一种基于OBD的车辆状态监测数据采集器及其采集方法与流程

本发明属于汽车机电混合技术领域，具体涉及一种基于obd的车辆状态监测数据采集器及其采集方法。

背景技术：

随着车辆制造技术的不断进步，汽车已经发展成为机、电、液、磁高度耦合的复杂系统，对于内燃机类传统能源型车辆，其燃油经济性是评价车辆性能的最为重要的指标。影响车辆燃油经济性的因素如道路交通环境、车辆机械性能以及驾驶人的驾驶行为等。但是，通过短时期内改善交通环境提升车辆燃油经济性的方式难以实现；经过长期积累，目前内燃机技术经过长期的发展已经相当成熟，通过改善内燃机技术等措施显著提升车辆的燃油经济性很难实现；无法实时掌握车辆运行状态和状况，特别是车辆的故障无法及时获取，使道路车辆运行存在极大的安全隐患。

目前的车辆状态监测及故障诊断多为面向专业人员的，缺乏面向驾驶员提供的车辆状态监测及故障诊断，故普通驾驶员很难直观获取此类信息；且对于obd系统提供的实时车辆数据缺乏进一步的数据挖掘与综合处理，以得到更丰富的实时车辆状态信息；在经济性驾驶方面，缺乏对于每种驾驶行为的燃油经济性研究忽略了不同驾驶环境及车辆的差异性。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种全新的基于obd的车辆状态监测数据采集器及其采集方法，可对车辆进行实时监测，面向驾驶员提供包括车辆燃油经济性指标在内的车辆实时状态及故障信息。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种基于obd的车辆状态监测数据采集器，包括：

obd接口电路模块，包括can收发器和k线接口电路，can收发器一端与车辆总线can-l、can-h相连，另一端与微处理器的can-rx、can-tx相连，用于实现can总线信息与微处理器信息的相互转换；k线接口电路一端与车辆总线isok相连，另一端与微处理器的uart端口相连，用于实现k线信息与微处理器信息的相互转换；

微处理器，包括uart通讯单元、can通讯单元和存储单元，微处理器控制obd接口电路模块进行实时车辆数据帧的采集，并且将实时车辆数据从数据帧中解析出来，存储在存储单元中，通过uart通讯单元的uart端口传输至无线通讯模块；

通讯模块，其通讯端口与微处理器的uart端口相连接，微处理器通过at命令集控制通讯模块收发无线信息；

电源模块及状态显示模块，电源模块与车辆总线连接，状态显示模块与微处理器连接用于显示无线信息收发状态、车辆信息收发状态及电源通断状态。

优选的，根据obd-ⅱ协议规定，can总线通讯协议遵循iso-11898及iso-15765协议，can收发器选取mcp2551模块；

根据obd-ⅱ协议规定，k线通讯协议遵循iso-9141及iso-14230(kwp2000)协议。

优选的，微处理器的芯片是型号为stm32f103x的32位微处理器，uart通讯单元含iso-9141总线协议，can通讯单元含iso-11898总线协议，存储单元为64k存储单元。

优选的，通讯模块包括无线通讯模块和有线通讯模块，无线通讯模块选用芯讯通公司的sim900a模块，此模块是双频gsm/gprs模块，采用smt封装形式，其集成了通讯协议及无线通讯控制程序；

有线通讯模块选用maxim公司的max3301e模块，该器件集成有电荷泵，用于实现usbotg通讯。

优选的，车辆总线的接入电压为12v总线电压，电源模块选取78l05ai稳压模块，电源模块将车辆12vdc转换为5vdc用于为各模块供电。

优选的，状态显示模块包括红色、黄色和绿色三颗彩色led灯。

本发明还提供一种基于obd的车辆状态监测数据采集方法，包括以下步骤：

1)定义obd车辆数据采集信息集p描述为p＝{pf,ps,po}，pf为车辆快速采集数据集，ps为车辆慢速采集数据集，po为车辆一次性采集数据集，三者可以合并为：

pf＝{pfi|i＝1,2,……,n}；

ps＝{psj|j＝1,2,……,m}；

po＝{pok|k＝1,2,……,q}；

其中，pfi为车辆快速采集数据，共n个；psj为车辆慢速采集数据，共m个；pok为车辆一次性采集数据，共q个；

2)obd-ii协议定义的车辆状态数据、车辆识别信息及故障信息采集机制均为总线数据帧应答式机制，故车辆快速采集数据pfi、车辆慢速采集数据psj、车辆一次性采集数据pok分别可描述为：

pfi＝(mfai,mfbi,tc,tk)；

psj＝(msaj,mfbi,tc,tk)；

pok＝(moak,mobk)；

其中，mfai、msaj、moak为车辆数据询问数据帧，mfbi、msbj、mobk为车辆数据应答数据帧，tc为can总线车辆数据采集周期，tk为k线车辆数据采集周期；

3)步骤1和2，需定周期向车辆总线发送车辆数据询问数据帧，获取相应的车辆数据应答数据帧，询问及应答数据帧的数据格式均遵循obd-ii应用层协议(iso-15031)，据此协议可生成询问数据帧，并对应答数据帧进行解析；

