OBD(On Board Diagnostics)即“車載診斷系統(tǒng)”，2000年以后生產(chǎn)的汽車都配置有OBD接口[1]。OBD接口能夠輸出汽車各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)和故障碼，廣泛應(yīng)用在安全駕駛、行駛預(yù)警、汽車維修等領(lǐng)域。

    OBD接口是美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)制定的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有獨(dú)立的電氣和信息定義規(guī)范，OBD信息讀取終端通常要配置專用的接口與OBD接口對(duì)接，這極大地限制了OBD接口的應(yīng)用。
    本文介紹一種新型的汽車OBD信息無(wú)線發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)方案，它不需要OBD連接電纜，利用藍(lán)牙模塊無(wú)線傳輸OBD信息,使配置藍(lán)牙接收功能的終端如PC機(jī)、筆記本電腦、智能手機(jī)、車載導(dǎo)航儀等都能接收到OBD信號(hào)。
1 方案總體設(shè)計(jì)
    用系統(tǒng)工程知識(shí)劃分發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)工作，參照模塊化硬件、軟件開發(fā)規(guī)范，按照以下模塊劃分發(fā)射機(jī)的總體設(shè)計(jì)：
    (1)發(fā)射機(jī)硬件：提供供電，讀取CAN總線信號(hào)并進(jìn)行OBD解析轉(zhuǎn)換，通過(guò)藍(lán)牙模塊和天線發(fā)送輸出；
    (2)發(fā)射機(jī)軟件：對(duì)CAN總線進(jìn)行命令控制并解析CAN總線信息。方案總體框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 供電模塊
    供電模塊給整個(gè)發(fā)射機(jī)提供+5 V工作電壓環(huán)境。
    OBD接口電氣規(guī)范定義規(guī)定：接口4號(hào)引腳為電源負(fù)，16號(hào)引腳為電源正，電源正負(fù)電壓與車載蓄電池電壓一致[1]，乘用車車載蓄電池電壓為12 V。汽車啟動(dòng)后,因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的作用，其實(shí)際電壓約在12.5 V~14 V之間，所以需要構(gòu)造穩(wěn)壓降壓電路，將蓄電池電壓降壓并穩(wěn)定在+5 V。此處選用LTC3340穩(wěn)壓芯片搭建穩(wěn)壓降壓電路，設(shè)計(jì)供電電路如圖2所示。

    圖2中，LTC3340從OBD接口4號(hào)、 16號(hào)引腳提取12 V電壓，轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的TTL電平電壓從Vout引腳輸出供整個(gè)發(fā)射機(jī)使用。
2.2 CAN總線采集收發(fā)模塊
    CAN總線采集收發(fā)模塊的作用是發(fā)送查詢請(qǐng)求到行車電腦，然后讀取返回的CAN總線信息。
    不同型號(hào)汽車的OBD接口總線傳輸速率不一定相同，但傳輸速率一般限制為CAN2.0協(xié)議規(guī)定的1 MB/s，為了擴(kuò)大發(fā)射機(jī)的應(yīng)用范圍，需要向下兼容所有低速率，所以選用支持1 MB/s傳輸速率的MCP2551高速CAN總線信號(hào)收發(fā)芯片作為本模塊的主芯片。
    MCP2551作為CAN協(xié)議控制器和物理總線接口，分別從OBD的7號(hào)、15號(hào)引腳收發(fā)高速CAN信號(hào)和低速CAN信號(hào)[2]，兩組信號(hào)差分收發(fā)、鎖存而后送PIC18F2480單片機(jī)解析。
    在實(shí)際工作中， 藍(lán)牙無(wú)線信號(hào)電磁波頻率高達(dá)2.45 GHz，易干擾MCP2551使其不能工作在正常狀態(tài)，對(duì)電路稍加改造，在輸入輸出引腳都連接可調(diào)電容進(jìn)行濾波抗干擾處理，如圖3。微調(diào)電容使其達(dá)到最佳狀態(tài)后，用4路跟蹤示波器檢測(cè)經(jīng)過(guò)抗干擾處理后的差分收發(fā)后的CAN總線信號(hào)，時(shí)序圖如圖4所示。

    圖4中上、下部?jī)山M信號(hào)分別為發(fā)送、接收模式下CAN總線的TXD和RXD信號(hào)。顯而易見，發(fā)送和接收時(shí)序波形信息位相同，觸發(fā)位不同，證明該模塊完成了讀取CAN信息并中斷觸發(fā)后送PIC18F2480的功能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
2.3 CAN總線控制和OBD解析模塊
     CAN總線控制和OBD解析模塊由專用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，一般的單片機(jī)如單獨(dú)進(jìn)行CAN總線控制，則需要很高的主頻和專門的程序，不適合選用，因此選用PIC18系列的F2480單片機(jī)。
    PIC18F2480內(nèi)部自帶CAN控制器和16 KB Flash儲(chǔ)存，并提供專用CAN總線操作指令集，只需對(duì)其內(nèi)部的CAN控制器進(jìn)行簡(jiǎn)單的指令操作，就能實(shí)現(xiàn)CAN總線控制和OBD模塊解析。
2.4 藍(lán)牙發(fā)射模塊
    藍(lán)牙電路實(shí)現(xiàn)將解析后的OBD信號(hào)處理并無(wú)線發(fā)射到終端機(jī)的功能。
    方案選用BC417143B作為主芯片， 如圖5解析模塊輸出的信號(hào)為TTL電平，將其直接連入BC417143B芯片的數(shù)據(jù)輸入端口D+和D-，經(jīng)芯片基帶層編碼和分組處理，傳入無(wú)線層完成頻率合成，最后傳入RF射頻模塊予以發(fā)射[3]。雖然2.2節(jié)中的信息為差分收發(fā),但BC417143B發(fā)射電路中帶鎖相環(huán)，所以發(fā)射可以在不同的時(shí)隙進(jìn)行，提高了發(fā)射的效率。

