基于MC9S12XET256的電動(dòng)汽車(chē)UDS診斷儀設(shè)計(jì)
摘要:本文結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用廣泛的車(chē)載CAN總線UDS協(xié)議,在飛思卡爾的16位車(chē)載平臺(tái)MC9S12XET256上,實(shí)現(xiàn)了一款應(yīng)用于新能源電動(dòng)汽車(chē)的UDS遠(yuǎn)程故障診斷儀。文章首先對(duì)系統(tǒng)使用的關(guān)鍵器件進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明,然后對(duì)接口電路進(jìn)行了描述,接著介紹了UDS診斷相關(guān)內(nèi)容,并且介紹了使用的具體場(chǎng)景,最后對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。
本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/274755.htm隨著傳統(tǒng)能源面臨的環(huán)境問(wèn)題、成本問(wèn)題等逐漸突出,國(guó)家從長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略發(fā)展角度考慮大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)。而作為一個(gè)汽車(chē)保有量巨大的國(guó)家,汽車(chē)尾氣污染也是環(huán)境污染的重要因素。所以作為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中重要力量的純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展也得到了國(guó)家的大力支持。與傳統(tǒng)汽車(chē)的成熟度相比,純電動(dòng)汽車(chē)在汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等都發(fā)生了重大的變化,而動(dòng)力來(lái)源更是來(lái)自于充電電池組。因?yàn)檎?chē)惡劣的工作環(huán)境,電池的安全性問(wèn)題也是非常突出。為了達(dá)到對(duì)新能源汽車(chē)的整車(chē)系統(tǒng)的全面監(jiān)控,同時(shí)結(jié)合國(guó)家對(duì)新能源純電動(dòng)汽車(chē)的使用規(guī)范要求,結(jié)合CAN總線UDS診斷協(xié)議,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了針對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控整車(chē)及電池等關(guān)鍵模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù),并可以通過(guò)手機(jī)或者電腦客戶端等監(jiān)控手段遠(yuǎn)程查詢(xún)整車(chē)的運(yùn)行狀態(tài),并且可以遠(yuǎn)程對(duì)車(chē)輛進(jìn)行故障診斷,同時(shí)能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)上傳服務(wù)器。為了增加系統(tǒng)的科技感,同時(shí)為了提高純電動(dòng)汽車(chē)的客戶體驗(yàn)度,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了手機(jī)遠(yuǎn)程控制電動(dòng)汽車(chē)的充電狀態(tài),同時(shí)可以通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程控制空調(diào)及車(chē)門(mén)等部件的開(kāi)關(guān),以及遠(yuǎn)程查詢(xún)各部件的狀態(tài)。
UDS診斷儀主要實(shí)現(xiàn)的功能包括以下幾點(diǎn):
1.實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)載CAN總線上整車(chē)控制模塊、電池模塊、電機(jī)模塊等總線數(shù)據(jù);
2.監(jiān)控整車(chē)的極值數(shù)據(jù),比如最高溫度、最低電池組電壓、最高電池組電壓等數(shù)據(jù),當(dāng)超過(guò)安全門(mén)限時(shí)向服務(wù)器上報(bào)故障數(shù)據(jù);
3.根據(jù)UDS診斷協(xié)議,通過(guò)手機(jī)或者電腦客戶端界面遠(yuǎn)程診斷車(chē)載CAN總線的其它節(jié)點(diǎn)或者是UDS診斷儀自身,同時(shí)根據(jù)診斷配置選項(xiàng),把診斷結(jié)果上傳到服務(wù)器;
4.通過(guò)手機(jī)或者是電腦客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的遠(yuǎn)程控制,控制車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)、充電啟動(dòng)或停止、空調(diào)的啟動(dòng)或者關(guān)閉。
1 硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。
1.1 單片機(jī)MC9S12XET256
在該方案設(shè)計(jì)中使用飛思卡爾16位內(nèi)核的單片機(jī)MC9S12XET256,MC9S12XE系列16位單片機(jī)主要特性如下:
● 飛思卡爾16位內(nèi)核 CPU,最高40MHz工作頻率;
