汽車故障診斷儀在安卓平臺上的設(shè)計與實現(xiàn)

1、汽車故障診斷儀在安卓平臺上的設(shè)計與實現(xiàn)design and r ealization of the vehicle fault diagnosis instrument based on android platform黃智宇陳倍新孫小芳（重慶郵電大學(xué)口動化學(xué)院，施慶400065）摘 要：針對當(dāng)前汽車診斷儀設(shè)計方案存在的各種優(yōu)缺點，通過在安卓手機(jī)或平板上開發(fā)診斷儀軟件，提出了利用藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè)備 與汽車通信的方案。為解決因診斷數(shù)據(jù)庫更新而周期性升級診斷儀軟件的問題，設(shè)計了將診斷數(shù)據(jù)庫存放在手機(jī)或平板sd卡中的方 法。電動汽車測試結(jié)果表明，所設(shè)計的診斷儀能準(zhǔn)確診斷和解析出汽車故障。相比當(dāng)前其他診

2、斷儀方案，該方案具有成本低廉、軟 件升 級方便、攜帶方便等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：安卓汽車診斷儀藍(lán)牙軟件升級中圖分類號：tp206+3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a/xbstract: in accordance with various advantages and disadvantages of existing design schemes for vehicle fault diagnostic instrument, the software of diagnostic instrument developed for android mobile phone or tablet is proposed,

3、the scheme adopls the device transfciting bluetooth to can lor communication with vehicle to solve the problem of upgrading of the diagnosis instrument software periodically due to updates of diagnostic database, the method of storing the database in sd card of the mobile phone or tablet is designed

4、 tlirough the test and verification on electric vehicle, it is proved that the faults of vehicle can be diagnosed and analyzed by the instrument designed, comparing with existing design schemes, the new instrument features lov/cr cost, easy to carry and softv/arc upgrade, etc*keywords： android vehic

5、le diagnosis bluetooth software upgrade0引言隨著電控單元（electronic control unit, ecu）在汽 車電子屮的應(yīng)用，ecu都提供在板診斷功能（on board diagnostic,obd）。汽車故障診斷儀是一種檢測汽車 故障和運行狀態(tài)的離線診斷裝置，與obd配套使用。 診斷儀通過與汽車中的ecu通信，讀取ecu工作狀 態(tài)和故障信息，幫助維修人員檢測和確定故障,從而提 高汽車故障診斷的可靠性。當(dāng)前診斷儀設(shè)計方案主要有：基于pc機(jī)的故障 診斷儀和基于單片機(jī)/fpga的手持式故障診斷 儀。在分析了上述方案的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點z后，提出 了在安

6、卓平臺開發(fā)汽車故障診斷儀的方案。釆用在手 機(jī)/平板上開發(fā)診斷儀軟件，配合藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè)備，使 手機(jī)/平板利用藍(lán)牙與汽車ecu進(jìn)行間接通信，從而 完成對汽車的故障診斷。該方案具有成本低、外出攜重慶市交通物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)研尤中心基金資助項目（編號:cstc- 2011pt-gc3005-l）。修改稿收到日期：201311 - 14 »第一作者黃利宇（1978 一），男，煩年畢業(yè)于大連理工大學(xué)電機(jī)與 電器專業(yè)，獲博士學(xué)位，副教授;主要從爭汽車電子、嵌入式系統(tǒng)、電力系統(tǒng) 自動化和ic前端設(shè)計等領(lǐng)域的研處工作。帶方便和軟件升級容易等優(yōu)點。1汽車故障診斷儀研究現(xiàn)狀1-1基于pc機(jī)的診斷儀基于pc機(jī)

7、的故障診斷儀的工作原理是：在pc機(jī) 上開發(fā)一套上位機(jī)診斷儀軟件，pc機(jī)通過usb-can 采集板卡-接入到汽車的can網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)pc機(jī)與 汽車內(nèi)的各個ecu的通信，完成故障診斷功能。此方 案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1基于pc機(jī)診斷儀系統(tǒng)框圖fig- 1 systematic block diagram of the diagnoslicinsti*ument based on pc基于pc機(jī)方案的優(yōu)點為pc機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力 強(qiáng)，上位機(jī)軟件的開發(fā)流程方便且軟件升級較容易；缺 點為pc機(jī)的攜帶方便性較差，即使采用筆記本電腦， 汽車上一般也無法提供筆記木電腦的供電電源。 12基于單片機(jī)/fpga

