J1939總線數(shù)據(jù)記錄器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及數(shù)據(jù)記錄器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜、易用和可配置的基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器、元件布置方法及工藝流程。
【背景技術(shù)】
[0002]SAE J1939 (以下簡稱J1939)是美國汽車工程協(xié)會(huì)(SAE)的推薦標(biāo)準(zhǔn)，用于為中重型道路車輛上電子部件間的通訊提供標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)。J1939基于德國Bosch公司開發(fā)的控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN 〖Controller Area Network)，可達(dá)到250Kbps的通訊速率。目前，J1939是在商用車輛、艦船、軌道機(jī)車、農(nóng)業(yè)機(jī)械和大型發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣泛的CAN應(yīng)用層協(xié)議。
[0003]市面上現(xiàn)有一些CAN總線數(shù)據(jù)記錄器，有些也能夠?qū)崿F(xiàn)J1939總線數(shù)據(jù)的記錄，但大都只能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的簡單記錄，無法實(shí)現(xiàn)深層次的應(yīng)用，比如數(shù)據(jù)文件格式的選擇、數(shù)據(jù)文件的配置和終端電阻的配置等功能。如果用戶不能自主配置文件的名稱，則所有記錄的數(shù)據(jù)都會(huì)是同一個(gè)文件名(僅一個(gè)時(shí)間可以用于區(qū)分)，則當(dāng)記錄器換到別的車上時(shí)就會(huì)出現(xiàn)文件的混亂，會(huì)誤導(dǎo)數(shù)據(jù)的分析。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種便攜、易用和可配置的基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器、元件布置方法及工藝流程，具有較高的實(shí)時(shí)性、功能的靈活性，以及對(duì)大數(shù)據(jù)量的處理能力，能適應(yīng)不同文件格式和總線負(fù)載場合的應(yīng)用。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的采取如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，包括主控制器MCU，所述主控制器MCU通過兩個(gè)CAN接口電路分別讀取J1939數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)和基于UDS協(xié)議的車輛的診斷CAN總線數(shù)據(jù)，所述主控制器MCU通過TF卡接口電路對(duì)TF卡進(jìn)行讀寫，所述主控制器MCU由RTC模塊提供時(shí)鐘信號(hào)。
[0007]更進(jìn)一步的，所述主控制器MCU為STM32芯片，并采用uCos_iii操作系統(tǒng)。
[0008]更進(jìn)一步的，所述TF卡接口電路采用STM32芯片集成的SD1接口 ；所述STM32芯片集成的CAN通道通過SGM3005模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)一對(duì)二的CAN通道擴(kuò)展，然后分別通過CAN接口電路讀取J1939數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)和基于UDS協(xié)議的車輛的診斷CAN總線數(shù)據(jù)；所述RTC模塊由STM32芯片內(nèi)嵌的時(shí)鐘模塊外接晶振和紐扣電池實(shí)現(xiàn)。
[0009]更進(jìn)一步的，該記錄器還包括電源，所述電源由LM2594-5V開關(guān)電源芯片構(gòu)成一級(jí)電源，向CAN接口電路提供5V電源，并由S0T-23封裝的XC6206線性電源芯片作為二級(jí)電源，向STM32芯片、TF卡接口電路和RTC模塊提供3.3V電源。
