本發(fā)明屬于汽車機(jī)電混合技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于obd的車輛狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器及其采集方法。

背景技術(shù)：

隨著車輛制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車已經(jīng)發(fā)展成為機(jī)、電、液、磁高度耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，對于內(nèi)燃機(jī)類傳統(tǒng)能源型車輛，其燃油經(jīng)濟(jì)性是評價車輛性能的最為重要的指標(biāo)。影響車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的因素如道路交通環(huán)境、車輛機(jī)械性能以及駕駛?cè)说鸟{駛行為等。但是，通過短時期內(nèi)改善交通環(huán)境提升車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的方式難以實現(xiàn)；經(jīng)過長期積累，目前內(nèi)燃機(jī)技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，通過改善內(nèi)燃機(jī)技術(shù)等措施顯著提升車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性很難實現(xiàn)；無法實時掌握車輛運行狀態(tài)和狀況，特別是車輛的故障無法及時獲取，使道路車輛運行存在極大的安全隱患。

目前的車輛狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷多為面向?qū)I(yè)人員的，缺乏面向駕駛員提供的車輛狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷，故普通駕駛員很難直觀獲取此類信息；且對于obd系統(tǒng)提供的實時車輛數(shù)據(jù)缺乏進(jìn)一步的數(shù)據(jù)挖掘與綜合處理，以得到更豐富的實時車輛狀態(tài)信息；在經(jīng)濟(jì)性駕駛方面，缺乏對于每種駕駛行為的燃油經(jīng)濟(jì)性研究忽略了不同駕駛環(huán)境及車輛的差異性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種全新的基于obd的車輛狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器及其采集方法，可對車輛進(jìn)行實時監(jiān)測，面向駕駛員提供包括車輛燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)在內(nèi)的車輛實時狀態(tài)及故障信息。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種基于obd的車輛狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器，包括：

obd接口電路模塊，包括can收發(fā)器和k線接口電路，can收發(fā)器一端與車輛總線can-l、can-h相連，另一端與微處理器的can-rx、can-tx相連，用于實現(xiàn)can總線信息與微處理器信息的相互轉(zhuǎn)換；k線接口電路一端與車輛總線isok相連，另一端與微處理器的uart端口相連，用于實現(xiàn)k線信息與微處理器信息的相互轉(zhuǎn)換；

微處理器，包括uart通訊單元、can通訊單元和存儲單元，微處理器控制obd接口電路模塊進(jìn)行實時車輛數(shù)據(jù)幀的采集，并且將實時車輛數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)幀中解析出來，存儲在存儲單元中，通過uart通訊單元的uart端口傳輸至無線通訊模塊；

通訊模塊，其通訊端口與微處理器的uart端口相連接，微處理器通過at命令集控制通訊模塊收發(fā)無線信息；

電源模塊及狀態(tài)顯示模塊，電源模塊與車輛總線連接，狀態(tài)顯示模塊與微處理器連接用于顯示無線信息收發(fā)狀態(tài)、車輛信息收發(fā)狀態(tài)及電源通斷狀態(tài)。

優(yōu)選的，根據(jù)obd-ⅱ協(xié)議規(guī)定，can總線通訊協(xié)議遵循iso-11898及iso-15765協(xié)議，can收發(fā)器選取mcp2551模塊；

根據(jù)obd-ⅱ協(xié)議規(guī)定，k線通訊協(xié)議遵循iso-9141及iso-14230(kwp2000)協(xié)議。

優(yōu)選的，微處理器的芯片是型號為stm32f103x的32位微處理器，uart通訊單元含iso-9141總線協(xié)議，can通訊單元含iso-11898總線協(xié)議，存儲單元為64k存儲單元。

優(yōu)選的，通訊模塊包括無線通訊模塊和有線通訊模塊，無線通訊模塊選用芯訊通公司的sim900a模塊，此模塊是雙頻gsm/gprs模塊，采用smt封裝形式，其集成了通訊協(xié)議及無線通訊控制程序；

有線通訊模塊選用maxim公司的max3301e模塊，該器件集成有電荷泵，用于實現(xiàn)usbotg通訊。

優(yōu)選的，車輛總線的接入電壓為12v總線電壓，電源模塊選取78l05ai穩(wěn)壓模塊，電源模塊將車輛12vdc轉(zhuǎn)換為5vdc用于為各模塊供電。

優(yōu)選的，狀態(tài)顯示模塊包括紅色、黃色和綠色三顆彩色led燈。

本發(fā)明還提供一種基于obd的車輛狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方法，包括以下步驟：

