基于OBDII接口的車輛行駛信息采集系統(tǒng)10-11

1、基于OBDII接口的車輛行駛信息采集系統(tǒng)盧賢貫, 任條娟, 陳鵬, 陳俊潔, 張杰堂, 陳友榮（浙江樹人大學 信息科技學院，浙江 杭州 310015）摘要:為了實時采集車輛行駛過程的相關狀態(tài)數(shù)據(jù)，設計一種基于OBDII接口的車輛行駛信息采集系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括車輛、車輛行駛信息采集節(jié)點和上位機軟件組成。采集節(jié)點通過OBDII接口與車輛進行通信，實時采集車輛行駛過程中的當前時刻、節(jié)點號、車速、轉速、油耗、經(jīng)度、緯度、水溫、故障碼等狀態(tài)數(shù)據(jù)，并通過串口轉發(fā)給上位機。上位機接收車輛狀態(tài)信息，存儲到數(shù)據(jù)庫中并在界面上顯示。實驗測試表明：該系統(tǒng)可實時采集、存儲和顯示車輛行駛信息。具有一定的應用價值。關鍵詞

2、：智能交通；車輛行駛信息；信息采集；OBDII接口;Vehicle Driving Information Gathering System Based on OBDII InterfaceLu Xianguan, Ren Tiaojuan, Chen Peng, Chen Junjie, Zhang Jietang, Chen Yourong(College of Information Science and Technology, Zhejiang Shuren University, Hangzhou 310015, China)Abstract: To real-timely gat

3、her related state data in the vehicle driving process, a vehicle driving information gathering system based on OBDII interface is designed. The system includes vehicle, gathering node of vehicle driving information and host computer software. Gathering node communicates with the vehicle through OBDI

4、I interface, real-timely gathers the current time, node number, vehicle speed, rotational speed, fuel consumption, longitude, latitude, water temperature, fault codes and other state data in the vehicle driving process, and forwards the data to host computer via serial port. Host computer receives v

5、ehicle status information, stores in the database and displays on the screen. Experimental tests show that the system can real-timely gather, store and display the vehicle driving information. It has a certain value.Keywords: intelligent transportation; vehicle driving information; information gathe

6、ring; OBDII interface;0 引言基金項目：2015年國家級大學生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓練項目（201411842005）, 浙江省自然科學基金項目(LY13F010013)，浙江省公益性技術應用研究計劃項目(2015C33028, 2014C33108 )。作者簡介：盧賢貫(1995-)，男（漢），浙江溫州，浙江樹人大學信息科技學院電子信息工程專業(yè)131班，本科生，主要研究方向：車聯(lián)網(wǎng)。指導教師：任條娟，陳友榮交通是國民經(jīng)濟的基礎產業(yè)，也是社會發(fā)展和人民生活水平提高的基本條件。交通運輸?shù)陌l(fā)達程度是衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標志之一。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市交通尤其問題突出，嚴重影響城

7、市健康發(fā)展。道路交通堵塞、擁擠、事故頻發(fā)等現(xiàn)象顯得越來越頻繁，道路交通已成為城市發(fā)展的“瓶頸”。 交通運輸所帶來的交通擁堵，交通事故等負面效應也日益突出，逐步成為經(jīng)濟和社會發(fā)展中的全球性共同問題。因此國家大力推進智慧城市的建設，努力發(fā)展智能交通領域，提高人們生活水平。但是僅僅依靠單純的交通管理仍無法有效地杜絕交通事故的發(fā)生。為了解決以上問題設計了一種基于OBDII接口的車輛行駛信息采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過車輛的OBDII接口讀取車輛的行駛速度、發(fā)動機轉速、節(jié)氣門位置、故障信息等行駛信息，并在基于Labview軟件的上位機程序上顯示這些信息，從而為交通事故的預防提供數(shù)據(jù)支持1。1 系統(tǒng)整體結構設計圖

