由于汽車在生產(chǎn)、售后等環(huán)節(jié)中都可能涉及診斷，因此供應(yīng)商提供的解決方案需要覆蓋各個場景所涉及的所有診斷需求，這就意味著每次執(zhí)行某個操作前首先需要在設(shè)備端完成所有模塊的加載，然后通過層層菜單選項完成功能選擇，費時費力，技術(shù)門檻高。顯然，這對于部分應(yīng)用場景(如生產(chǎn)、返工或檢查等等)，高頻次單一的簡易診斷操作來說非常不友好，每次均需花費相對較長的時間。再加上供應(yīng)商專用診斷設(shè)備價格高昂，操作復(fù)雜，需要專業(yè)人員具備較強的技術(shù)背景，從而更進一步對整體工作效率產(chǎn)生影響。本文通過對整車診斷技術(shù)的分析與研究，基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)了一種便攜式的汽車診斷設(shè)備，從而解決上述傳統(tǒng)方案所存在的費時、操作復(fù)雜等問題。

　　診斷設(shè)備設(shè)計思路

　　傳統(tǒng)的汽車診斷一般通過一臺用于操作的手提式電腦及一個由線纜或藍牙等方式與電腦連接的專用診斷頭實現(xiàn)，電腦上通常需要安裝整車廠認(rèn)可的專用軟件，一方面通過連接在車輛OBD口上的診斷頭向車輛發(fā)送相關(guān)指令，另一方面則解析從診斷頭傳輸來的車輛反饋報文信息，并顯示為可讀性強的內(nèi)容格式。這類解決方案包含了診斷可能使用到的全功能模塊，因此不論在硬件設(shè)計還是軟件結(jié)構(gòu)上都比較復(fù)雜，還必須借助外設(shè)電腦進行操作，而且需要一定技術(shù)背景的且受過培訓(xùn)的專業(yè)人員才能操作。實際上有很多的診斷場景只涉及少數(shù)單一的診斷操作，而且這些操作需要高頻次地執(zhí)行，這種場景下使用傳統(tǒng)的診斷方法執(zhí)行效率的非常低下。嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求并預(yù)先定義的任務(wù)，因此不依賴外設(shè)電腦的基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的診斷設(shè)備完全可以滿足這類場景的需求，而對應(yīng)的軟硬件設(shè)計也可以得到很大程度的簡化，最終使得設(shè)備整體減小體積降低成本，并提高執(zhí)行效率。作為一個診斷設(shè)備，要實現(xiàn)整車診斷，最基本也是最重要的是實現(xiàn)與車輛間報文信息的雙向傳輸及處理。在此基礎(chǔ)上，考慮到對用戶進行信息提示的需求，必須設(shè)計聲光外設(shè);考慮到嵌入式系統(tǒng)軟件的更新以及與上位機的通信，需要設(shè)計USB接口;考慮到存儲診斷操作記錄的需求，需要設(shè)計擴展存儲外設(shè);診斷設(shè)備需要支持多種診斷操作，因此需要建立用戶HMI(HumanMachineInterface)借助外設(shè)來對功能進行選擇和信息交互，我們選用使用廣泛的手機作為媒介，開發(fā)專用APP，通過藍牙功能實現(xiàn)與診斷設(shè)備的連接。如圖1所示為傳統(tǒng)汽車診斷解決方案(a)與下文將要介紹的便攜式汽車診斷設(shè)備解決方案(b)的整體對比圖。

