胡正凱

摘 要：隨著我國(guó)小型汽車數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，隨之而來(lái)的是頻發(fā)的交通事故，而這其中很大一部分是由于汽車發(fā)生故障而無(wú)法正常行駛造成。本設(shè)計(jì)基于C/S架構(gòu)使用藍(lán)牙ELM327作為與OBD通信的協(xié)議翻譯器，通過(guò)Andorid手機(jī)藍(lán)牙與ELM 327獲取ECU的故障碼信息顯示給車主，起到早期預(yù)警的作用，提醒車主潛在的車輛維修需要，減少了汽車由于故障發(fā)生交通事故的危險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：ELM327；Android；Java；OBD-II；ECU模擬器

中圖分類號(hào)：TP206 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）30-0073-02

1 概 述

2015年我國(guó)私家車已達(dá)1.24億輛，巨大的汽車數(shù)量也帶來(lái)了越來(lái)越多的交通事故。如果車主能夠自行檢查汽車狀態(tài)，消除汽車故障，這將會(huì)顯著地降低交通事故發(fā)生的可能性。然而隨著現(xiàn)代電子控制技術(shù)在汽車工業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，但隨之而來(lái)的汽車結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，能熟練掌握和維修汽車領(lǐng)域技術(shù)的專家和維修人員也越來(lái)越少，從而使得汽車維修行業(yè)經(jīng)常無(wú)法快速、經(jīng)濟(jì)地解決汽車故障，這就需要用戶能夠自行地排查車輛狀態(tài)，及時(shí)地去專業(yè)維修店清除故障，改善車況。

汽車廠商大量的采用電子控制單元ECU（Electronic Control Unit）來(lái)作為控制器，我們可以使用汽車故障診斷系統(tǒng)OBD-II來(lái)獲取車輛的故障診斷信息。OBD接口模塊的主要功能是使整個(gè)硬件系統(tǒng)通過(guò)CAN總線與汽車的OBD接口相連接，使之成為汽車電控系統(tǒng)的一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)和汽車的其它CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，進(jìn)而可以采集到汽車運(yùn)行時(shí)的各種數(shù)據(jù)，同時(shí)還能作為車載電源與電源模塊的連接通道，整個(gè)汽車終端也是通過(guò)該接口模塊與汽車實(shí)現(xiàn)硬件上的連接[1]。

如今OBD技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，我國(guó)出臺(tái)了一系列政策來(lái)推廣OBD技術(shù)，現(xiàn)如今90﹪的汽車都具備OBD-II接口，以O(shè)BD技術(shù)為基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[2]更是各大科技公司當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。

根據(jù)谷歌發(fā)布的報(bào)告顯示，自2014年5月以來(lái)Android操作系統(tǒng)的用戶增加了4億，用戶總數(shù)已達(dá)14億，平均5部手機(jī)中大約4部安裝了安卓系統(tǒng)。

而且Android又是開(kāi)源操作系統(tǒng)，其靈活性、開(kāi)放性比其他專有軟件產(chǎn)品具有更大的自由和個(gè)性化，同時(shí)價(jià)格更低廉。Android應(yīng)用使用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，Java語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)者又是最多的，這使的Android應(yīng)用的開(kāi)發(fā)短期大大的縮短、可維護(hù)性增強(qiáng)。

OBD技術(shù)和Android操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使我們結(jié)合兩者開(kāi)發(fā)的應(yīng)用、系統(tǒng)能夠被大多數(shù)用戶所使用、操作。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)原理

該診斷系統(tǒng)主要分成上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，系統(tǒng)框圖，如圖1所示。上位機(jī)是客戶端，基于Android系統(tǒng)；下位機(jī)即CAN轉(zhuǎn)藍(lán)牙控制器模塊（即藍(lán)牙ELM 327），通過(guò)OBD接口（CAN 總線）和汽車ECU（電子控制單元）通信，讀取來(lái)自ECU的報(bào)文信息[3]，并轉(zhuǎn)換成藍(lán)牙串行數(shù)據(jù)格式，發(fā)送給上位機(jī)。

2.2 硬件選擇

根據(jù)我國(guó)的法律政策規(guī)定，除極個(gè)別車型外，所有的汽車必須提供一個(gè)可以用于測(cè)試設(shè)備獲取診斷信息的接口。這個(gè)接口上的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議并不能直接與其他設(shè)備兼容，這時(shí)就需要一個(gè)器件能夠把車輛CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換成串口通信協(xié)議。

埃爾姆公司生產(chǎn)的ELM327芯片加入了CAN、ISO 9141-2、SAE J1850等七種通信協(xié)議，可以自動(dòng)檢測(cè)車輛通信協(xié)議并設(shè)置成與車輛一致的協(xié)議。藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，傳輸保密性好，是目前最受歡迎的無(wú)線通信技術(shù)，許多車載產(chǎn)品都使用藍(lán)牙進(jìn)行通信。

Android在android.bluetooth包封裝了對(duì)藍(lán)牙通信的功能豐富的類，例如BluetoothAdapter、BluetoothDevice、BluetoothServer