[0010]更進(jìn)一步的，所述XC6206線性電源芯片向RTC模塊提供的3.3V電源與紐扣電池之間采用肖特基二極管進(jìn)行隔離，當(dāng)記錄器上電時(shí)紐扣電池不供電，否則紐扣電池供電。
[0011]更進(jìn)一步的，該記錄器采用直插式記錄器外殼，其外觀尺寸為48mm*25mm*31mm。
[0012]本實(shí)用新型還提供一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器的元件布置方法，該記錄器內(nèi)部采用兩層電路板的堆疊結(jié)構(gòu)，記錄器所有電子元件均布置于上層電路板，下層電路板不布置元件，兩層電路板之間采用插針進(jìn)行連接。
[0013]更進(jìn)一步的，所述兩層電路板之間采用2.0mm的雙塑雙排插針進(jìn)行連接。
[0014]更進(jìn)一步的，所述STM32芯片和電源設(shè)置在上層電路板的背面，所述TF卡接口電路和CAN接口電路設(shè)置在上層電路板的正面，所述下層電路板背面設(shè)有OBD-1I診斷口插頭，用于上層電路板CAN通道和OBD-1I診斷口的過渡連接。
[0015]本實(shí)用新型還提供一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器的制作工藝流程，其特征在于包括如下步驟:
[0016](I)使用回流焊工藝焊接上層電路板，然后焊接紐扣電池，最后使用熱熔膠固定上層電路板電子元件，確保其可靠地工作；完成焊接工作后使用串口燒錄工具，向STM32芯片燒錄基于TF卡的Bootloader ；
[0017](2)使用波峰焊工藝焊接上下兩層電路板之間的雙塑雙排插針；
[0018](3)最后將焊接好的兩層電路板放置到OBD-1I診斷口插頭上，，焊接好電路板和OBD-1I診斷口插頭的連接點(diǎn)。
[0019]有益效果:(1)本實(shí)用新型主控制器MCU為STM32芯片，采用該芯片集成的SD1接口作為TF卡接口電路，配合SD1驅(qū)動(dòng)程序和開源的FatFs R0.09文件管理系統(tǒng)，非常方便地實(shí)現(xiàn)了 TF卡的讀寫等編輯功能。而存儲(chǔ)后的文件格式、最大單個(gè)文件的大小和文件名內(nèi)容等信息，用戶均可以通過修改TF卡中的配置文件來進(jìn)行自定義，這就使得該記錄器的使用十分便捷，真正做到即插即記錄，且記錄的數(shù)據(jù)文件可以使用特定的軟件打開，來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。(2)本實(shí)用新型記錄器采用直插式記錄器外殼，內(nèi)部采用兩層電路板的堆疊結(jié)構(gòu)，構(gòu)造精巧、便攜和易于使用，整體結(jié)構(gòu)具有足夠的剛性和韌性，這樣才能適應(yīng)商用汽車顛簸的工況，兩層電路板的堆疊結(jié)構(gòu)還有一個(gè)好處是當(dāng)需要更換診斷口的引腳定義時(shí)，僅需要修改下層的電路板，上層的電路板則可以保持不變。(3)本實(shí)用新型記錄器出廠前已刷寫好基于TF卡的Bootloader，這樣才能在用戶拿到手之后實(shí)現(xiàn)基于TF卡的應(yīng)用程序升級(jí)，方便沒有專業(yè)燒錄工具的用戶對(duì)該記錄器的程序升級(jí)，降低了該記錄器的使用維護(hù)成本。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型提供的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2為本實(shí)用新型提供的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本實(shí)用新型提供具有兩路CAN通道的CAN接口電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明。
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，其硬件組成包括主控制器MCU、TF卡(Trans-flash Card，快閃存儲(chǔ)器卡)接口電路、CAN接口電路、RTC (實(shí)時(shí)時(shí)鐘)模塊、看門狗電路和電源，各部分詳細(xì)介紹如下:
[0025](I)主控制器MCU
