汽車智慧盒子的設(shè)計

桂林電子科技大學信息科技學院 吳金艷 姚嘉儀 劉 毅

0 引言

隨著社會高速的發(fā)展，汽車幾乎成為每家每戶出門的代替品，汽車的安全成為了人們首先關(guān)注的問題，汽車智慧盒子極大提升車主的駕車和用車安全。汽車智慧盒子能讓車主實時了解汽車的狀況，例如燃油情況及可能發(fā)生的故障等等，這樣就可以采取緊急措施，防止發(fā)生不好的事情。

1 OBD模塊

1.1 簡介

OBD是英文On-BoardDiagnostic的縮寫，中文翻譯為“車載診斷系統(tǒng)”。這個系統(tǒng)隨時監(jiān)控發(fā)動機的運行狀況和尾氣后處理系統(tǒng)的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有可能引起排放超標的情況，會馬上發(fā)出警示。簡單的說車載OBD盒子就是一個讀取和分析車輛信息的設(shè)備，目前從連接方式上來說，常見的有兩種，一種是藍牙鏈接手機等終端的；另外一種是通過wifi方式連接手機，或者直接數(shù)據(jù)傳到專用服務(wù)器的。在這個項目里，是通過藍牙傳到手機終端。OBD放在最小系統(tǒng)里，使其與最小系統(tǒng)相連，連接好后，寫代碼使最小系統(tǒng)的波特率與OBD的相同，使用串口與藍牙相連（藍牙的波特率也要調(diào)成與OBD的相同）。OBD裝置監(jiān)測多個系統(tǒng)和部件，包括發(fā)動機、催化轉(zhuǎn)化器、顆粒捕集器、氧傳感器、排放控制系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、EGR等。OBD是通過各種與排放有關(guān)的部件信息，聯(lián)接到電控單元（ECU），ECU具備檢測和分析與排放相關(guān)故障的功能。當出現(xiàn)排放故障時，ECU記錄故障信息和相關(guān)代碼，并通過故障燈發(fā)出警告，告知駕駛員。ECU通過標準數(shù)據(jù)接口，保證對故障信息的訪問和處理。

1.2 主要特性

（1）統(tǒng)一診斷座，將各種車型的診斷座統(tǒng)一為16端子標準型診斷座；

（2）統(tǒng)一診斷座位置，通常安裝在駕駛室內(nèi)位于駕駛?cè)藗?cè)儀表板下方；

（3）故障診斷儀與車輛之間采用兩種標準通信規(guī)則，一個是國際標準組織ISO（INTERNATIONALSTANDARDS ORGANIZATION）標準；另一個是美國汽車工程師學會SAE（SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS）標準；

（4）各種車型采用統(tǒng)一的故障碼表示方法和故障碼含義；

（5）具有記憶故障碼和重新顯示故障碼功能；

（6）具有數(shù)據(jù)流傳輸功能；

（7）具有儲存和重新顯示凍結(jié)幀數(shù)據(jù)功能，當ECU存儲一個與排放控制系統(tǒng)有關(guān)的故障碼時，還同時將此刻與該故障碼相關(guān)的數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)（凍結(jié)幀數(shù)據(jù)）儲存，通過故障診斷儀還可以讀取凍結(jié)幀數(shù)據(jù)；

（8）使用故障診斷儀可以直接清除存儲在ECU內(nèi)的故障碼和凍結(jié)幀數(shù)據(jù)；

（9）對排放控制系統(tǒng)的工作進行實時監(jiān)控；

（10）統(tǒng)一電子控制系統(tǒng)部件名稱和縮寫。

2 89C52模塊

2.1 簡介

89C52是MCS-51系列單片機中基本的產(chǎn)品，屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)及CMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，89C52內(nèi)置8位中央處理單元、512字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。在這個項目中，通過P3.0RXD串行輸入口從汽車上讀取數(shù)據(jù)，再由89C52上的P3.1TXD串行輸出口把數(shù)據(jù)通過藍牙傳到手機上或者直接顯示在顯示屏上。