1)定義obd車輛數(shù)據(jù)采集信息集p描述為p＝{pf,ps,po}，pf為車輛快速采集數(shù)據(jù)集，ps為車輛慢速采集數(shù)據(jù)集，po為車輛一次性采集數(shù)據(jù)集，三者可以合并為：

pf＝{pfi|i＝1,2,……,n}；

ps＝{psj|j＝1,2,……,m}；

po＝{pok|k＝1,2,……,q}；

其中，pfi為車輛快速采集數(shù)據(jù)，共n個；psj為車輛慢速采集數(shù)據(jù)，共m個；pok為車輛一次性采集數(shù)據(jù)，共q個；

2)obd-ii協(xié)議定義的車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)、車輛識別信息及故障信息采集機(jī)制均為總線數(shù)據(jù)幀應(yīng)答式機(jī)制，故車輛快速采集數(shù)據(jù)pfi、車輛慢速采集數(shù)據(jù)psj、車輛一次性采集數(shù)據(jù)pok分別可描述為：

pfi＝(mfai,mfbi,tc,tk)；

psj＝(msaj,mfbi,tc,tk)；

pok＝(moak,mobk)；

其中，mfai、msaj、moak為車輛數(shù)據(jù)詢問數(shù)據(jù)幀，mfbi、msbj、mobk為車輛數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，tc為can總線車輛數(shù)據(jù)采集周期，tk為k線車輛數(shù)據(jù)采集周期；

3)步驟1和2，需定周期向車輛總線發(fā)送車輛數(shù)據(jù)詢問數(shù)據(jù)幀，獲取相應(yīng)的車輛數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，詢問及應(yīng)答數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)格式均遵循obd-ii應(yīng)用層協(xié)議(iso-15031)，據(jù)此協(xié)議可生成詢問數(shù)據(jù)幀，并對應(yīng)答數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析；

4)步驟1和2做歸納簡化，obd信息集p描述為：

p＝{pi|i＝1,2,…,n+m+q}；

其中，pi為車輛數(shù)據(jù)，pi可描述為：

pi＝(mai,mbi,tc,tk)；

其中，mai為車輛數(shù)據(jù)詢問數(shù)據(jù)幀，mbi為車輛數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，tc為can總線車輛數(shù)據(jù)采集周期，tk為k線車輛數(shù)據(jù)采集周期；

5)由obd-ii協(xié)議可將步驟4中mai、mbi分別描述為：

mai＝(ia,wi,di)；

其中，ia為obd數(shù)據(jù)采集設(shè)備總線id，wi為車輛數(shù)據(jù)采集詢問模式編號，di為車輛數(shù)據(jù)參數(shù)id；

mbi＝(ib,vi,di,mvi)；

其中，ib為應(yīng)答總線控制器id，vi為車輛數(shù)據(jù)采集應(yīng)答模式編號，di為車輛數(shù)據(jù)參數(shù)id，mvi為總線應(yīng)答的車輛數(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)段。

有益效果：利用obd數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的車輛數(shù)據(jù)，根據(jù)obd-ii協(xié)議以obd車輛數(shù)據(jù)采集信息集的形式通過總線周期性總線問答方式建立車輛數(shù)據(jù)采集機(jī)制，根據(jù)obd-ii應(yīng)用層協(xié)議對采集到的車輛數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析；在此基礎(chǔ)上，針對不同車輛進(jìn)行數(shù)據(jù)差異性采集匹配，使得在不同車輛平臺下車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)采集保持高效性、準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的obd數(shù)據(jù)采集器無線通訊版硬件架構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的obd數(shù)據(jù)采集器usbotg版硬件架構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的obd數(shù)據(jù)采集器pcb圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。

為了達(dá)到本發(fā)明的目的，如圖1至圖3所示，在本發(fā)明的其中一種實施方式中提供一種基于obd的車輛狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器，包括：

obd接口電路模塊，包括can收發(fā)器和k線接口電路，can收發(fā)器一端與車輛總線can-l、can-h相連，另一端與微處理器的can-rx、can-tx相連，用于實現(xiàn)can總線信息與微處理器信息的相互轉(zhuǎn)換；k線接口電路一端與車輛總線isok相連，另一端與微處理器的uart端口相連，用于實現(xiàn)k線信息與微處理器信息的相互轉(zhuǎn)換；

微處理器，包括uart通訊單元、can通訊單元和存儲單元，微處理器控制obd接口電路模塊進(jìn)行實時車輛數(shù)據(jù)幀的采集，并且將實時車輛數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)幀中解析出來，存儲在存儲單元中，通過uart通訊單元的uart端口傳輸至無線通訊模塊；

通訊模塊，其通訊端口與微處理器的uart端口相連接，微處理器通過at命令集控制通訊模塊收發(fā)無線信息；

電源模塊及狀態(tài)顯示模塊，電源模塊與車輛總線連接，狀態(tài)顯示模塊與微處理器連接用于顯示無線信息收發(fā)狀態(tài)、車輛信息收發(fā)狀態(tài)及電源通斷狀態(tài)。