4)步骤1和2做归纳简化，obd信息集p描述为：

p＝{pi|i＝1,2,…,n+m+q}；

其中，pi为车辆数据，pi可描述为：

pi＝(mai,mbi,tc,tk)；

其中，mai为车辆数据询问数据帧，mbi为车辆数据应答数据帧，tc为can总线车辆数据采集周期，tk为k线车辆数据采集周期；

5)由obd-ii协议可将步骤4中mai、mbi分别描述为：

mai＝(ia,wi,di)；

其中，ia为obd数据采集设备总线id，wi为车辆数据采集询问模式编号，di为车辆数据参数id；

mbi＝(ib,vi,di,mvi)；

其中，ib为应答总线控制器id，vi为车辆数据采集应答模式编号，di为车辆数据参数id，mvi为总线应答的车辆数据实时数据段。

有益效果：利用obd数据采集系统采集到的车辆数据，根据obd-ii协议以obd车辆数据采集信息集的形式通过总线周期性总线问答方式建立车辆数据采集机制，根据obd-ii应用层协议对采集到的车辆数据帧进行解析；在此基础上，针对不同车辆进行数据差异性采集匹配，使得在不同车辆平台下车辆状态数据采集保持高效性、准确性。

附图说明

图1为本发明实施例的obd数据采集器无线通讯版硬件架构示意图。

图2为本发明实施例的obd数据采集器usbotg版硬件架构示意图。

图3为本发明实施例的obd数据采集器pcb图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，如图1至图3所示，在本发明的其中一种实施方式中提供一种基于obd的车辆状态监测数据采集器，包括：

obd接口电路模块，包括can收发器和k线接口电路，can收发器一端与车辆总线can-l、can-h相连，另一端与微处理器的can-rx、can-tx相连，用于实现can总线信息与微处理器信息的相互转换；k线接口电路一端与车辆总线isok相连，另一端与微处理器的uart端口相连，用于实现k线信息与微处理器信息的相互转换；

微处理器，包括uart通讯单元、can通讯单元和存储单元，微处理器控制obd接口电路模块进行实时车辆数据帧的采集，并且将实时车辆数据从数据帧中解析出来，存储在存储单元中，通过uart通讯单元的uart端口传输至无线通讯模块；

通讯模块，其通讯端口与微处理器的uart端口相连接，微处理器通过at命令集控制通讯模块收发无线信息；

电源模块及状态显示模块，电源模块与车辆总线连接，状态显示模块与微处理器连接用于显示无线信息收发状态、车辆信息收发状态及电源通断状态。

其中，根据obd-ⅱ协议规定，can总线通讯协议遵循iso-11898及iso-15765协议，can收发器选取mcp2551模块；

根据obd-ⅱ协议规定，k线通讯协议遵循iso-9141及iso-14230(kwp2000)协议。

微处理器的芯片是型号为stm32f103x的32位微处理器，uart通讯单元含iso-9141总线协议，can通讯单元含iso-11898总线协议，存储单元为64k存储单元。

通讯模块包括无线通讯模块和有线通讯模块，无线通讯模块选用芯讯通公司的sim900a模块，此模块是双频gsm/gprs模块，采用smt封装形式，其集成了通讯协议及无线通讯控制程序；

有线通讯模块选用maxim公司的max3301e模块，该器件集成有电荷泵，用于实现usbotg通讯。

车辆总线的接入电压为12v总线电压，电源模块选取78l05ai稳压模块，电源模块将车辆12vdc转换为5vdc用于为各模块供电。

状态显示模块包括红色、黄色和绿色三颗彩色led灯。

本实施方式还提供一种基于obd的车辆状态监测数据采集方法，包括以下步骤：

1)定义obd车辆数据采集信息集p描述为p＝{pf,ps,po}，pf为车辆快速采集数据集，ps为车辆慢速采集数据集，po为车辆一次性采集数据集，三者可以合并为：

pf＝{pfi|i＝1,2,……,n}；

ps＝{psj|j＝1,2,……,m}；

po＝{pok|k＝1,2,……,q}；

其中，pfi为车辆快速采集数据，共n个；psj为车辆慢速采集数据，共m个；pok为车辆一次性采集数据，共q个；

2)obd-ii协议定义的车辆状态数据、车辆识别信息及故障信息采集机制均为总线数据帧应答式机制，故车辆快速采集数据pfi、车辆慢速采集数据psj、车辆一次性采集数据pok分别可描述为：

pfi＝(mfai,mfbi,tc,tk)；

psj＝(msaj,mfbi,tc,tk)；

pok＝(moak,mobk)；

其中，mfai、msaj、moak为车辆数据询问数据帧，mfbi、msbj、mobk为车辆数据应答数据帧，tc为can总线车辆数据采集周期，tk为k线车辆数据采集周期；

3)步骤1和2，需定周期向车辆总线发送车辆数据询问数据帧，获取相应的车辆数据应答数据帧，询问及应答数据帧的数据格式均遵循obd-ii应用层协议(iso-15031)，据此协议可生成询问数据帧，并对应答数据帧进行解析；

4)步骤1和2做归纳简化，obd信息集p描述为：

p＝{pi|i＝1,2,…,n+m+q}；

其中，pi为车辆数据，pi可描述为：

pi＝(mai,mbi,tc,tk)；

其中，mai为车辆数据询问数据帧，mbi为车辆数据应答数据帧，tc为can总线车辆数据采集周期，tk为k线车辆数据采集周期；

5)由obd-ii协议可将步骤4中mai、mbi分别描述为：

mai＝(ia,wi,di)；

其中，ia为obd数据采集设备总线id，wi为车辆数据采集询问模式编号，di为车辆数据参数id；

mbi＝(ib,vi,di,mvi)；

其中，ib为应答总线控制器id，vi为车辆数据采集应答模式编号，di为车辆数据参数id，mvi为总线应答的车辆数据实时数据段。

本发明中车辆数据采集方法确定的采集列表中的询问帧及应答帧具体数据内容如表1和表2。

表1：车辆状态数据询问帧数据内容

表2：车辆状态数据应答帧数据内容

由表1和表2可生成车辆状态数据询问数据帧，并且可以从车辆状态数据应答数据帧中解析出车辆状态数据实时数值部分。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。