基于汽车故障诊断仪KT600的无线通讯系统研究

陈海军

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

0 引言

汽车故障诊断仪KT600以其人性化的操作界面，强大的检测功能，能检测较多车型，赢得了众多用户的喜爱，在各类职业院校、汽车维修企业都有很多用户，占有较大的市场。但KT600要通过长约1m的测试线与汽车的诊断系统实现传输信息，而车上诊断座设置在驾驶室内，严重制约了使用的方便性、灵活性［1］。本文在不改变其结构、功能与使用方法的前提下，研究出一套无线通信系统，使维修技术人员在车内车外均可以实施检测，方便维修。

1 无线通信系统的总体方案设计

KT600采用有线通讯的连接图如图1所示。如果能在不改变检测仪的结构、功能、使用方法的基础上，设计一套无线通信系统，将大大提高该诊断仪的使用方便与实用性。

研究的思路是取消测试延长线，开发一个集CAN收发器、单片机处理器、无线收发模块于一体的发射器，一个集无线收发模块、单片机处理器、CAN收发器于一体的接收器，发射器采用标准的OBD－II针式插座与专用测试接头连接，接收器采用标准的OBD－II孔式插座与KT600主机上的标准OBD－II针式插座连接，改为无线通信后的主机与诊断座之间没有连接线，如图2所示，实现汽车故障诊断仪由有线通信升级为无线通信。

图1 KT600有线通信连接图

图2 KT600无线通信图

发射器与专用测试接头连接，专用测试接头再与车上OBD－II诊断接口连接，其工作原理是：CAN收发器把汽车OBD－II诊断座接口的CAN数据传送到Stm32单片机内部的CAN控制器，Stm32单片机负责将接收到的不同ID的数据转换成nRF2401射频驱动芯片的对应数据，并控制nRF2401射频驱动芯片将数据有效地通过无线传送到与诊断仪主机接口端联接的接收器。与诊断仪主机接口端联接的接收器，在空闲时通过无线模块一直“监听”由发射器发来的匹配有效的数据，Stm32通过读取无线模块的数据并传送到CAN收发器，CAN收发器将数据通过诊断仪主机对应的CAN总线上，完成CAN收据的无线传送的过程。

2 无线通信系统的硬件选择及软件开发

本系统中的硬件电路的器件选型主要是CAN收发器芯片、单片机芯片和无线模块芯片的选择。

2.1 CAN收发器芯片的选型

飞利浦公司是主要生产CAN收发器的厂家，目前广泛采用的 CAN收发器型号有［2］：PHILIPS PCA82C250／251、PHILIPS TJA1050、PHILIPS TJA1040、SILIONI SI9200等，TJA 1050CAN收发器是Philips公司生产的用以替代PCA 42C250的高速收发器，该芯片可以直接与物理总线连接，而且可以发送及接收CAN总线的信息。其主要优点有：

（1）兼容性强；

（2）速率最高达1Mb／s；

（3）具有短路保护功能；

（4）在不工作的情况下，发送器被自动关闭；

（5）CAN－H信号和CAN－L信号之间的耦合，抗干扰性强；

（6）具有强电磁干扰下宽共模范围的差动接收能力；

（7）TXD端的检测能力强；

（8）输入电平与3.3V间兼容；

（9）未上电的节点对总线无影响；

（10）总线至少可连接110个节点。

正是因为TJA 1050CAN收发器有如此多的优点，因此应用很广，本课题中也采用其作为收发器。

2.2 单片机芯片的选型

单片机芯片是单片机的核心，也是整个系统的核心部件，在选择芯片时，要充分考虑成本、运行速度、功耗、接口、外界连接的元件等，经过充分的比较与研究，综合考虑其性能、电路设计复杂性等多方因素，最后决定选择使用Stm32f103芯片的单片机，该芯片是一款性能优越、价格便宜的32位处理器，其特点有：CPU是32位、工作频率高、功耗低、接口多、可实行两种调试模式等［3］。

STM32系列芯片是由意法半导体公司采用了优化的节能架构和低泄漏电流制造工艺，工作频率高、64KB存储器、具有休眠、停止、待机模式三种工作模式，功耗很低，外接的通信接口多达13个。

2.3 无线模块芯片的选型

能够实现无线通信的办法有很多，这取决于系统的工作环境及传输的距离，目前对于短距离的无线通信，蓝牙技术与射频技术都是比较好的，也能容易实现，但经过对两者的各性能进行比较，发现射频模块各方面的性能更优越，所以决定选用射频模块。

