基于Android手机的车辆故障码诊断系统

胡正凯

摘 要：随着我国小型汽车数量的持续增长，随之而来的是频发的交通事故，而这其中很大一部分是由于汽车发生故障而无法正常行驶造成。本设计基于C/S架构使用蓝牙ELM327作为与OBD通信的协议翻译器，通过Andorid手机蓝牙与ELM 327获取ECU的故障码信息显示给车主，起到早期预警的作用，提醒车主潜在的车辆维修需要，减少了汽车由于故障发生交通事故的危险。

关键词：ELM327；Android；Java；OBD-II；ECU模拟器

中图分类号：TP206 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）30-0073-02

1 概 述

2015年我国私家车已达1.24亿辆，巨大的汽车数量也带来了越来越多的交通事故。如果车主能够自行检查汽车状态，消除汽车故障，这将会显著地降低交通事故发生的可能性。然而随着现代电子控制技术在汽车工业的发展和应用，自动化程度越来越高，但随之而来的汽车结构变得越来越复杂，能熟练掌握和维修汽车领域技术的专家和维修人员也越来越少，从而使得汽车维修行业经常无法快速、经济地解决汽车故障，这就需要用户能够自行地排查车辆状态，及时地去专业维修店清除故障，改善车况。

汽车厂商大量的采用电子控制单元ECU（Electronic Control Unit）来作为控制器，我们可以使用汽车故障诊断系统OBD-II来获取车辆的故障诊断信息。OBD接口模块的主要功能是使整个硬件系统通过CAN总线与汽车的OBD接口相连接，使之成为汽车电控系统的一个CAN节点，并通过网关和汽车的其它CAN节点进行通讯，进而可以采集到汽车运行时的各种数据，同时还能作为车载电源与电源模块的连接通道，整个汽车终端也是通过该接口模块与汽车实现硬件上的连接[1]。

如今OBD技术受到了广泛的关注，我国出台了一系列政策来推广OBD技术，现如今90﹪的汽车都具备OBD-II接口，以OBD技术为基础的车联网系统[2]更是各大科技公司当下的研究热点。

根据谷歌发布的报告显示，自2014年5月以来Android操作系统的用户增加了4亿，用户总数已达14亿，平均5部手机中大约4部安装了安卓系统。

而且Android又是开源操作系统，其灵活性、开放性比其他专有软件产品具有更大的自由和个性化，同时价格更低廉。Android应用使用Java语言开发，Java语言的开发者又是最多的，这使的Android应用的开发短期大大的缩短、可维护性增强。

OBD技术和Android操作系统的广泛应用，使我们结合两者开发的应用、系统能够被大多数用户所使用、操作。

2 系统整体设计

2.1 系统原理

该诊断系统主要分成上位机和下位机两部分，系统框图，如图1所示。上位机是客户端，基于Android系统；下位机即CAN转蓝牙控制器模块（即蓝牙ELM 327），通过OBD接口（CAN 总线）和汽车ECU（电子控制单元）通信，读取来自ECU的报文信息[3]，并转换成蓝牙串行数据格式，发送给上位机。

2.2 硬件选择

根据我国的法律政策规定，除极个别车型外，所有的汽车必须提供一个可以用于测试设备获取诊断信息的接口。这个接口上的数据传输协议并不能直接与其他设备兼容，这时就需要一个器件能够把车辆CAN协议转换成串口通信协议。

埃尔姆公司生产的ELM327芯片加入了CAN、ISO 9141-2、SAE J1850等七种通信协议，可以自动检测车辆通信协议并设置成与车辆一致的协议。蓝牙实现了点对点传输，传输保密性好，是目前最受欢迎的无线通信技术，许多车载产品都使用蓝牙进行通信。

Android在android.bluetooth包封装了对蓝牙通信的功能丰富的类，例如BluetoothAdapter、BluetoothDevice、BluetoothServer

