李昌泉

東風特汽(十堰)專用車有限公司 湖北省武漢市 430000

本文闡述的就是一種基于CAN網絡的新能源電動車故障診斷儀，下面我們簡稱“診斷儀”。借助故障診斷儀，維修人員可以讀出車輛運行狀態(tài)參數及故障情況，為故障診斷及修復提供了依據。

診斷儀由硬件部分和軟件部分兩部分組成，現分別介紹如下：

1 診斷儀實現功能

診斷儀主要實現兩大功能：

A、網關功能：實現上位機軟件與整車CAN總線間的協議轉換，即CAN和RS232間的協議轉換。

B、診斷功能：讀故障碼、清故障碼、讀數據流、讀/寫VIN碼、參數設置、顯示數據的實時曲線等。

2 診斷儀硬件部分

診斷儀硬件較為簡單，主要由外殼、控制板和液晶屏組成。

2.1 外殼

外殼前期采用3D打印技術一次成型，樣件速度快，成本低。后續(xù)批量生產時可改為開模注塑工藝。

2.2 控制板

控制板采用ST公司的STM32F103ZETT6控制器作為主控芯片，該芯片具有豐富的外設接口及內部資源，具有64KB SRAM，512KB FLASH，2個基本定時器，4個通用定時器，2個高級定時器，3個SPI，2個IIC，5個串口，1個USB，1個CAN，3個12位ADC，1個12位DAC，1個SDIO接口，1個FSMC接口以及112個通用IO口，便于后期的功能擴展；支持emWin圖形化界面，并且外部總線（FSMC）可以用來擴展RAM和連接LCD，通過FSMC驅動LCD可以顯著提高LCD的刷新速率，可以實現美觀的圖形界面和良好的人機交互功能；支持觸摸屏功能，可使所有操作均在屏幕上點擊完成，無需任何外設按鍵。

2.3 液晶屏

液晶屏采用4.3寸TFTLCD電容觸摸屏，分辨率為800*480，16位真彩色顯示，支持5點同時觸摸。

2.4 硬件接口

診斷儀與整車通過OBD-II接口進行連接。

2.4.1 OBD-II接口介紹

OBD-II（on Board Diagnostics Ⅱ）是Ⅱ型在線診斷系統(tǒng)的縮寫，它由SAE（Society of Automotive Engineers，美國汽車工程師協會）開發(fā)，EPA（Environmental ProtectionAgency，美國環(huán)境保護局）認證通過并于1989年正式公布，該系統(tǒng)統(tǒng)一了數據傳輸協議和診斷模式，使得使用同一診斷設備來診斷不同品牌車輛成為可能。

2.4.2 OBD接口定義

上圖為整車上OBD接口端子（整車OBD接口一般為母頭，診斷儀與之對應為公頭），PIN定義如下：

圖1

3 診斷儀軟件部分

3.1 診斷儀與整車網絡連接圖

診斷儀通過整車OBD端口實現與整車的連接，通過CAN總線實現讀取診斷數據，故障代碼及凍結幀數據（凍結幀數據指的是在故障發(fā)生時，實時存儲的整車相關信號參數值）等功能，甚至可以對車輛狀態(tài)進行判斷，對電池管理，ECU 固件版本等內容進行升級。診斷儀與整車網絡連接圖如圖2：

3.2 CAN協 議和UDS協議

CAN， 全 稱 為“Controller Area Network”，即控制器局域網，是一種多主方式的串行通訊總線，傳輸距離遠（最遠可達10Km）、傳輸速率快（最快可達1Mbps），抗電磁干擾性強，已成為國際上應用最廣泛的現場總線之一。

表1

圖2

UDS， 全 稱 為“Unified Diagnostic Services”，即統(tǒng)一診斷服務，是國際標準組織結合歐美多種診斷協議而制定的。UDS支持多種協議類型，如CAN、LIN等，本文所述診斷儀使用的UDS是基于CAN總線。

3.3 診斷儀軟件架構

3.3.1 人機交互模塊（GUI）

人機交互模塊（GUI）采用STemWin圖形系統(tǒng)進行設計。STemWin圖形系統(tǒng)是Segger公司為ST公司量身定制的emWin。利用該設計軟件可以在電腦上進行仿真運行，實現人機交互界面的脫離硬件運行，可大大提高軟件設計進度。

3.3.2 數據處理模塊

3.3.2.1 診斷儀遵循的協議

（1）診斷儀與整車的通訊協議

診斷儀通過整車OBD接口連接，采用基于CAN總線的車輛診斷標準ISO14229-2006（E）：《Road vehicles —Unified diagnostic services （UDS） —Specification and requirements》，采用標準幀模式，波特率為500Kbps，主要涉及以下幾項服務：

DiagnosticSessionControl（10 hex）service

診斷會話模式控制服務

TesterPresent （3E hex）service

診斷設備在線服務

ReadDTCInformation（19 hex）service

讀故障碼服務

ClearDiagnosticInformation（14 hex）service

清故障碼服務

ReadDataByIdentifier（22 hex）service

讀數據流服務

SecurityAccess （27 hex）service

安全存取服務

WriteDataByIdentifier（2E hex）service

寫數據服務

（2）診斷儀與PC上位機的通訊協議

診斷儀與PC上位機間的通訊采用RS232總線方式，波特率為25600bps，數據傳輸格式采用AT指令格式。

3.3.2.2 數據處理模塊軟件設計工具

診斷儀數據處理模塊采用C語言作為編程語言，采用uVision5 IDE集成開發(fā)環(huán)境。

4 診斷儀系統(tǒng)驗證

本診斷儀可以完成對于被測車輛的故障碼讀取、故障碼清除、數據流讀取及數據圖表顯示、數據標定（如VIN）等功能，具有操作簡單、診斷效率高的特點。以讀取凍結幀為例，點擊主界面中的 “查看數據流”圖標，即可以看到汽車VCU中存儲的凍結幀數據。