8、的診斷儀基于單片機(jī)/fpga的手持式故障診斷儀的結(jié)構(gòu) 一般包括：單片機(jī)/ fpga主控制器、液品屏、sd卡和 can通信模塊。其工作原理是:將診斷儀的can通信 模塊與汽車can網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相連；診斷儀主控制器通過 can通信實現(xiàn)與汽車內(nèi)各ecu的通信，從而完成故障 診斷功能。此方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2基于單片機(jī)/fpga診斷儀系統(tǒng)樁圖fig，2 systematic block diagram of the diagnostic instiumentbased on mcu/fpga基于單片機(jī)/ fpga方案的優(yōu)點為手持式故障診 斷儀具有外出作業(yè)攜帶方便，可利用汽車obd接口進(jìn) 行供電，人

9、機(jī)交互界面簡潔；缺點為需耍設(shè)計專門的系 統(tǒng)硬件電路，且軟件的升級需要通過特定的程序燒錄 下載器與下載軟件配合使用才能更新診斷儀程序，使 得診斷儀生產(chǎn)和維護(hù)成本較高。2安卓平臺汽車診斷儀設(shè)計與實現(xiàn)2, 1汽車診斷協(xié)議隨著can總線成為國際上車用網(wǎng)絡(luò)總線的主流， 當(dāng)前設(shè)計的汽車故障診斷儀主要是基于iso 15765標(biāo) 準(zhǔn)而開發(fā)的。木文設(shè)計的故障診斷儀也是基于此診斷 協(xié)議而開發(fā)。iso 15765是一種以can總線為基礎(chǔ)的 汽車故障診斷協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，共 定義了以下四部分內(nèi)容： iso 15765-1 （概述）、iso 15765-2 （網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)容）、iso 15765-3 （keyword 2000 應(yīng)

10、用層內(nèi)容）和 iso 15765-4 （排放相關(guān)系統(tǒng)要求）m。汽車診斷功能的實現(xiàn)主要需要研究iso 15765對于應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)規(guī)定與設(shè)計。應(yīng)用層是與診斷 相關(guān)的應(yīng)用，它規(guī)定了 25種診斷服務(wù)，毎種服務(wù)又定義 了具體的子服務(wù)來實現(xiàn)不同的功能。汽車故障診斷儀 主耍是針對這25個診斷服務(wù)的調(diào)用來完成對汽車ecu 的故障診斷。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從發(fā)送方傳送給 接收方，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目赡恍?，包括對?shù)據(jù)進(jìn)行打 包、解包，實現(xiàn)應(yīng)用層數(shù)據(jù)與can數(shù)據(jù)幀z間的轉(zhuǎn)換。 網(wǎng)絡(luò)層最高可發(fā)送/接收4 095b的數(shù)據(jù)。通過研究診斷協(xié)議應(yīng)用層規(guī)定的25個統(tǒng)一診斷 服務(wù)（unified diagnostic se

11、rvices, uds）和網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定的 數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則，診斷儀可以在與汽車ecu進(jìn)行通信的 基礎(chǔ)上，實現(xiàn)汽車的故障診斷功能w。22故障診斷功能的實現(xiàn)診斷儀主要實現(xiàn)的功能有：讀取故障碼、清除故障 碼、讀取動態(tài)數(shù)據(jù)流、讀取版本信息以及寫入vin碼 的功能。診斷儀對汽車ecu的故障診斷過程為：診斷儀通 過診斷服務(wù)向汽車內(nèi)部ecu發(fā)送診斷服務(wù)請求報文， 汽車內(nèi)部ecu在接收到請求報文后，響應(yīng)診斷請求并 向診斷儀發(fā)送響應(yīng)報文;診斷儀接收到響應(yīng)報文后，解 析響應(yīng)報文中的數(shù)據(jù)并顯示在人機(jī)交互界面上，從而 指導(dǎo)維修人員確定故障產(chǎn)生的原因及位置。診斷功能與診斷服務(wù)之間的關(guān)系如下。讀取故障碼需要使用0x19服務(wù)：讀

