基于WiFi的奧迪A4L發(fā)動機(jī)故障設(shè)置系統(tǒng)

郭彬

摘要：基于WiFi的奧迪A4L發(fā)動機(jī)故障設(shè)置系統(tǒng)由手機(jī)、ESP8266 WiFi模塊、STC15F2K60S2單片機(jī)、74HC595位移緩存器和繼電器模組等組成。手機(jī)完成故障設(shè)置，ESP8266 WiFi通信模塊接收故障設(shè)置指令并傳送給STC15F2K60S2單片機(jī)，74HC595擴(kuò)展IO口，通過三極管8550放大，驅(qū)動相關(guān)繼電器，完成傳感器或執(zhí)行器信號的切斷，實現(xiàn)故障設(shè)置。系統(tǒng)界面良好，可擴(kuò)展性強(qiáng)，能實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，具有一定的實際意義。

關(guān)鍵詞：實車;發(fā)動機(jī);故障設(shè)置;WiFi

中圖分類號：U464? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）20-0149-02

0? 引言

近年來，很多職業(yè)院校汽車專業(yè)大都采用發(fā)動機(jī)實訓(xùn)臺架進(jìn)行電控元件結(jié)構(gòu)原理教學(xué)以及故障檢測診斷技能訓(xùn)練[1]。但汽車各系統(tǒng)間都已網(wǎng)絡(luò)化，僅依靠發(fā)動機(jī)臺架模擬出的故障并不能完全反映整車真實的狀態(tài)，這導(dǎo)致教學(xué)和生產(chǎn)存在一定程度的脫節(jié)。事實上，全國職業(yè)院校技能大賽要求選手在實車上完成發(fā)動機(jī)故障的檢測診斷[2]。如何優(yōu)化管理現(xiàn)有的實訓(xùn)車輛，提高實車的教學(xué)使用效率，引導(dǎo)和鼓勵教師自主開發(fā)基于崗位生產(chǎn)實踐和工作過程的實車發(fā)動機(jī)故障檢測診斷實訓(xùn)軟硬件資源，就顯得尤為迫切。本系統(tǒng)利用WiFi網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[3]，遠(yuǎn)程設(shè)置奧迪A4L實車發(fā)動機(jī)故障。

1? 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖1所示，包括：故障設(shè)置箱、信號檢測箱、手機(jī)，線束等組成。因為不能破壞原車線束，擬在發(fā)動機(jī)ECU與原車線束之間接入故障設(shè)置箱[4];系統(tǒng)通過手機(jī)WiFi，無線控制線路通斷，模擬故障發(fā)生;為了方便信號測量，要求系統(tǒng)能集成現(xiàn)有的信號檢測箱。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計

如圖2所示，實車發(fā)動機(jī)故障設(shè)置系統(tǒng)主要由手機(jī)、ESP8266 WiFi模塊、STC15F2K60S2單片機(jī)、74HC595位移緩存器、繼電器模組等組成。手機(jī)APP完成故障設(shè)置，并將所設(shè)故障信息通過ESP8266 WiFi通信模塊傳給單片機(jī);STC15F2K60S2單片機(jī)作為控制核心，與ESP8266 WiFi模塊通信，并用74HC595來擴(kuò)展IO口[5]，接收手機(jī)傳來的故障設(shè)置信息，通過三極管8550的放大[6]，驅(qū)動相應(yīng)的繼電器，完成相關(guān)傳感器或執(zhí)行器信號的切斷，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)故障的產(chǎn)生，滿足奧迪A4L發(fā)動機(jī)故障診斷實訓(xùn)教學(xué)的需要。

2.1 單片機(jī)? 單片機(jī)選用STC15F2K60S2，該單片機(jī)最多有42個I/O口，但本系統(tǒng)需要設(shè)置54個線路通斷故障點，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，選用了7片74HC595串入并出的CMOS 芯片，每1個74HC595輸出8個信號，將第1片的高位和第2片的低位相連，依此類推，7片共產(chǎn)生56個信號。根據(jù)故障設(shè)置需要，將來還可增加片數(shù)，以實現(xiàn)更多的輸出。

2.2 WiFi模塊? 系統(tǒng)選用ATK-ESP8266 WiFi模塊。ESP8266 WiFi是UART-WiFi（串口-無線）模塊，該模塊采用串口與單片機(jī)（或其他串口設(shè)備）通信，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口與WiFi之間的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)采用串口轉(zhuǎn)AP工作模式[7]。