8、1車輛行駛信息采集系統(tǒng)的結構圖如圖1所示，基于OBDII接口的車輛行駛信息采集系統(tǒng)主要包括車輛、車輛行駛信息采集節(jié)點和上位機軟件。車輛通過自身的OBDII接口接收車輛狀態(tài)的查詢信息，并發(fā)送對應的狀態(tài)信息2；采集節(jié)點通過OBDII接口發(fā)送車輛狀態(tài)的查詢信息，接收對應的車輛狀態(tài)信息，進行進一步處理后在觸摸屏上實時顯示，并將采集的數(shù)據(jù)通過串口模塊發(fā)送給上位機。上位機接收并通過底層采集的信息后，存儲到數(shù)據(jù)庫中，并在界面上顯示。1.1車輛行駛信息采集節(jié)點的設計方案 圖2車輛行駛信息采集節(jié)點的設計方案如圖2所示，車輛行駛信息采集節(jié)點主要由北斗定位模塊、單片機模塊、藍牙模塊、ELM327模塊、串口接口、觸摸

9、屏模塊組成。其中，ELM327模塊通過CAN總線或K總線實時采集車輛行駛過程中的車速、轉速、節(jié)氣門位置、故障信息等信息；藍牙模塊實現(xiàn)ELM327模塊和單片機模塊的通信；北斗定位模塊實時定位車輛的地理坐標信息；串口接口實現(xiàn)車輛行駛信息采集節(jié)點和上位機的通信；觸摸屏模塊實現(xiàn)相關信息的顯示；單片機模塊是車輛行駛信息采集節(jié)點的處理核心，對藍牙模塊采集到的車輛行駛信息數(shù)據(jù)進行分析、處理、轉發(fā)和顯示2。1.2上位機服務器的設計方案圖3上軟件實現(xiàn)方案上位機軟件采用Labview與Microsoft SQL Server作為開發(fā)工具。如圖3所示，上位機軟件通過串口與車輛行駛信息采集節(jié)點建立通信鏈路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采

10、集、數(shù)據(jù)頭判斷、數(shù)據(jù)位判斷、數(shù)據(jù)截取等功能，并連接數(shù)據(jù)庫，將采集到的數(shù)據(jù)儲存到數(shù)據(jù)庫中。并且實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示和歷史數(shù)據(jù)顯示兩種模式3。其中歷史數(shù)據(jù)顯示通過數(shù)據(jù)庫連接、表格選擇和建立電子報表，輸出Excel表格。2 系統(tǒng)的硬件設計本系統(tǒng)的硬件設計主要包括相關元器件、芯片和模塊的選型，以及主控電路板的原理圖介紹。2.1 硬件設備的選型如圖2所示，車輛行駛信息采集節(jié)點主要由藍牙模塊、單片機模塊、ELM327模塊、北斗模塊、3.2寸TFT彩屏顯示模塊和電源模塊組成。其中，由于STC15L2K60S2單片機芯片具有60K字節(jié)Flash程序存儲器且具有雙串口功能，能獨立處理兩個獨立串口通信，能夠存儲觸摸屏

11、的大量驅動程序和滿足信息處理終端節(jié)點的功能要求，因此單片機選用STC15L2K60S2芯片4。ELM327是目前最新基于藍牙的OBDII通用型汽車診斷檢測工具，支持所有OBDII協(xié)議，可以對車輛行駛過程中的車速、轉速、節(jié)氣門位置、故障信息等信息進行實時診斷。3.2寸TFT彩屏顯示屏模塊選用型號為SPC-S95160的3.2寸電阻式觸摸液晶屏，可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及自定圖片。 以上便是本系統(tǒng)中車輛信息采集節(jié)點硬件選型的介紹。2.2 藍牙模塊的接口電路圖4 藍牙模塊電路圖藍牙模塊選用HC-05主從一體藍牙模塊。藍牙模塊設置為主模式，自動搜索和連接從設備ELM327模塊。圖4 是藍牙模塊

12、的接口電路。藍牙通過TXD, RXD與單片機進行通信。藍牙模塊可實現(xiàn)ELM327模塊與單片機的相互通信。2.3觸摸屏模塊圖5是觸摸屏電路圖。觸摸屏D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14數(shù)據(jù)接口分別與單片機相連，RESET為復位信號，CS, WR, TP_SO,TP_SI, RS, RD, TP_IRQ, TP_SCK, TP_CS等液晶控制管腳與單片機控制管腳相連。通過對觸摸屏觸摸來觸發(fā)控制信號使單片機發(fā)送不同指令采集車輛信息5。圖5 觸摸屏電路2.4 ELM327模塊 圖6 ELM327支持的OBDII協(xié)