12、取故障碼 （diagnostic trouble code, dtc）信息診斷服 務(wù) （rcaddtcinformation） °客戶端通過該診斷服務(wù)讀取 車輛內(nèi)所有服務(wù)器或一組服務(wù)器存儲的dtc信息。 對于讀取全部故障碼，可以使用該診斷服務(wù)的0x0a子 服務(wù)來實現(xiàn)。0x0a子功能用于獲得服務(wù)器支持的所 有dtc的狀態(tài)信息。響應(yīng)報文包含dtc有效狀態(tài)掩 碼、utc和對應(yīng)的狀態(tài)記錄。清除故障碼需要使用0x14服務(wù)，u卩清除診斷信息 診斷服務(wù)（cleardiagnosticinformation） °該診斷服務(wù)簡 稱cdtci診斷服務(wù)?？蛻舳送ㄟ^該診斷服務(wù)清除服 務(wù)器中存儲的診

13、斷信息。清除故障碼的功能可以使用 該診斷服務(wù)來實現(xiàn)。讀取版本信息和讀取動態(tài)數(shù)據(jù)流需要使用0x22 服務(wù),即讀取數(shù)據(jù)診斷服務(wù)（readdatabyldentifier） ° 該診斷服務(wù)簡稱rdbi診斷服務(wù)?？蛻舳送ㄟ^該診斷 服務(wù)可以讀取服務(wù)器中指定數(shù)據(jù)標(biāo)志符對應(yīng)的數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)標(biāo)志符及對應(yīng)的記錄數(shù)據(jù)由供應(yīng)商自定義。版本 信息所包含的did通常有：oxfl88 （ ecu軟件編號）、 oxfl89 （ecu軟件版本編號）、0xfl8b （ecu生產(chǎn)日 期）、0xfl&（ecu序列號）、0xfl90（車輛識別碼）和 0xfl91 （ ecu硬件編號）。診斷儀通過依次讀取上述 did對

14、應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可解析汽車某個ecu的版本信息，并將信息顯示在人機(jī)交互界面上。寫入vin碼需要使用ox2e服務(wù)，即寫入數(shù)據(jù)診斷 服務(wù)（writedatabyldentifier）。該診斷服務(wù)簡稱 wdbi 診斷服務(wù)?？蛻舳送ㄟ^該診斷服務(wù)可以改寫服務(wù)器中 指定數(shù)據(jù)標(biāo)志符對應(yīng)的數(shù)據(jù)。寫入vin碼可以使用 該診斷服務(wù)來實現(xiàn)。uds診斷服務(wù)規(guī)定，在使用該診 斷服務(wù)之前，需耍先將汽車ecu的診斷會話模式切換 到擴(kuò)展模式（對應(yīng)sid二0x10）,并對ecu進(jìn)行解鎖 （對應(yīng) sid 二0x27）。23安卓平臺診斷儀設(shè)計方案2-3-1系統(tǒng)方案本文設(shè)計的基于安卓平臺的汽車故障診斷儀的方案主要包括:一臺安卓手機(jī)/平板

15、、一個與手機(jī)/平板進(jìn) 行無線通信并將手機(jī)/平板發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成can報 文的轉(zhuǎn)接設(shè)備（本文選用藍(lán)牙轉(zhuǎn)can轉(zhuǎn)接設(shè)備）。系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。診斷儀應(yīng)用程序手機(jī)/平板圖3基于安卓平臺診斷儀系統(tǒng)框圖fig- 3 systematic block diagram of the diagnostic instrumcnl based on android platfoim在對汽車進(jìn)行診斷吋，需將藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè)備的can 接口接入到汽車的can網(wǎng)絡(luò)上。藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè)備的工 作流程為:轉(zhuǎn)接設(shè)備利用藍(lán)牙模塊與手機(jī)/平板的藍(lán)牙進(jìn) 行通信；當(dāng)接收到手機(jī)/平板發(fā)送的數(shù)據(jù)時，將接收到的 藍(lán)牙報文轉(zhuǎn)換成can報文并發(fā)