    為提高發(fā)射效果，方案硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)使用大增益全向天線，而不使用印刷版電路布線的隱藏天線。為了防止發(fā)射時(shí)出錯(cuò)中斷，硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)需連接RESET開關(guān)。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 CAN報(bào)文格式
    根據(jù)ISO 15765標(biāo)準(zhǔn)，CAN報(bào)文信息主要集中在數(shù)據(jù)幀中，數(shù)據(jù)分為顯性和隱性，顯性時(shí)表示有CAN信息出現(xiàn)[4]。數(shù)據(jù)按幀發(fā)送，每幀數(shù)據(jù)格式如圖6所示。

3.2 OBD報(bào)文解析
    3.1節(jié)所述數(shù)據(jù)存放在CAN總線控制和OBD解析模塊的核心器件PIC18F2480單片機(jī)的CAN控制器中，編程依次解析各域的值即可。軟件流程圖如圖7所示。

    (1)初始化：設(shè)定MCP2551和PIC18F2480單片機(jī)的端口、工作模式、傳輸速率、數(shù)據(jù)格式等信息，關(guān)鍵代碼如下：
        Init_PIC18F2480();
    //PIC18F2480接口初始化
　    Init_MCP2515();           //MCP2515初始化
　    TRISA=0B00000001;                                  //打開通道
　    ADCON1=0B00001110;                        //定義輸如引腳
　    ADCON2=0B10100001;              //轉(zhuǎn)換結(jié)果按格式對(duì)齊
　    write_MCP2515(TXB0CTRL,0x03)；
                                 //設(shè)置為發(fā)送最高優(yōu)先級(jí)
　    write_MCP25150(TXB0SIDL,0xEB)；                  //擴(kuò)展幀
　    write_MCP2515(TXB0DLC,0x02)；
                                                //發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8字節(jié)
　    write_MCP2515Write(TXB0DLC, 0x80);    //配置工作模式
    (2)發(fā)送查詢請(qǐng)求：MCP2551提供專門的發(fā)送請(qǐng)求指令，關(guān)鍵指令如下：
　    void   MCP2515ReqTx (TXB0SIDL,0xEB);
　    當(dāng)查詢請(qǐng)求達(dá)到OBD接口送入行車電腦后，則會(huì)反饋當(dāng)前CAN總線數(shù)據(jù)報(bào)文至OBD接口。
    (3)接收數(shù)據(jù)：MCP2551提供專門的接收請(qǐng)求指令，關(guān)鍵指令如下：
    BOOL CANGetMsg(int Channel, TXB0SIDL,
0xEB)
    OBD接口數(shù)據(jù)按幀發(fā)送，此時(shí)應(yīng)該監(jiān)視接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，當(dāng)接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)滿時(shí)，代表接收數(shù)據(jù)完畢，即開始解析數(shù)據(jù)流程[5]。
    (4)解析數(shù)據(jù)：如3.1節(jié)所述，每幀數(shù)據(jù)分為多位，按位處理即可解析數(shù)據(jù)。關(guān)鍵代碼如下：
    do
    {
    uint8  MCP2515RdStus  (void);                        //讀狀態(tài)
    void   MCP2515BitModify (TXB0DLC, 0x03); //按位讀取
    }while(MCP2515ReadRXBuf  (TXB0DLC, 0x80));
                                   //當(dāng)接收緩沖區(qū)滿的時(shí)候開始解析
    解析過(guò)程中，每解析一位，數(shù)據(jù)關(guān)鍵寄存器減1，直至0，表示數(shù)據(jù)解析完畢。
    (5)出錯(cuò)處理：錯(cuò)誤幀為顯性，則出錯(cuò)，此時(shí)點(diǎn)亮出錯(cuò)報(bào)警LED并閃爍，提醒使用者按下復(fù)位按鈕重新啟動(dòng)發(fā)射機(jī)。
4 工程實(shí)測(cè)

    以Android2.3.2版本設(shè)備摩托羅拉ME722作為測(cè)試終端，以長(zhǎng)安福特CAF7180A48轎車作為實(shí)測(cè)車輛。開啟終端藍(lán)牙端口，將前述藍(lán)牙發(fā)射機(jī)實(shí)物安裝在OBD接口并開啟，運(yùn)行三方OBD信息提取顯示軟件Torque軟件。
    在汽車怠速和行駛狀態(tài)下，終端均通過(guò)藍(lán)牙端口成功接收發(fā)射機(jī)傳輸?shù)钠嚂r(shí)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)信息，在拔下響應(yīng)傳感器模擬故障的情況下，終端能夠讀取故障碼。
    新型汽車OBD信息無(wú)線發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)方案真實(shí)有效，其通用性好、實(shí)用性強(qiáng)，特別是無(wú)線傳輸?shù)哪Ｊ?，極大地?cái)U(kuò)展了可以接收OBD信息的終端類型。
    新型汽車OBD信息無(wú)線發(fā)射機(jī)可以直接用于小型載客汽車，也可以在對(duì)電源模塊稍作改造后用于重型汽車或其他支持OBD協(xié)議的交通工具。
參考文獻(xiàn)
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[2] 呂立亞, 王兆伍. 基于藍(lán)牙的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2009,17(2):281-283, 286.
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