2.2 主要特性

（1）標準MCS-51內(nèi)核和指令系統(tǒng)；

（2）片內(nèi)8kROM（可擴充64kB外部存儲器）；

（3）32個雙向I/O口；

（4）256x8bit內(nèi)部RAM（可擴充64kB外部存儲器）；

（5）3個16位可編程定時/計數(shù)器；

（6）向上或向下定時計數(shù)器；

（7）全雙工串行通信口；

（8）6個中斷源；

（9）5.0V工作電壓；

（10）4層優(yōu)先級中斷結(jié)構(gòu)。

3 藍牙模塊

3.1 簡介

藍牙是一種無線技術(shù)，可實現(xiàn)固定設(shè)備、移動設(shè)備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換。藍牙是一個短距離的標準的無線通訊協(xié)議，基于設(shè)備低成本的收發(fā)器芯片，傳輸距離近、低功耗。藍牙使用跳頻技術(shù)，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)包，通過79個指定的藍牙頻道分別傳輸數(shù)據(jù)包，每個頻道的頻寬為1MHz。因為有適配跳頻（AdaptiveFrequency-Hopping)功能，通常能每秒跳固定的次數(shù)。藍牙是基于數(shù)據(jù)包、有著主從架構(gòu)的協(xié)議，一個主設(shè)備至多可與一個采用藍牙技術(shù)的臨時計算機網(wǎng)絡(luò)（即微微網(wǎng)Piconet)中的七個設(shè)備通訊，當然并不是所有設(shè)備都能夠達到這一最大量。藍牙設(shè)備按特定方式可組成兩種網(wǎng)絡(luò)：微微網(wǎng)（Piconet）和分布式網(wǎng)絡(luò)（Scatternet），其中微微網(wǎng)的建立由兩臺設(shè)備的連接開始，最多可由八臺設(shè)備組成。在一個微微網(wǎng)中，只有一臺為主設(shè)備（Master），其它均為從設(shè)備（Slave），不同的主從設(shè)備對可以采用不同的鏈接方式，在一次通信中，鏈接方式也可以任意改變。幾個相互獨立的微微網(wǎng)以特定方式鏈接在一起便構(gòu)成了分布式網(wǎng)絡(luò)。所有的藍牙設(shè)備都是對等的，設(shè)備之間可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換角色，從設(shè)備也可轉(zhuǎn)換為主設(shè)備（比如，一個頭戴式耳機如果向手機發(fā)起連接請求，它作為連接的發(fā)起者，自然就是主設(shè)備，但是隨后也許會作為從設(shè)備運行。）。所有設(shè)備共享主設(shè)備的時鐘。數(shù)據(jù)傳輸可隨時在主設(shè)備和其他設(shè)備之間進行（應(yīng)用極少的廣播模式除外）。主設(shè)備可選擇要訪問的從設(shè)備；典型的情況是，它可以在設(shè)備之間以輪替的方式快速轉(zhuǎn)換。因為是主設(shè)備來選擇要訪問的從設(shè)備，理論上從設(shè)備就要在接收槽內(nèi)待命，主設(shè)備的負擔要比從設(shè)備少一些。主設(shè)備可以與七個從設(shè)備相連接，但是從設(shè)備卻很難與一個以上的主設(shè)備相連。

3.2 主要特性

（1）傳輸保密性好，傳輸速度快；

（2）安全簡易配對，為藍牙設(shè)備提高了配對體驗，提升了安全性的實際應(yīng)用和強度；

（3）低功耗，低代價，靈活；

（4）工作頻段寬，傳輸速率快；

（5）藍牙通過快跳頻和短分組技術(shù)減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃裕?/p>

（6）支持點對點及點對多點通信，在藍牙中沒有基站的概念；

（7）工作距離根據(jù)功率有三個不同的等級。

4 OLED顯示屏模塊

4.1 簡介

OLED，即有機發(fā)光二極管（OrganicLightEmittingDiode）。LED由于同時具備自發(fā)光，不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡單等優(yōu)異之特性，被認為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。LCD都需要背光，而OLED不需要，因為它是自發(fā)光的。這樣同樣的顯示OLED效果要來得好一些。以目前的技術(shù)，OLED的尺寸還難以大型化，但是分辨率確可以做到很高。

4.2 主要特性

（1）0.96寸OLED有三種顏色（黃藍，白，藍）可選，黃藍是屏上:1/4部分為黃光，下3/4為藍;而且是固定區(qū)域顯示固定顏色，顏色和顯示區(qū)域均不能修改;白光則為純白，也就是黑底白字;藍色則為純藍，也就是黑底藍字。其分辨率為128*64。

（2）多種接口方式;OLED裸屏總共種接口包括：6800、8080兩種并行接口方式、3線或4線的IC接口方式(只需要2根線就可以控制OLED了!),這五種接口是通過串行SPI接口方式、屏上的BSO～BS2來配置的。

5 硬件設(shè)計方案

該汽車智慧盒子以STM89C52作為MCU設(shè)計的，由OBD模塊來采集車輛的狀況信息，采集到的狀況信息傳送給89C52模塊處理后，再傳遞到OLED顯示屏，讓其顯示車輛狀況信息的數(shù)據(jù)。也可通過藍牙模塊將車輛的狀況信息的數(shù)據(jù)傳送到手機app上，這樣就可以實現(xiàn)實時掌握車輛的狀況信息。

圖1 系統(tǒng)原理流程圖

6 結(jié)語

本文主要介紹了汽車智慧盒子的原理，主要是制作方面的原理，并且對所用到的模塊進行分析。在時代發(fā)展迅速的今天，人們的生活水平也是隨時代的發(fā)展而日益提高，現(xiàn)在，幾乎是人人一輛車，而人們對車輛的要求也越來越高，同時對汽車智慧盒子也越來越高，汽車智慧盒子只有不斷發(fā)展進步，才能不被新的產(chǎn)物取代掉。

[1]陳海宴．51單片機原理及應(yīng)用[M]．北京航空航天大學出版社,2010．

[2]潘朋,顏伏伍,方茂東．OBD系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J]．交通節(jié)能與環(huán)保,2007(5)．