16、送給汽車ecu;當(dāng)接收到 汽車ecu發(fā)送的can報文時，將接收到的can報文轉(zhuǎn) 換成藍(lán)牙報文發(fā)送給手機(jī)/平板。通過這一流程，安卓手 機(jī)/平板就可以利用轉(zhuǎn)接設(shè)備實現(xiàn)與汽車ecu進(jìn)行間接 通信，從而實現(xiàn)對汽車ecu的故障診斷功能。2'3 2藍(lán)牙與can報文轉(zhuǎn)換規(guī)則由于藍(lán)牙報文與can報文的格式不同，因此，需 要設(shè)計一種將藍(lán)牙報文與can報文進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的 規(guī)則。can報文主耍包括8 b的數(shù)據(jù)和一個11 b的 can id標(biāo)志符。木文設(shè)計的藍(lán)牙轉(zhuǎn)can的報文轉(zhuǎn)換 規(guī)則為：將藍(lán)牙每次發(fā)送與接收到數(shù)據(jù)幀設(shè)計成1 b 的頭幀+ 2 b的can id標(biāo)志符+ 8 b的can報文+ 1 b的校驗和，一

17、次總共發(fā)送或接收12 b的數(shù)據(jù)。當(dāng)藍(lán) 牙轉(zhuǎn)can設(shè)備接收到上述報文時,提取出can id標(biāo) 志符，將藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè)備的can id標(biāo)志符改成從藍(lán) 牙報文中提取出的can id標(biāo)志符，并將藍(lán)牙報文中 的8 b的can報文轉(zhuǎn)發(fā)給汽車內(nèi)部ecu。當(dāng)藍(lán)牙 轉(zhuǎn)can設(shè)備接收到汽車ecu響應(yīng)的can報文時，將 從can報文讀取出的發(fā)送方can id與8 b的數(shù)抵打 包成1 b的頭幀+ 2b的can id標(biāo)志符+ 8 b的can 報文+ 1 b的校驗和的藍(lán)牙數(shù)據(jù)，并通過藍(lán)牙模塊發(fā) 送給手機(jī)/平板。23-3數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)安全設(shè)計考慮到汽車故障診斷儀的各車廠的故障診斷信息 數(shù)據(jù)庫需要通過周期性地升級診斷儀程序才能

18、得到更 新的問題，本文將診斷儀所需的診斷數(shù)據(jù)庫存儲在sd 卡中，并用可擴(kuò)展標(biāo)記語 言（extensible markup language, xml）來表示、存放各汽車廠商的故障診斷信 息。當(dāng)某個廠商的診斷信息需要更新時，只需替換sd 上對應(yīng)該車廠的xml數(shù)據(jù)庫即可，而不必再升級診斷 儀軟件。各車廠的診斷數(shù)據(jù)信息主要包括故障匹配 信息xml文件和數(shù)據(jù)流信息xml文件。故障匹配信息xml文件中存儲的是故障碼與故 障信息對應(yīng)表（即一個故障碼對應(yīng)一條故障信息的兀 配表）；數(shù)據(jù)流信息xml文件屮存儲的是各車廠汽車 的數(shù)據(jù)標(biāo)志符列表、數(shù)據(jù)流描述、數(shù)據(jù)換算公式及數(shù)據(jù) 流單位的說明表。由于xml只是一種結(jié)構(gòu)

19、化的標(biāo)記語言，因此，若 不對xml內(nèi)容進(jìn)行加密處理，則各汽車廠商的診斷 數(shù)據(jù)庫容易被不法分子竊取。為了保護(hù)各汽車廠商的 診斷數(shù)據(jù)不被泄漏，本文對診斷數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了加密處 理。本文釆用數(shù)字加密標(biāo)準(zhǔn)（data enciyption standard* des）來加密xm1?°皿的元索內(nèi)容。des算法入口參 數(shù)包括：8 b密鑰e b加密或解密數(shù)據(jù)和工作方式（加 密或解密）。具體工作流程為:在pc機(jī)上用des算法 對各汽車廠商的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并將加密后得到的數(shù) 據(jù)用xml語言存儲在xml文件中；將加密的各汽車 廠商的診斷數(shù)據(jù)庫拷貝到安卓手機(jī)的sd卡根目錄 中；當(dāng)診斷儀軟件運行時，從sd卡中讀取

