”、“行驶里程”等信息， 开发出功能强大、应用方便的新产品 。本系统不仅实现了从ＯＢＤ获取汽车行车速度、发动机转速、冷 却液温度、进气温度等信息，而且在传输过程中通过捕获以检测传输的数据。 １ 汽车ｏＢＤ 在汽车的自诊断系统中，可分为ＯＢＤ ＯＢＤ Ｉ和ＯＢＤ ＩＩ ３大系统，ＯＢＤ ＩＩＩ也将随之出现 。当 前，广泛应用的是ＯＢＤ ＩＩ系统。基于ＯＢＤ的汽车与外部电路连接如图１所示。 图１ 汽车与外部电路连接图 收稿日期：２０１４—０５—０４ 作者简介：潘益斌（１９８８一），男，浙江宁波人，在读研究生，电子系统集成．通信作者：张海峰副教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｆｚｈａｎｇ０８１１＠ ｈｄｕ．ｅｄｕ．ｃｒ１． ４２ 杭州电子科技大学学报 ２０１５正 汽车生产厂商采用的是同一标准的１６针的ＯＢＤ诊断接口，故障码的格式是相同的，报文传输标准 也都是以ＩＳＯ或ＳＡＥ的协议形式，故使用通用的诊断系统。 ＯＢＤ ＩＩ标准使用的通讯协议一般有：ＩＳＯ ９１４１—２，ＩＳＯ １４２３０—４（ＫＷＰ２０００），ＳＡＥ—Ｊ１８５０ ＰＷＭ， ＳＡＥ—Ｊ１８５０ ＶＰＭ，ＩＳＯ１５７６５—４（ＣＡＮ—ＢＵＳ） 。本文采用的是支持ＣＡＮ总线的ＩＳＯ１５７６５—４协议。 ＣＡＮ数据ＯＢＤ中的消息发送格式如图２所示。 ＩＤ ｂｉｔｓ（１１ ｏｒ ２９）Ｉ ＰＣＩ ｌ ＭＯＤＥ ｌ ＰＩＤ 图２ ＣＡＮ数据ＯＢＤ中的消息发送格式 ＰＣＩ表示协议控制信息字节数量，ＭＯＤＥ表示ＯＢＤ系统的工作模式，ＰＩＤ标记获取的信息。 ２ 系统设计 本系统主要分为两个模块，模块一为汽车ＣＡＮ总线数据的发送请求与接收模块，模块二为ＣＡＮ报 文数据捕获模块。模块一通过ＯＢＤ接口发送ＣＡＮ报文到汽车总线，并接收返回的报文。模块二处于 数据捕获状态，捕获总线上所有节点传送的报文数据。实现框图如图３所示。 ＭＡ×２３２ ＲＳ２３２ 接口芯片 接口 ＭＣＵ－１ ＭＣＰ２５１５ ＣＡＮ ＴＪＡ１０５０ 数据收发控制 控制器 收发器 ＣＡＮ 汽车 Ｏ８０ 总线 ＭＣＵ－２ ＭＣＰ２５１５ ＣＡＮ 接口 ＴＪＡ１０５０ 数据捕获控制 控制器 收发器 ＭＡ×２３２ ＲＳ２３２ 接口芯片 接口 图３ 系统总体框图 ２．１硬件设计 两模块ＣＡＮ模块硬件设计基本一致。ＣＡＮ控制器采用Ｍｉｅｒｏｅｈｉｐ公司生产的控制器芯片 ＭＣＰ２５１５，它带有符合工业标准的通用ＳＰＩ串行接口，满足ＣＡＮ２．０技术规范，与市面上产品相比具有 体积小，成本低，易于使用的特点 ｊ。ＣＡＮ收发器采用恩智浦半导体公司（ＮＸＰ）生产的芯片ＴＪＡ１０５０。 ＴＪＡ１０５０实现的是总线上传输的差动信号与ＣＡＮ控制器信号之间的转换。ＭＣＵ采用的是ＳＴＣ８９Ｓ５２。 供电电源采用汽车ＯＢＤ接口提供的１２ Ｖ电源。 ２．２软件设计 数据采集模块的数据收发格式遵循ＩＳＯ１５７６５协议，数据格式包括标准帧和扩展帧。在ＭＣＰ２５１５ 的配置模式中，设置ＣＡＮ的波特率及数据帧格式，开启控制器报文接收中断，在中断产生后读取接收到 的数据。工作过程处于正常模式。采集模块软件流程图如图４所示。 数据捕获模块中的ＣＡＮ节点，处于只接收状态。关闭了ＭＣＰ２５１５的验收屏蔽寄存器和验收滤波 寄存器，接收总线上所有节点的报文。接收过程先识别数据帧格式，按标准帧或扩展帧格式接收，接收 第１期 潘益斌等：基于０ ＢＤ的汽车数据采集及捕获系统设计 ４３ 到的数据两组一次进行处理。一组为发送请求到总线，一组为接收到请求后发回的信息。由于响应的 时间极短，ＭＣＰ２５１５需要一次采集两组数据再进行处理，以防止产生接收寄存器溢出错误。ＭＣＰ２５１５ 具有两个接收缓冲器ＲＸＢ０和ＲＸＢ１，通过配置ＲＸＢＯＣＴＲＬ采用滚存方式，可实现数据完整接收。捕获 模块软件流程图如图５所示。 图４数据采集软件流程图 图５数据捕获软件流程图 ３ 系统测试 本系统采用的测试环境为汽车ＥＣＵ仿真器，支持多种汽车总线协议。系统启动后，将模块电路接 人ＯＢＤ公头接１２１插座，插入仿真器的ＯＢＤ接口即可工作。测试内容如表１所示。 表１汽车数据信息测试内容 标识符ＩＤ ＰＣＩ ０Ｘ０２ ＯＸ７ＤＦ （标准帧）０Ｘ０２ ０Ｘ０２ ０Ｘ０２ ＭＯＤＥ ＯＸ０１ ０Ｘ０１ ０Ｘ０１ ０Ｘ０１ ＰＩＤ ０ＸＯＣ ０ＸＯＤ ０Ｘ０５ ０ＸＯＦ 测试内容 发动机转速 行车速度 冷却液温度 进气温度 ０ＸＩ８ＤＢ３３Ｆ１ （扩展帧）标识符１Ｄ ＰＣＩ ０Ｘ０２ ０）［０２ ０Ｘ０２ ＯＸ０２ ＭＯＤＥ ０Ｘ０１ ０Ｘ０１ ＯＸＯ１ ０Ｘ０１ ＰＩＤ ０ＸＯＣ ＯＸＯＤ ０Ｘ０５ ０ＸＯＦ 测试内容 发动机转速 行车速度 冷却液温度 进气温度 数据收发控制模块发送请求报文，接收汽车ＥＣＵ返回的信息，数据捕获模块获取总线上传输的数 据。图６（ａ）为收发控制模块检测汽车发动机转速连续采集的数据。图６（ｂ）为捕获模块采集到的总线