其中，根據(jù)obd-ⅱ協(xié)議規(guī)定，can總線通訊協(xié)議遵循iso-11898及iso-15765協(xié)議，can收發(fā)器選取mcp2551模塊；

根據(jù)obd-ⅱ協(xié)議規(guī)定，k線通訊協(xié)議遵循iso-9141及iso-14230(kwp2000)協(xié)議。

微處理器的芯片是型號為stm32f103x的32位微處理器，uart通訊單元含iso-9141總線協(xié)議，can通訊單元含iso-11898總線協(xié)議，存儲單元為64k存儲單元。

通訊模塊包括無線通訊模塊和有線通訊模塊，無線通訊模塊選用芯訊通公司的sim900a模塊，此模塊是雙頻gsm/gprs模塊，采用smt封裝形式，其集成了通訊協(xié)議及無線通訊控制程序；

有線通訊模塊選用maxim公司的max3301e模塊，該器件集成有電荷泵，用于實現(xiàn)usbotg通訊。

車輛總線的接入電壓為12v總線電壓，電源模塊選取78l05ai穩(wěn)壓模塊，電源模塊將車輛12vdc轉(zhuǎn)換為5vdc用于為各模塊供電。

狀態(tài)顯示模塊包括紅色、黃色和綠色三顆彩色led燈。

本實施方式還提供一種基于obd的車輛狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方法，包括以下步驟：

1)定義obd車輛數(shù)據(jù)采集信息集p描述為p＝{pf,ps,po}，pf為車輛快速采集數(shù)據(jù)集，ps為車輛慢速采集數(shù)據(jù)集，po為車輛一次性采集數(shù)據(jù)集，三者可以合并為：

pf＝{pfi|i＝1,2,……,n}；

ps＝{psj|j＝1,2,……,m}；

po＝{pok|k＝1,2,……,q}；

其中，pfi為車輛快速采集數(shù)據(jù)，共n個；psj為車輛慢速采集數(shù)據(jù)，共m個；pok為車輛一次性采集數(shù)據(jù)，共q個；

2)obd-ii協(xié)議定義的車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)、車輛識別信息及故障信息采集機(jī)制均為總線數(shù)據(jù)幀應(yīng)答式機(jī)制，故車輛快速采集數(shù)據(jù)pfi、車輛慢速采集數(shù)據(jù)psj、車輛一次性采集數(shù)據(jù)pok分別可描述為：

pfi＝(mfai,mfbi,tc,tk)；

psj＝(msaj,mfbi,tc,tk)；

pok＝(moak,mobk)；

其中，mfai、msaj、moak為車輛數(shù)據(jù)詢問數(shù)據(jù)幀，mfbi、msbj、mobk為車輛數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，tc為can總線車輛數(shù)據(jù)采集周期，tk為k線車輛數(shù)據(jù)采集周期；

3)步驟1和2，需定周期向車輛總線發(fā)送車輛數(shù)據(jù)詢問數(shù)據(jù)幀，獲取相應(yīng)的車輛數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，詢問及應(yīng)答數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)格式均遵循obd-ii應(yīng)用層協(xié)議(iso-15031)，據(jù)此協(xié)議可生成詢問數(shù)據(jù)幀，并對應(yīng)答數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析；

4)步驟1和2做歸納簡化，obd信息集p描述為：

p＝{pi|i＝1,2,…,n+m+q}；

其中，pi為車輛數(shù)據(jù)，pi可描述為：

pi＝(mai,mbi,tc,tk)；

其中，mai為車輛數(shù)據(jù)詢問數(shù)據(jù)幀，mbi為車輛數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，tc為can總線車輛數(shù)據(jù)采集周期，tk為k線車輛數(shù)據(jù)采集周期；

5)由obd-ii協(xié)議可將步驟4中mai、mbi分別描述為：

mai＝(ia,wi,di)；

其中，ia為obd數(shù)據(jù)采集設(shè)備總線id，wi為車輛數(shù)據(jù)采集詢問模式編號，di為車輛數(shù)據(jù)參數(shù)id；

mbi＝(ib,vi,di,mvi)；

其中，ib為應(yīng)答總線控制器id，vi為車輛數(shù)據(jù)采集應(yīng)答模式編號，di為車輛數(shù)據(jù)參數(shù)id，mvi為總線應(yīng)答的車輛數(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)段。

本發(fā)明中車輛數(shù)據(jù)采集方法確定的采集列表中的詢問幀及應(yīng)答幀具體數(shù)據(jù)內(nèi)容如表1和表2。

表1：車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)詢問幀數(shù)據(jù)內(nèi)容

表2：車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)答幀數(shù)據(jù)內(nèi)容

由表1和表2可生成車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)詢問數(shù)據(jù)幀，并且可以從車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀中解析出車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)實時數(shù)值部分。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。