蓝牙模块与射频模块的性能特点对照如表1所示：

表1 蓝牙模块与射频nRF模块的特性对比表

从表1可以看出，不管是在硬件设计、接口方式，还是在软件的编程上、通讯速率或是通讯距离上，射频模块都比蓝牙模块好，在硬件的接口上以及在软件的编程上，射频模块都是很简单就可以实现，明显比蓝牙模块好，通过对比，在保证完成本系统设计功能要求的前提下，决定选用射频模块，而不用蓝牙模块。

经过对比，从兼容性、速率、抗干扰性、外接元件、性价比等多方面进行比较，最后确定CAN收发器采用飞利浦公司的TJA 1050CAN收发器［2］；单片机芯片采用Stm32f103芯片，无线模块芯片采用nRF 2401，nRF2401芯片的工作频率段为2.4～2.5GHz，是世界通用的ISM频段，可通过SPE端口就可以设置协议、选择频道及输出功率［4］。

在软件方面，设计了基于STM32的CAN总线通信程序，包括CAN模块的结构体定义，CAN模块的初始化及主程序，nRF2401无线模块的初始化及主程序，并通过运用开发软件对所有程序进行调试与修改，最终顺利完成测试，证明开发的软件满足汽车故障诊断仪KT600由有线通信升级为无线通信的需要，达到预期目的。

3 无线通信系统的工作原理

本通信系统主要分为两大部分组成：（1）集CAN收发器、Stm32单片机处理器、NRF2401无线收发模块于一体的发射器，工作时与车上诊断座连接；（2）集CAN收发器、Stm32处理器、NRF2401无线收发模块于一体的接收器，工作时与KT600主机连接，构成一个完整的无线通信系统，总体结构如图3所示。

其工作原理是：发射器里的CAN收发器把汽车OBD－II接口的CAN数据进行传送到单片机内部的CAN控制器，STM32单片机负责将接收到的不同ID的数据转换成nRF2401射频驱动芯片的对应数据，并控制nRF2401射频驱动芯片将数据有效地发送出去［5］，接收器里的接口端电路在空闲时通过无线模块一直监听发射器发来的匹配的有效数据，STM32通过读取无线模块的数据并传送到CAN收发器，最后CAN收发器将数据传送KT600的CAN总线上，完成CAN数据的无线传送的过程。

图3 基于汽车故障诊断仪KT600的无线通信系统的总体结构图

4 无线通信系统的试验

4.1 无线通信系统的实物

经过对硬件的组装、软件的调试，最后开发出了发射器和接收器，发射器与汽车上的诊断座连接，接收器与汽车故障诊断仪KT600主机连接。

4.2 无线通信系统的实验

本系统研究成果出来后，选择了广本飞度、标致206、东风日产轩逸三种车型来做试验，通过对比有线通信与无线通信的数据来分析系统运行的准确度，对同一车型在相同工况下分别进行有线通信和无线通信两种测试。

通过对同一车型在相同工况下分别进行有线传输和无线传输的测试，试验数据表明，无线通信的结果准确率高达98%以上，实现了KT600由有线传输通信升级无线通信。

5 结语

在整个系统的研究过程中，采用了文献调查法、比较研究法等选定系统的硬件，通过调试法测试软件，最后采用试验数据对比的方法检验系统的准确性，对同一车型在相同工况下分别进行有线传输和无线传输的测试，并选择了三种车型进行试验，试验数据表明，无线通信的结果准确率高，实现了KT600由有线传输通信升级无线通信，解决了原汽车故障诊断仪因有线的限制而使用不便的问题，使汽车故障的诊断更加灵活、方便，系统稳定，易于控制，通信可靠。

下一步，力争把本研究的成果转化为产品，投向市场，因为目前在汽车后市场以及各职业院校拥有大量汽车故障诊仪KT600的用户，而这些KT600都是采用有线通信的，如果能把本研究成果转化为产品，将会有良好的市场前景。

［1］博世汽车检测设备（深圳）有限公司.KT600汽车诊断系统用户手册［Z］.深圳，2011.

［2］王宏莎.CAN总线收发器电路的设计与研究［D］.成都：电子科技大学，2013.

［3］滕守明，鲁 奕，李 响.基于STM32芯片及CAN总线在汽车上的应用［J］.无线互联科技，2013（3）：224－226.

［4］王晓红.基于nRF2401的无线数据传输系统［J］.太原师范学院学报（自然科学版），2006（3）：64－66.

［5］刘志平.基于nRF24L01的近距离无线数据传输［J］.应用科技，2008，35（3）：56－58.