　　診斷設(shè)備設(shè)計方案

　　硬件模塊設(shè)計硬件模塊主要基于STM32單片機開發(fā)，可與車輛OBD口直接連接，相關(guān)外設(shè)擴展模塊包括主電源模塊，離線電源模塊，LED顯示模塊，蜂鳴器發(fā)聲模塊，光耦隔離模塊，USB接口模塊，CAN驅(qū)動模塊，藍牙模塊以及TF卡存儲模塊等。單片機模塊承擔(dān)整個系統(tǒng)的運算及信息處理任務(wù)，選用STM32F1系列32位單片機，采用3.3V供電，程序存儲空間為256KB，主頻最高72MHz，具有體積小、速度快及功耗低等特點，同時具有良好的程序擴展空間，因此可以提高設(shè)備的便攜度及運行速率，同時保證功能的豐富性。系統(tǒng)電源包括主電源模塊和離線電源模塊兩部分，前者主要功能是將12V整車電瓶電壓轉(zhuǎn)換為5V和3.3V兩種電壓，分別用于CAN驅(qū)動電路和單片機控制電路的供電。而后者直接使用3V紐扣電池，用于離線模式下單片機低頻時鐘電路的供電，以保證系統(tǒng)萬年歷時鐘的運行。顯示及發(fā)聲模塊主要用于診斷操作過程中的基本信息交互，采用RGBLED燈和蜂鳴器，通過單片機的I/O口進行驅(qū)動，在需要時通過燈光或聲響對用戶進行提示。舉例而言：由于整車診斷操作的前提條件為車輛KL15上電，故需要通過同樣使用單片機I/O口驅(qū)動的EL357光耦隔離模塊來對整車上電狀態(tài)進行識別，如果檢測到車輛未達到要求的上電狀態(tài)則通過聲光模塊提醒用戶，直到完成KL15上電操作。在整個系統(tǒng)以及各項功能的調(diào)試過程中，常常需要通過USB接口與上位機通信，以顯示相關(guān)調(diào)試信息或軟件更新，對應(yīng)模塊使用USB控制器CH340G并結(jié)合單片機的USART串口進行驅(qū)動。診斷設(shè)備與車輛ECU的通訊是通過在整車CAN數(shù)據(jù)總線上傳輸相關(guān)CAN報文實現(xiàn)的，因此單片機的CAN控制器TTL信號必須通過CAN驅(qū)動模塊轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足CAN2.0協(xié)議的差分信號，這里選用TJA1050芯片作為驅(qū)動模塊主體，并采用5V供電，如圖2所示。在部分使用場景下，診斷設(shè)備需要通過手機藍牙設(shè)備對診斷設(shè)備進行操作，因此選用支持藍牙2.0協(xié)議的HC05標(biāo)準(zhǔn)模塊作為藍牙驅(qū)動模塊，通過單片機的USART串口進行驅(qū)動，以實現(xiàn)與手機的通信。為了能夠?qū)⒃\斷設(shè)備的操作記錄進行離線保存，選用單片機自帶的SD/TF卡驅(qū)動單元SDIO對TF卡驅(qū)動模塊進行驅(qū)動，以實現(xiàn)FAT文件系統(tǒng)的創(chuàng)建和編輯，從而將操作過程和結(jié)果實時保存在TF卡中。如圖3所示為硬件模塊設(shè)計最終的整體實物圖。軟件模塊設(shè)計軟件模塊主要基于嵌入式C語言編寫，支持CAN2.0A/B協(xié)議和UDS診斷協(xié)議，支持藍牙2.0通信協(xié)議和USB2.0串口協(xié)議，并支持各種中斷服務(wù)。整個軟件部分采用柔性設(shè)計方法進行模塊化開發(fā)，以驅(qū)動+算法的軟件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，各個驅(qū)動在調(diào)試通過后無需再做更改，而當(dāng)客戶有新增功能需求時也只需在算法層進行相應(yīng)的新增程序編寫即可，大大降低了整個軟件升級的開發(fā)難度。診斷設(shè)備通電運行后，首先進行各外設(shè)擴展模塊的初始化，完成后確認(rèn)車輛是否已KL15上電，若沒有則通過蜂鳴器進行提醒，直到成功上電后LED燈顯示為綠色并常亮。然后向車輛發(fā)送車架號讀取的CAN報文，以獲取車輛車架號。接下來開始手機藍牙設(shè)備的循環(huán)搜索，找到并連接后，再開始等待手機藍牙設(shè)備傳來的指令。一旦成功接收指令則轉(zhuǎn)入該指令對應(yīng)的子函數(shù)，向車輛發(fā)送相應(yīng)功能的請求報文，同時LED燈顯示為藍燈并不停閃爍。在功能執(zhí)行完畢并通過中斷程序判斷已成功接收到回復(fù)報文后，對報文進行解析，并根據(jù)實際需求將診斷結(jié)果傳輸至手機藍牙設(shè)備以進行顯示，同時存儲至TF卡中。最后，LED燈閃爍停止，重新顯示為綠色，一個功能執(zhí)行完畢，診斷設(shè)備繼續(xù)等待下一個執(zhí)行指令。以上完整流程用于通過手機藍牙連接診斷設(shè)備進行功能選擇和對應(yīng)操作的場合，而如果診斷設(shè)備只是用于固定地執(zhí)行某個單一功能，則可在程序中取消循環(huán)等待外部指令的部分，直接執(zhí)行所需功能對應(yīng)的子函數(shù)，這樣即可以保證設(shè)備的即插即用。手機端App設(shè)計手機端App在安卓系統(tǒng)上進行開發(fā)，基于ionic框架，選用typescript作為開發(fā)語言。打開App，首先需要設(shè)計用戶名和密碼登錄和錄入用戶相關(guān)個人信息的界面，前者用于權(quán)限管理，而后者用于識別當(dāng)前操作者以在TF卡和手機log文件中進行記錄。登錄及信息錄入成功后，即可進入主功能選擇界面，如圖4所示。整個界面主要分為四個區(qū)域，包括最上方的藍牙連接區(qū)，下方的車輛信息及圖標(biāo)顯示區(qū)，主功能選擇區(qū)，以及最下方的工具欄。在藍牙連接區(qū)中，通過點擊右側(cè)可以選擇需要連接的診斷設(shè)備，連接成功后則會顯示相應(yīng)設(shè)備的名稱。如果此時診斷設(shè)備已連接車輛OBD口并準(zhǔn)備就緒(LED燈顯示為綠色并常亮)，則車輛圖標(biāo)上方會顯示當(dāng)前車輛的車架號。在主功能選擇區(qū)的功能中心可以進行診斷功能選擇，點擊對應(yīng)按鍵后實際會通過藍牙發(fā)送相應(yīng)功能指令給診斷設(shè)備，此時App也將進入相關(guān)界面，并根據(jù)診斷設(shè)備傳來的診斷結(jié)果進行詳細顯示。在最下方的工具欄中，可以查詢歷史診斷日志、幫助信息及用戶信息。