13、議如圖6所示，ELM327模塊支持所有OBDII協(xié)議，并且還可以進行自動協(xié)議選擇。串口協(xié)議支持RS232協(xié)議，其波特率可設為9600或者38400。ELM327模塊通過CAN總線或K總線實時采集車輛行駛過程的車輛數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括引擎每分鐘轉速（RPM）、計算后的負荷值、冷卻液溫度、燃料系統(tǒng)狀態(tài)、車速、短期燃料情況、長期燃料情況、進氣歧管壓力、噴油提前時間、進氣溫度、空氣氣流速度、節(jié)流閥絕對位置、燃料系統(tǒng)狀態(tài)、燃料壓力、燃油消耗量監(jiān)測等內容，而且由于各個廠商標準不一，不同車型的采集內容會有所不同。2.5 北斗模塊北斗模塊主控芯片采用u-blox M8, 能夠同時獲取和跟蹤不同的 GNSS（全球導航

14、衛(wèi)星）系統(tǒng)?？山邮誃eiDou，也可并行接收 GPS（QZSS） 和 GLONASS或 GLONASS 和 BeiDou。該模塊專門適應于即使在 GPS 信號差的環(huán)境下（尤其是城市峽谷）都需要最高的可用性和準確性的高性能應用。由于 GPS/SBAS 操作在晴空郊外條件下就可達到最佳定位，M8 平臺還配備了內置的智能自動切換功能，可根據(jù) GNSS 衛(wèi)星的可見性和可靠性，自動切換到單一 GNSS 操作模式。3 系統(tǒng)的軟件設計本系統(tǒng)的軟件設計主要是要實現(xiàn)上位機軟件與車輛行駛信息采集節(jié)點之間的通信，需要考慮通信數(shù)據(jù)的格式，具體數(shù)據(jù)格式如下3.1數(shù)據(jù)指令格式表1 數(shù)據(jù)包格式HeadLengthAddre

15、ssSignDataReserved各個填充區(qū)詳細說明如下表2所示。表2 各個填充區(qū)說明名稱長度功能Head2-Byte包頭 (0x31,0x35)Length2-Byte包長區(qū)(Head+Length+Address+Sign+Data+Reserved)的總長Address7-Byte地址區(qū)Sign1-Byte標識位Data2-8Byte數(shù)據(jù)區(qū)Reserved1-7Byte保留區(qū)（填充0x00）3.2車輛行駛信息采集節(jié)點的軟件設計 采集節(jié)點的軟件設計主要包括接口初始化、界面顯示部分、數(shù)據(jù)接收處理部分和數(shù)據(jù)發(fā)送部分。其中，界面顯示部分包括顯示中文字符、英文字符、圖片和切換界面；數(shù)據(jù)

16、接收處理部分包括串口中斷接收判斷和指令處理；數(shù)據(jù)發(fā)送部分包括控制指令數(shù)據(jù)的發(fā)送6。 如圖7所示，首先程序初始化液晶屏、串口和一些相關參數(shù)，屏幕顯示主頁面。等待觸摸信號A、B、C、D分別是進入四個子界面的控制信號，若觸摸信號是其中一個，則進入子界面，否則停留在主界面。進入子界面，可切換回主界面，若子界面有被控設備，則根據(jù)不同觸摸信號發(fā)送LED燈和電控鎖的控制指令。接著，通過串口接收中斷，接收車輛狀態(tài)信息存儲在相關數(shù)組中，數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機處理后顯示，在顯示完畢后通過第二串口將數(shù)據(jù)發(fā)送出來7。如子界面只有車輛行駛信息界面，則采集節(jié)點直接通過串口接收中斷數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機處理后顯示最新數(shù)據(jù)8。圖7 采集節(jié)

17、點程序流程圖3.3 上位機軟件設計Microsoft SQL Server使用集成的商業(yè)智能工具提供了企業(yè)級的數(shù)據(jù)管理。LabVIEW集成了滿足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)，并且LabVIEW提供接口連接SQL Server完成數(shù)據(jù)的存儲或分析。因此本系統(tǒng)采用LabVIEW 2013、SQL Server 2012作為開發(fā)工具9。3.3.1 SQL Server表格結構設計本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲采用了SQL Server數(shù)據(jù)庫，除了用戶登錄相關的表之外還有兩張關鍵的表即車輛信息表