2.3 繼電器模組? 單片機(jī)不能直接驅(qū)動繼電器，必須外加三極管或其它功率元件驅(qū)動[8]。當(dāng)74HC595的引腳輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈構(gòu)成回路，常閉觸點開關(guān)斷開，傳感器或執(zhí)行器所在線路斷開，故障產(chǎn)生。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計總流程如圖3所示[9]，其程序所要完成的主要任務(wù)如下。

系統(tǒng)上電后，必須首先進(jìn)行初始化設(shè)置，主要內(nèi)容如下：系統(tǒng)定時器初始化設(shè)置，包括計數(shù)方式、計數(shù)周期、分頻系數(shù)、中斷參數(shù)等;串口初始化，考慮到要與ESP8266的波特率匹配，系統(tǒng)波特率設(shè)為115200b/s。

然后設(shè)置ESP8266的工作模式和參數(shù)，單片機(jī)與ESP8266之間通過串口AT指令[10]，來設(shè)置ESP8266的工作模式和參數(shù)（初始化），其過程包括如下：

①設(shè)置ESP8266為AP工作模式，重啟后生效。②設(shè)置ESP8266在AP工作模式下的參數(shù)，包括熱點名稱、密碼、通道號及加密模式。③查詢當(dāng)前設(shè)備IP地址。④啟動多路連接模式（最多接入5個設(shè)備ID：0-4）。⑤開啟模塊為server模式。⑥用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手，完成手機(jī)與ESP8266模塊的連接。手機(jī)APP發(fā)送故障設(shè)置的控制指令，ESP8266將接收到的指令數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)調(diào)用串口中斷函數(shù)[11]，將收到的字符存到Recive_table[]數(shù)組中，其程序如下：

void Uart Interrupt（） interrupt 4

{

static char i=0;? //由于是逐位接收，因此用static

if（RI==1）

{

ES = 0;

RI=0;

Recive_table[i]=SBUF;? // 單片機(jī)接收ESP8266模塊傳來的指令數(shù)據(jù)

i++;

if（（Recive_table[i-1]== '＼n'））

{

Recive_table[i]='＼0';

i=0;

Recive_state = 1;

}

ES = 1;

}

else

TI = 0;

}

最后，單片機(jī)控制74HC595驅(qū)動繼電器過程如下：74HC595是串入并出帶有鎖存功能移位的寄存器。若要實現(xiàn)對單片機(jī)IO口的擴(kuò)展，首先需要定義單片機(jī)IO口與7個74HC595芯片的串行數(shù)據(jù)輸入引腳（SER）相連，其次需要定義單片機(jī)IO口與7個74HC595芯片的移位寄存器時鐘引腳（SRCLK）以及存儲寄存器時鐘輸入引腳（RCLK）相連。接著通過編程使7片74HC595全部輸出低電平，保證上電后所有繼電器開關(guān)處于閉合狀態(tài)，發(fā)動機(jī)沒有故障。方法是：第一級74HC595的輸入SER腳置低電平，連續(xù)給SRCLK腳56個上升沿，然后給RCLK一個上升沿。C語言程序如下：

SER=0;

for（i=0;i<56;i++）

{

sck=0;

delay（）;

sck=1;

}

rck=0;

delay（）;

rck=1;

這樣，當(dāng)手機(jī)APP完成故障設(shè)置后，STC15F2K60S2單片機(jī)控制74HC595某個引腳輸出高電平，所對應(yīng)的繼電器開關(guān)處于斷開狀態(tài)，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生故障。

4? 實驗與驗證

通過實驗驗證，在手機(jī)APP上選定想要設(shè)置的故障（一般每次不超過3個），并通過WiFi傳輸?shù)焦收显O(shè)置箱，故障設(shè)置箱完成故障設(shè)置，并點亮LED燈。使用奧迪故障診斷系統(tǒng)ODIS讀取故障碼或數(shù)據(jù)流[12]，結(jié)合故障現(xiàn)象，表明發(fā)動機(jī)故障設(shè)置成功。系統(tǒng)使用方便，人機(jī)交互良好。

5? 結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于WiFi的奧迪A4L發(fā)動機(jī)故障設(shè)置系統(tǒng)，系統(tǒng)由手機(jī)、單片機(jī)、寄存器、WiFi模塊、繼電器模組組成，通過手機(jī)APP設(shè)置發(fā)動機(jī)故障，具有良好的交互界面。系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，能實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，具有一定的實際意義。

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