　　結(jié)語

　　本文通過對整車診斷的分析與研究，基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)了一種便攜式的汽車診斷設(shè)備，主要包括基于STM32單片機的硬件模塊，采用柔性設(shè)計方法進行模塊化開發(fā)的軟件模塊，以及基于安卓系統(tǒng)的手機端App。相比于傳統(tǒng)的診斷解決方案，本文設(shè)計的診斷設(shè)備外形小巧、便攜度高，而且成本較低;可以實現(xiàn)即插即用或通過手機端App進行快速操作和信息交互，非常便捷，對于操作人員來說不需要具備相關(guān)的技術(shù)知識和資質(zhì)，可以說是零門檻;手機端信息LOG和TF卡存儲實現(xiàn)了雙向操作記錄備份，從而具備操作過程和結(jié)果的可追溯性;軟件模塊的開發(fā)方式提供了強大的功能擴展性，使得設(shè)備可以根據(jù)用戶的實際需求進行快速功能開發(fā)和定制;由于設(shè)備采用直接報文形式與車輛ECU進行通訊和交互，，因此可以保證執(zhí)行的高效和快速，從而在實際操作過程中幫助用戶節(jié)省工時，提高效率。經(jīng)過實際測試，該診斷設(shè)備對于目前已有功能中包含的高頻次單一診斷操作來說，平均可以節(jié)省70%~80%的時間。目前基于用戶需求，共開發(fā)了十多項單一診斷功能，如DTC讀取/刪除、運輸模式開關(guān)、高壓低壓SOC讀取、整車靜態(tài)電流讀取等等。部分已應(yīng)用在生產(chǎn)、開發(fā)、質(zhì)量檢查等多個環(huán)節(jié)，得到了良好的用戶反饋和使用黏性。相信隨著功能的不斷擴展和優(yōu)化，這個便攜式診斷設(shè)備可以發(fā)揮越來越大的作用，具有極大的推廣價值。

　　《便攜式汽車診斷設(shè)備設(shè)計方案》來源：《汽車與配件》，作者：楊健 潘學(xué)松