18、和車輛行駛數(shù)據(jù)表，描述如下：表3 車輛信息表設計字段名類型長度主鍵/外鍵字段值約束備注節(jié)點號VARCHAR4節(jié)點地址車輛識別碼VARCHAR17車輛識別車牌(車型)VARCHAR10車輛身份車輛行駛數(shù)據(jù)表與車輛信息表類似，主要包含當前時刻，節(jié)點號，車速km/h，轉速rpm，油耗，經(jīng)度，緯度，水溫，故障碼等內容。3.3.2 通信協(xié)議 圖8 LabVIEW 串口通信協(xié)議如圖8所示，LabVIEW自帶函數(shù)庫中有本系統(tǒng)需要的串口通信。通過選擇相應的函數(shù)串連完成數(shù)據(jù)通信。過程中需要設定端口、延時、輸入變量等參數(shù)以此應對不同的環(huán)境。3.3.2 LabVIEW與SQL Server連接LabVIEW工具Cr

19、eat Data Link建立udl與SQL Server連接，首先選擇Microsoft OLE DB Provider for SQL Server驅動，其次選擇服務器（一般多為本地SQL Server服務器），然后填寫登錄SQL Server服務器的用戶名和密碼（確保所填用戶名具有系統(tǒng)所需操作的權限），之后選擇數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫，最后設定連接超時，保存udl文件。Udl文件用于NI公司為LabVIEW提供的Database插件，選擇打開數(shù)據(jù)庫連接，之后便可以對數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)儲存、查看、查詢等操作。最后為了盡量減少消耗系統(tǒng)資源，每次執(zhí)行完操作都需要將數(shù)據(jù)庫連接關閉。4 系統(tǒng)實物效果和測試根據(jù)

20、系統(tǒng)方案的硬件設計和軟件設計方案，繪制出系統(tǒng)節(jié)點的原理圖，制作和焊接PCB電路板，最終完成車輛行駛信息采集節(jié)點、上位機軟件的實物及軟件設計。以下主要給出采集節(jié)點的實物效果和上位機軟件界面。4.1 采集節(jié)點實物圖圖9 系統(tǒng)實物圖如圖9所示，液晶屏上顯示主界面，主界面有四個子界面的圖片，點擊上面的圖片選項可以選擇進入車輛信息，實時檢測，故障檢測，系統(tǒng)設置四個子界面。中間為觸摸屏控制主板與觸摸屏，觸摸屏屏的右邊為ELM327模塊，右上角連接為藍牙模塊，左邊為北斗衛(wèi)星定位模塊。4.2子界面實物圖如圖10所示，a車輛信息編號界面，顯示車輛編號級車輛編碼，b為車輛實時信息界面，顯示車輛運行時的實時信息。c

21、為故障選擇界面，通過判斷故障碼可以知道車輛的故障信息。d是系統(tǒng)設置界面，通過此界面可以選擇車輛信息的采集協(xié)議，點擊相應的功能文字可選擇進行相應操作。 （a）車輛信息界面 （b）實時信息界面 （c）故障檢測界面 （d）系統(tǒng)設置圖10 各個界面顯示界面效果圖4.3上位機界面圖打開系統(tǒng)，出現(xiàn)登錄界面，如圖11所示：圖11 上位機登陸界面（里面文字看不清楚）輸入用戶名密碼，點擊【登錄】進入系統(tǒng)，跳轉至主界面。圖12 系統(tǒng)選擇界面如圖12所示，系統(tǒng)選擇界面有5個候選項，分別為實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、導出電子表格、車牌查詢、車輛注冊。選擇串口通信、TCP通信或車輛注冊即可進行數(shù)據(jù)采集，選擇車牌查詢。電子報表只能對數(shù)據(jù)庫中存在的數(shù)據(jù)進行查詢。圖13 串口通信方式如圖13所示，選擇串口通信方式進入此界面。選擇端口，配置波特率建立串口通信，可自動采集車輛行駛信息。同時顯示車速、轉速、油耗、冷卻液溫度等實時車輛數(shù)據(jù)。通過選擇上方的選項還可以使用上位機軟件的其他功能。圖14 采集數(shù)據(jù)的表格顯示如圖14所示，本界面無需用戶操作，可以實時顯示時間、節(jié)點號、車速km/h、轉速rpm、油耗、經(jīng)度、緯度、水溫、故障碼等車輛行駛信息，所有新增的數(shù)據(jù)會在行首插入，同時支持鼠標滾輪滾動。圖15 Excel表 如圖15所示，上位機接收到串口數(shù)據(jù)進行實時顯示之后，歷史數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫進行