● 內(nèi)部有最高1MB Flash,64KB的SRAM;
● 支持低功耗模式:睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式;
● 2個(gè)16通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換范圍0~5V;
● 最多達(dá)152個(gè)多功能雙向的I/O口,還有2個(gè)輸入口;
● 最多達(dá)10個(gè)定時(shí)器;
● 最多達(dá)18個(gè)通信接口:2個(gè)I2C、8個(gè)USART、3個(gè)SPI、5個(gè)CAN(2.0A和2.0B)。
1.2 通信模塊
通信模塊目前采用華為GPRS模塊MG323-B模塊,此模塊的主要特性如下:
● 支持GSM/GPRS/EDGE 4頻:850/900/1800/1900MHz;
● 正常工作溫度:-20℃~+70℃,限制工作溫度:-30℃~-20℃和+70℃~+75℃,存儲(chǔ)溫度: -40℃~+85℃。支持HSDPA 3.6Mbps;
● 最大下行傳輸速率:85.6kbps,最大上行傳輸速率:42.8kbps;
● 最大發(fā)射功率為EGSM850 Class 4(2W),EGSM900 Class 4(2W),SM1800 Class 1(1W),GSM1900 Class 1(1W),接收靈敏度<-107dBm。
模塊使用方式簡(jiǎn)單,僅需1路4.2V供電電源以及一個(gè)電源開(kāi)關(guān)接口,通過(guò)RS232串口接口使用AT指令對(duì)模塊進(jìn)行操作,使用方便。通過(guò)AT指令可以實(shí)現(xiàn)模塊與數(shù)據(jù)服務(wù)中心的數(shù)據(jù)鏈接建立、斷開(kāi)等,也可以實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收,也可以通過(guò)AT指令實(shí)現(xiàn)GSM的語(yǔ)音通話和EMS短信功能。
1.3 CAN單元
CAN單元包含兩路CAN接口,一路作為標(biāo)準(zhǔn)車(chē)身CAN通信接口,波特率500bps,另一路預(yù)留。CAN收發(fā)器選用NXP公司的收發(fā)器TJA1042/3,工作溫度-40℃~125℃。最大傳輸速度為1Mbps。芯片內(nèi)部帶過(guò)壓保護(hù),CANH、CANL管腳耐壓值范圍-27V~40V,抗瞬態(tài)脈沖電壓范圍達(dá)到-200V~200V。
為了保證CAN電路的電磁兼容特性,在收發(fā)器的CAN總線外圍電路上還加入了共模電感和ESD保護(hù)。CAN部分具體電路圖見(jiàn)圖2。
1.4 電源單元
UDS診斷儀終端是應(yīng)用于12V新能源電動(dòng)汽車(chē),汽車(chē)電磁環(huán)境比較惡劣,進(jìn)入系統(tǒng)的電源必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理,才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。同時(shí)因?yàn)樾履茉措妱?dòng)車(chē)上是電池供電,然后通過(guò)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),這就比傳統(tǒng)的汽車(chē)產(chǎn)生更多的干擾,電磁環(huán)境會(huì)更惡劣。因此本文設(shè)計(jì)了比較完整的電源電路系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)的供電電源處理電路采用了包括防反接保護(hù)電路模塊、浪涌保護(hù)單元、EMI靜噪濾波器、π型濾波和DC-DC處理五個(gè)部分,處理框圖見(jiàn)圖3。各部分說(shuō)明如下:防反接保護(hù)是通過(guò)一個(gè)普通二極管實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)電源反接時(shí)二極管就會(huì)斷開(kāi),達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。浪涌保護(hù)包括一個(gè)TVS管,可以有效抑制類(lèi)似于脈沖5的干擾,可以保證系統(tǒng)的良好的電磁兼容特性。EMI靜噪濾波器是一款小尺寸、引線型結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了良好的高頻性能。π型濾波電路可以進(jìn)一步濾除噪聲,凈化進(jìn)入后端電路的電源。DC-DC處理根據(jù)實(shí)際應(yīng)用完成各種類(lèi)電源轉(zhuǎn)換。
2 軟件設(shè)計(jì)
UDS診斷儀的軟件采用模塊化分層設(shè)計(jì)的思路,UDS診斷儀軟件底層的驅(qū)動(dòng)模塊都封裝成dll鏈接庫(kù),向中間層或者是應(yīng)用層提供應(yīng)用接口。
CAN協(xié)議?;蛘呤瞧脚_(tái)協(xié)議棧也是調(diào)用底層提供的dll庫(kù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧的功能。供應(yīng)商應(yīng)用軟件或者是用戶應(yīng)用軟件調(diào)用底層或者是協(xié)議棧層軟件提供的接口,實(shí)現(xiàn)用戶功能。系統(tǒng)軟件的層級(jí)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
2.1 UDS診斷
UDS診斷協(xié)議包含的診斷服務(wù)如表1所示。
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評(píng)論