Socket、BluetoothSocket等。

我們不需要外加其他設(shè)備，利用Android手機(jī)自帶的藍(lán)牙API接口，通過(guò)APP客戶端，就能實(shí)現(xiàn)手機(jī)與ELM327的通信。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 命令形式

我們需要在手機(jī)端發(fā)送指令給ELM 327，然后ELM 327解析命令，把命令傳送給ECU。ELM 327能夠解析兩種命令形式：AT命令和OBD命令。AT命令又叫內(nèi)部命令以“AT”開(kāi)頭，因?yàn)檫@是ELM 327內(nèi)部使用的命令，即不會(huì)與ECU進(jìn)行通信，用于對(duì)ELM 327進(jìn)行設(shè)置操作。

凡是沒(méi)有以“AT”兩個(gè)字開(kāi)頭的所有命令都會(huì)被認(rèn)為是汽車OBD命令，OBD命令的格式是固定的，第一個(gè)字節(jié)是請(qǐng)求的數(shù)據(jù)類型，第二個(gè)字節(jié)是請(qǐng)求的實(shí)際信息，必須使用十六進(jìn)制數(shù)進(jìn)行表示，見(jiàn)表1。

例如獲取發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，模式是01，PID是05，因此我們的請(qǐng)求指令應(yīng)該是0105。

2.3.2 代碼解析

我們使用Eclipse結(jié)合ADT（Android Developer Tools）進(jìn)行Android開(kāi)發(fā)，通過(guò)BluetoothServerSocket的accept（）方法獲取BluetoothSocket對(duì)象。

當(dāng)Android的content中的設(shè)備連接正常后，通過(guò)BluetoothSocket采用串行數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)與CAN轉(zhuǎn)藍(lán)牙控制器模塊的交互[4]。與ELM327的連接代碼需要執(zhí)行在線程里面，使用InputStream讀取ELM 327發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

由于ELM 327發(fā)送的數(shù)據(jù)流中，夾雜著回車符，所以我們應(yīng)該去掉回車符，把真正有意義的數(shù)據(jù)組合在一起，當(dāng)ELM 327發(fā)送了“>”時(shí)，就說(shuō)明這條回應(yīng)信息結(jié)束，退出循環(huán)。

由于InputStream的read方法是阻塞式方法，所以當(dāng)我們讀取到回應(yīng)信息的末尾，退出while循環(huán)的時(shí)候就會(huì)一直在read方法這里等待ELM 327發(fā)送的新消息。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

我們使用ECU模擬器進(jìn)行程序調(diào)試以及故障碼的獲取。在車輛越來(lái)越趨于網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)下，ECU模擬器是汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)必備的工具，能為為開(kāi)發(fā)人員節(jié)省大量的時(shí)間。

當(dāng)前車輛上的總線設(shè)備越來(lái)越多，有的高端車上甚至多到有上百個(gè)ECU，而車輛ECU之間通過(guò)總線交換數(shù)據(jù)信息，目前有關(guān)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)越來(lái)越多，而車聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲取車輛信息的接口全部采用的是OBD通用接口，對(duì)于產(chǎn)品的調(diào)試，都要進(jìn)行實(shí)車的對(duì)接測(cè)試，但是有時(shí)候又找不到各種協(xié)議的車輛，或者是每次測(cè)試都要啟動(dòng)車輛，去車輛狹小的空間進(jìn)行操作，很是不方便，ECU模擬器可以解決這些問(wèn)題。

ECU模擬器可以模擬車輛OBD接口的大部分協(xié)議，由于車輛系統(tǒng)是各個(gè)品牌國(guó)家獨(dú)立，所以協(xié)議從最早期有很多不同種類的協(xié)議，互相不兼容，主要是幾大類，基于K線的，基于CAN線的，還有一種是J1850（主要是早期的美國(guó)部分車輛使用），目前市面上大部分的是基于K線和CAN線的，大約占有90%多的車輛保有量。通過(guò)Android手機(jī)發(fā)送PID為03的請(qǐng)求指令，故障碼信息，如圖2所示。

得到所有的故障碼數(shù)據(jù)，需要故障碼庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，得到具體的故障碼含義。

4 結(jié) 語(yǔ)

本設(shè)計(jì)通過(guò)藍(lán)牙ELM 327獲取OBD-II故障碼，顯示在Android應(yīng)用上，使車主能夠及時(shí)了解汽車的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和故障，減少因汽車故障發(fā)生的交通事故。

所有的驗(yàn)證都是基于KWP 2000 5BPS初始化協(xié)議進(jìn)行的，以后的工作就是完整各個(gè)協(xié)議的數(shù)據(jù)獲取，并且把數(shù)據(jù)發(fā)給服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中儲(chǔ)存，便于用戶及車企在瀏覽器也可以查看數(shù)據(jù)并進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝富強(qiáng)，唐耀庚，曹云建.基于單片機(jī)的汽車遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)車載終端硬件設(shè) 計(jì)[J].微機(jī)與應(yīng)用，2014，6：22-25.

[2] 李松，王齡.發(fā)達(dá)國(guó)家IVHS研究與發(fā)展[J].國(guó)外公路，1998（4）：19-22.

[3] 羅峰，孫澤昌.汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè) 出版社，2010.

[4] 李寧.Android/Ophone開(kāi)發(fā)完全講義[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，

2010.