Socket、BluetoothSocket等。

我们不需要外加其他设备，利用Android手机自带的蓝牙API接口，通过APP客户端，就能实现手机与ELM327的通信。

2.3 软件设计

2.3.1 命令形式

我们需要在手机端发送指令给ELM 327，然后ELM 327解析命令，把命令传送给ECU。ELM 327能够解析两种命令形式：AT命令和OBD命令。AT命令又叫内部命令以“AT”开头，因为这是ELM 327内部使用的命令，即不会与ECU进行通信，用于对ELM 327进行设置操作。

凡是没有以“AT”两个字开头的所有命令都会被认为是汽车OBD命令，OBD命令的格式是固定的，第一个字节是请求的数据类型，第二个字节是请求的实际信息，必须使用十六进制数进行表示，见表1。

例如获取发动机冷却液温度，模式是01，PID是05，因此我们的请求指令应该是0105。

2.3.2 代码解析

我们使用Eclipse结合ADT（Android Developer Tools）进行Android开发，通过BluetoothServerSocket的accept（）方法获取BluetoothSocket对象。

当Android的content中的设备连接正常后，通过BluetoothSocket采用串行数据通信实现与CAN转蓝牙控制器模块的交互[4]。与ELM327的连接代码需要执行在线程里面，使用InputStream读取ELM 327发送过来的数据。

由于ELM 327发送的数据流中，夹杂着回车符，所以我们应该去掉回车符，把真正有意义的数据组合在一起，当ELM 327发送了“>”时，就说明这条回应信息结束，退出循环。

由于InputStream的read方法是阻塞式方法，所以当我们读取到回应信息的末尾，退出while循环的时候就会一直在read方法这里等待ELM 327发送的新消息。

3 实验验证

我们使用ECU模拟器进行程序调试以及故障码的获取。在车辆越来越趋于网络化的趋势下，ECU模拟器是汽车产品开发、调试、生产必备的工具，能为为开发人员节省大量的时间。

当前车辆上的总线设备越来越多，有的高端车上甚至多到有上百个ECU，而车辆ECU之间通过总线交换数据信息，目前有关车联网系统的开发越来越多，而车联网设备获取车辆信息的接口全部采用的是OBD通用接口，对于产品的调试，都要进行实车的对接测试，但是有时候又找不到各种协议的车辆，或者是每次测试都要启动车辆，去车辆狭小的空间进行操作，很是不方便，ECU模拟器可以解决这些问题。

ECU模拟器可以模拟车辆OBD接口的大部分协议，由于车辆系统是各个品牌国家独立，所以协议从最早期有很多不同种类的协议，互相不兼容，主要是几大类，基于K线的，基于CAN线的，还有一种是J1850（主要是早期的美国部分车辆使用），目前市面上大部分的是基于K线和CAN线的，大约占有90%多的车辆保有量。通过Android手机发送PID为03的请求指令，故障码信息，如图2所示。

得到所有的故障码数据，需要故障码库进行比对，得到具体的故障码含义。

4 结 语

本设计通过蓝牙ELM 327获取OBD-II故障码，显示在Android应用上，使车主能够及时了解汽车的各项数据和故障，减少因汽车故障发生的交通事故。

所有的验证都是基于KWP 2000 5BPS初始化协议进行的，以后的工作就是完整各个协议的数据获取，并且把数据发给服务器进行数据的集中储存，便于用户及车企在浏览器也可以查看数据并进行大数据分析。

参考文献：

[1] 谢富强，唐耀庚，曹云建.基于单片机的汽车远程监测车载终端硬件设 计[J].微机与应用，2014，6：22-25.

[2] 李松，王龄.发达国家IVHS研究与发展[J].国外公路，1998（4）：19-22.

[3] 罗峰，孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].北京：电子工业 出版社，2010.

[4] 李宁.Android/Ophone开发完全讲义[M].北京：中国水利水电出版社，

2010.