20、各車廠的 xml文件，并利用與加密時的同一個密鑰，利用des 算法把廠商的診斷數(shù)據(jù)庫解密出來并存放在內(nèi)存屮； 當(dāng)診斷儀從汽車ecu中讀取到故障碼時，根據(jù)存儲在 內(nèi)存中的診斷數(shù)據(jù)庫，匹配和解析出各個故障診斷對 應(yīng)的故障信息并顯示在人機(jī)交互界面，從而指導(dǎo)汽車 維修人員找到故障診斷的原因。24安卓平臺診斷儀的實現(xiàn)圖診斷儀軟件的系統(tǒng)用例圖如圖4所示。圖4診斷儀系統(tǒng)用例圖fig 4 application example of lhe diagnostic instrument system診斷儀軟件的系統(tǒng)活動圖如圖5所示。（開始）圖5診斷儀系統(tǒng)活動圖fig 5 activity diagram of

21、the diagnosis instrument從圖5可以看出：診斷儀的運行過程首先進(jìn)入診功能,汽車診斷”和 璉接設(shè)備"這四個功能。在斷儀主界面，在主界面中主要實現(xiàn)“擴(kuò)展功能、“輔助 “連接設(shè)備”功能中，需耍實現(xiàn)手機(jī)/平板與藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè)備的配對和連接。當(dāng)成功將于機(jī)/平板與藍(lán)牙 轉(zhuǎn)can設(shè)備連接后，就可以選擇“汽車診斷”。用戶根 據(jù)需耍選擇口己的汽車型號。當(dāng)進(jìn)入部件選擇界面 后，就可以分別對汽車的各個部件進(jìn)行故障診斷。24 3診斷儀系統(tǒng)uml序列診斷儀系統(tǒng)工作的序列圖如圖6所示。九戶逢斷儀軟件手機(jī)賀牙堇牙轉(zhuǎn)can設(shè)aecumtftdsit 斷 at 務(wù)選開診覇功絶發(fā)送診斷曬務(wù)請求報文

22、接收診曬務(wù)響應(yīng)報査找sd kxml:發(fā)送can報文 ！聲竺慳能aw監(jiān)紳財報文圖6診斷儀系統(tǒng)序列圖fig 6 sequence diagram of diagnosis instrument system診斷儀系統(tǒng)工作流程如下：當(dāng)用戶選擇某一診斷 功能時，診斷儀軟件需要調(diào)用uds診斷服務(wù)，并把診 斷服務(wù)請求報文通過手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送給藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè) 備;藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè)備接收到手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送的藍(lán)牙報文 后，根據(jù)上文所述的藍(lán)牙報文與can報文轉(zhuǎn)換規(guī)則， 將請求診斷報文轉(zhuǎn)換成can報文發(fā)送給汽車ecu；汽 車ecu從can網(wǎng)絡(luò)接收到診斷諸求報文后，響應(yīng)診 斷請求報文，并通過can網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè) 備;

23、藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè)備接收到汽車ecu發(fā)送的can響 應(yīng)報文后，利用藍(lán)牙報文轉(zhuǎn)can報文規(guī)則，將can報 文轉(zhuǎn)換成藍(lán)牙報文發(fā)送給手機(jī)藍(lán)牙；當(dāng)診斷儀接收到 藍(lán)牙轉(zhuǎn)can設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的診斷請求響應(yīng)報文后，查找 sd卡中的xml診斷數(shù)據(jù)庫，從而解析出響應(yīng)報文中 的故障碼，并顯示在人機(jī)交互界面。3功能測試與結(jié)果分析在對汽車ecu進(jìn)行故障診斷z前，需將藍(lán)牙轉(zhuǎn) can設(shè)備接入到汽車obd接口，再運行安卓手機(jī)/平 板上的診斷儀軟件。木文的測試平臺為：將藍(lán)牙轉(zhuǎn) can設(shè)備接入到純電動汽車長安奔奔mini的obd診 斷接口上，在電動汽車的bcu和hcu部件中已分別 存儲了故障碼和汽車信息。診斷儀若能正確讀取與解 析出這些故障碼與汽車信息，則說明本文開發(fā)的故障 診斷儀是正確與成功的。從對bcu和hcu的診斷結(jié) 果可以看岀，診斷儀可以正確讀取存儲在汽車ecu中 的故障碼和汽車信息，說明木文所設(shè)計的基于安卓平 臺的汽車故障診斷儀方案是正確可行的。4結(jié)束語基于安卓平臺的汽車故障診斷儀是通過在手機(jī)/ 平板上安裝診斷儀軟件的方式，并配合使用藍(lán)牙轉(zhuǎn) can設(shè)備，使手機(jī)/平板變成專業(yè)的汽車故障診斷儀。