基于MC9S12XET256的電動(dòng)汽車(chē)UDS診斷儀設計

摘要：本文結合當前應用廣泛的車(chē)載CAN總線(xiàn)UDS協(xié)議，在飛思卡爾的16位車(chē)載平臺MC9S12XET256上，實(shí)現了一款應用于新能源電動(dòng)汽車(chē)的UDS遠程故障診斷儀。文章首先對系統使用的關(guān)鍵器件進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明，然后對接口電路進(jìn)行了描述，接著(zhù)介紹了UDS診斷相關(guān)內容，并且介紹了使用的具體場(chǎng)景，最后對設計進(jìn)行了總結。

　　隨著(zhù)傳統能源面臨的環(huán)境問(wèn)題、成本問(wèn)題等逐漸突出，國家從長(cháng)遠戰略發(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)展也得到了國家的大力支持。與傳統汽車(chē)的成熟度相比，純電動(dòng)汽車(chē)在汽車(chē)的動(dòng)力系統、傳動(dòng)系統等都發(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。因為整車(chē)惡劣的工作環(huán)境，電池的安全性問(wèn)題也是非常突出。為了達到對新能源汽車(chē)的整車(chē)系統的全面監控，同時(shí)結合國家對新能源純電動(dòng)汽車(chē)的使用規范要求，結合CAN總線(xiàn)UDS診斷協(xié)議，本文設計并實(shí)現了針對新能源電動(dòng)汽車(chē)遠程診斷系統，該系統能夠實(shí)時(shí)監控整車(chē)及電池等關(guān)鍵模塊的運行數據，并可以通過(guò)手機或者電腦客戶(hù)端等監控手段遠程查詢(xún)整車(chē)的運行狀態(tài)，并且可以遠程對車(chē)輛進(jìn)行故障診斷，同時(shí)能夠將采集的數據上傳服務(wù)器。為了增加系統的科技感，同時(shí)為了提高純電動(dòng)汽車(chē)的客戶(hù)體驗度，本文設計并實(shí)現了手機遠程控制電動(dòng)汽車(chē)的充電狀態(tài)，同時(shí)可以通過(guò)手機遠程控制空調及車(chē)門(mén)等部件的開(kāi)關(guān)，以及遠程查詢(xún)各部件的狀態(tài)。

　　UDS診斷儀主要實(shí)現的功能包括以下幾點(diǎn)：

　　1.實(shí)時(shí)監控車(chē)載CAN總線(xiàn)上整車(chē)控制模塊、電池模塊、電機模塊等總線(xiàn)數據;

　　2.監控整車(chē)的極值數據，比如最高溫度、最低電池組電壓、最高電池組電壓等數據，當超過(guò)安全門(mén)限時(shí)向服務(wù)器上報故障數據;

　　3.根據UDS診斷協(xié)議，通過(guò)手機或者電腦客戶(hù)端界面遠程診斷車(chē)載CAN總線(xiàn)的其它節點(diǎn)或者是UDS診斷儀自身，同時(shí)根據診斷配置選項，把診斷結果上傳到服務(wù)器;

　　4.通過(guò)手機或者是電腦客戶(hù)端實(shí)現對純電動(dòng)汽車(chē)的遠程控制，控制車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)、充電啟動(dòng)或停止、空調的啟動(dòng)或者關(guān)閉。

1 硬件設計

　　系統硬件原理框圖如圖1所示。

1.1 單片機MC9S12XET256

　　在該方案設計中使用飛思卡爾16位內核的單片機MC9S12XET256，MC9S12XE系列16位單片機主要特性如下：

　　● 飛思卡爾16位內核 CPU，最高40MHz工作頻率;

　　● 內部有最高1MB Flash，64KB的SRAM;

　　● 支持低功耗模式：睡眠、停機和待機模式;

　　● 2個(gè)16通道12位模數轉換器，轉換范圍0～5V;

　　● 最多達152個(gè)多功能雙向的I/O口，還有2個(gè)輸入口;

　　● 最多達10個(gè)定時(shí)器;

　　● 最多達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指令對模塊進(jìn)行操作，使用方便。通過(guò)AT指令可以實(shí)現模塊與數據服務(wù)中心的數據鏈接建立、斷開(kāi)等，也可以實(shí)現與數據中心的數據發(fā)送與接收，也可以通過(guò)AT指令實(shí)現GSM的語(yǔ)音通話(huà)和EMS短信功能。

1.3 CAN單元

　　CAN單元包含兩路CAN接口，一路作為標準車(chē)身CAN通信接口，波特率500bps，另一路預留。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。芯片內部帶過(guò)壓保護，CANH、CANL管腳耐壓值范圍-27V～40V，抗瞬態(tài)脈沖電壓范圍達到-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(xiàn)外圍電路上還加入了共模電感和ESD保護。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)入系統的電源必須經(jīng)過(guò)嚴格處理，才能保證系統的穩定工作。同時(shí)因為新能源電動(dòng)車(chē)上是電池供電，然后通過(guò)電機來(lái)驅動(dòng)系統，這就比傳統的汽車(chē)產(chǎn)生更多的干擾，電磁環(huán)境會(huì )更惡劣。因此本文設計了比較完整的電源電路系統，對系統的供電電源處理電路采用了包括防反接保護電路模塊、浪涌保護單元、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：防反接保護是通過(guò)一個(gè)普通二極管實(shí)現的，當電源反接時(shí)二極管就會(huì )斷開(kāi)，達到對系統的保護。浪涌保護包括一個(gè)TVS管，可以有效抑制類(lèi)似于脈沖5的干擾，可以保證系統的良好的電磁兼容特性。EMI靜噪濾波器是一款小尺寸、引線(xiàn)型結構，實(shí)現了良好的高頻性能。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處理根據實(shí)際應用完成各種類(lèi)電源轉換。

2 軟件設計

　　UDS診斷儀的軟件采用模塊化分層設計的思路，UDS診斷儀軟件底層的驅動(dòng)模塊都封裝成dll鏈接庫，向中間層或者是應用層提供應用接口。

　　CAN協(xié)議?；蛘呤瞧脚_協(xié)議棧也是調用底層提供的dll庫接口來(lái)實(shí)現協(xié)議棧的功能。供應商應用軟件或者是用戶(hù)應用軟件調用底層或者是協(xié)議棧層軟件提供的接口，實(shí)現用戶(hù)功能。系統軟件的層級結構如圖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。