[0026]本實(shí)用新型主控制器MCU采用基于Cortex-M3(即ARM_v7)內(nèi)核的STM32F103RET6(以下簡稱STM32)作為主控芯片，負(fù)責(zé)記錄器所有的功能實(shí)現(xiàn)。該ARM芯片最高主頻高達(dá)72MHz、內(nèi)嵌了 512K Flash,64K RAM和大量常用的外設(shè)。STM32芯片采用了目前最新版的uCos-1ii操作系統(tǒng)(OS)，該開源操作系統(tǒng)重新優(yōu)化了任務(wù)調(diào)度機(jī)制，支持不限個(gè)數(shù)的任務(wù)數(shù)，可使用相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，結(jié)合定時(shí)器可實(shí)現(xiàn)針對(duì)任務(wù)的時(shí)間片管理。這些先進(jìn)的功能使得uCos-1ii相較于之前的版本，更加接近較高性能嵌入式操作系統(tǒng)的要求。在本實(shí)用新型中就結(jié)合了內(nèi)存管理和消息隊(duì)列構(gòu)成非溢出式環(huán)形FIFO緩沖區(qū)，可靠地實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)量的J1939幀傳輸，使得本記錄器的最大數(shù)據(jù)吞吐量高達(dá)1500幀/秒，大大高于總線上實(shí)際的幀數(shù)量需求。
[0027](2) TF卡接口電路
[0028]STM32芯片集成了一個(gè)SD1接口，該接口對(duì)于連接閃存存儲(chǔ)器非常有用，本實(shí)用新型采用該SD1接口作為TF卡接口電路，配合SD1驅(qū)動(dòng)程序和開源的FatFs R0.09文件管理系統(tǒng)，非常方便地實(shí)現(xiàn)了 TF卡的讀寫等編輯功能。同時(shí)基于內(nèi)存管理和消息隊(duì)列構(gòu)成的非溢出式環(huán)形FIFO緩沖區(qū)，可靠地實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)量的J1939幀存儲(chǔ)，實(shí)際上該接口電路的理論存儲(chǔ)能力大大高于本實(shí)用新型的需要，由于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)過程采用了異或校驗(yàn)，因此數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)具有很高的可靠性。上電后本記錄器會(huì)檢測TF卡是否存在，如果存在則對(duì)其初始化一個(gè)工作區(qū)，然后準(zhǔn)備讀取配置文件和數(shù)據(jù)記錄。數(shù)據(jù)記錄時(shí)每次寫入512個(gè)字節(jié)(扇區(qū)最小單位)，每寫入IK字節(jié)紅燈閃爍一次，用以提醒司機(jī)目前記錄器在正常存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0029](3) CAN 接口電路
[0030]由于本實(shí)用新型采用的STM32芯片僅集成了一路CAN通道，而實(shí)際卻需要兩路，考慮到可靠性和可用空間，本新型放棄了業(yè)界廣泛使用的繼電器進(jìn)行多路選通的方案，改用MS0P-10封裝的SGM3005模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)一對(duì)二的CAN通道擴(kuò)展，擴(kuò)展出來的兩路CAN通道分別為J1939數(shù)據(jù)總線和基于UDS協(xié)議的車輛的診斷CAN總線。該模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻低至0.5Ω，而允許流過的持續(xù)電流高達(dá)300mA，經(jīng)實(shí)測使用模塊開關(guān)的方案成本更省，選通更快，所需空間大大減小。兩路CAN通道的CAN接口電路如圖3所示，其中CAN收發(fā)器采用了業(yè)界常用的NXP公司的TJA1050芯片，并配有完備的ESD防護(hù)和共模電感，具備了較高的可靠性，并預(yù)留了 120Ω的終端電阻，用戶可以按需進(jìn)行配置。
[0031](4) RTC 模塊
[0032]本實(shí)用新型采用STM32芯片內(nèi)嵌的RTC模塊，僅僅需要在芯片外添加晶振和紐扣電池就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，紐扣電池同時(shí)給STM32芯片內(nèi)部受保護(hù)的RAM來供電，只要紐扣電池有電則RAM中的數(shù)據(jù)在掉電后都能保持，記錄器的關(guān)鍵參數(shù)都放置在這個(gè)受保護(hù)的RAM中。值得說明的是RTC時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)在車上的自動(dòng)校準(zhǔn)，由于現(xiàn)在的車上必須裝有帶北斗模